FR2875302A1

FR2875302A1 - Capteur d'humidite

Info

Publication number: FR2875302A1
Application number: FR0509401A
Authority: FR
Inventors: Kazuo Usui
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2006-03-17
Anticipated expiration: 2025-09-14
Also published as: DE102005040055A1; JP2006084357A; JP4475070B2; FR2875302B1; US20060055502A1

Abstract

Un capteur d'humidité comprend un substrat (1), une paire d'électrodes (2) disposées mutuellement en regard avec un espace entre elles sur un même plan du substrat (1) et une couche sensible à l'humidité (3) disposée sur le substrat (1) de façon à recouvrir la paire d'électrodes (2) et le substrat (1) entre lesdites électrodes (2). La couche sensible à l'humidité (3) est constituée d'un matériau sensible à l'humidité contenant des perles granulaire. Du fait que les perles ayant la même taille sont disposées partiellement en une seule couche, l'épaisseur de la couche sensible à l'humidité (3) peut être uniformisée en prenant pour référence le diamètre des perles.

Description

CAPTEUR D'HUMIDITE

La présente invention concerne un capteur d 'humidité.

Un capteur d'humidité ayant une couche sensi- ble à l'humidité avec une épaisseur non uniforme pré-sente une faible stabilité de détection. Dans un capteur d'humidité, exposé dans la Publication de De-mande de Brevet du Japon n 2002-71612, l'épaisseur d 'une couche sensible à l'humidité est uniformisée afin d'améliorer sa stabilité de détection.

Comme représenté sur la figure 3, un capteur d 'humidité 10 comprend un substrat 1, une paire d 'électrodes 2, une couche sensible à l'humidité 3 et un cadre 5. Chaque électrode 2 comprend une section de détection 2a ayant la forme de multiples dents de peigne, et une plage de connexion d'électrode 2b. Les plages de connexion d'électrodes 2b sont connectées électriquement entre les sections de détection 2a et des circuits externes tels qu'un circuit de traite- ment.

Le cadre 5 constitué d'un matériau en mousse est formé sur le substrat 1 pour entourer les sections de détection 2a, de façon que la couche sensible à l'humidité 3 devienne uniforme. La couche sen- Bible à l'humidité 3 est formée à l'intérieur du cadre 5 sur le substrat 1, incluant la zone dans la-quelle les sections de détection 2a sont formées. Ce-pendant, dans le capteur 10, il est encore difficile d'uniformiser l'épaisseur de la couche sensible à l'humidité 3, même lorsque le cadre 5 est incorporé.

Compte tenu du problème décrit ci-dessus, un but de la présente invention est de procurer un capteur d'humidité incluant une couche sensible à l'humidité ayant une épaisseur uniforme.

Le capteur d'humidité comprend un substrat, une paire d'électrodes et une couche sensible à l'humidité. Les électrodes sont disposées sur une surface du substrat en étant mutuellement opposées avec un espace entre elles. La couche sensible à l'humidité est formée sur le substrat de façon à recouvrir les électrodes et le substrat entre les électrodes. Un matériau sensible à l'humidité contenant des perles granulaires est utilisé pour former la couche sensible à l'humidité. Par conséquent, l'épaisseur de la couche peut être aisément uniformisée en prenant pour référence le diamètre des perles.

Par exemple, les perles sont constituées d'un matériau hygroscopique, et un constant diélectrique des perles change en réponse à un changement d'humidité. En outre, les perles peuvent être constituées d'un matériau identique au matériau sensible à l'humidité. Lorsque les perles ont des formes approxima- tivement sphériques ayant la même taille, les perles peuvent aisément être disposés partiellement en une seule couche sur la paire d'électrodes et sur la sur-face du substrat entre les électrodes de ladite paire. Dans ce cas, l'épaisseur de la couche sensible à l'humidité peut être rendue approximativement égale au diamètre des perles.

Avantageusement, chacune des électrodes de la-dite paire peut comprendre une partie d'électrode de ladite paire peut comprendre une partie d'électrode commune et une multiplicité de parties d'électrode en dents de peigne s'étendant dans une seule direction à partir de la partie d'électrode commune; et les parties d'électrode en dents de peigne de l'une des di-tes électrodes et les parties d'électrode en dents de peigne de l'autre électrode de ladite paire d'électrodes sont disposées en alternance avec un espace entre elles.

En outre, une couche protectrice pour protéger la paire d'électrodes peut être placée à l'intérieur 5 de la couche sensible à l'humidité.

Les buts, caractéristiques et avantages de la présente invention, ainsi que d'autres, ressortiront davantage de la description détaillée suivante se référant aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en perspective schéma-tique montrant un capteur d'humidité conforme à un mode de réalisation de la présente invention; La figure 2 est une coupe montrant le capteur d'humidité, faite selon la ligne II-II sur la figure 1; et La figure 3 est une vue en perspective schéma-tique montrant un capteur d'humidité classique conforme à l'art antérieur.

Un capteur d'humidité 100 conforme à un mode de réalisation de la présente invention est représenté sur la figure 1. Le capteur d'humidité 100 comprend un substrat en semiconducteur 1, consistant en silicium, une paire d'électrodes en forme de peigne, 2, et une couche sensible à l'humidité 3. Une couche isolante (non représentée), telle qu'une couche d'oxyde de silicium, est formée sur le substrat 1 de façon que les électrodes 2 soient isolées par la couche isolante. Les électrodes 2 sont disposées sur le même plan du substrat 1 en étant mutuellement oppo- sées avec un espace prédéterminé entre elles.

Chacune des électrodes 2 comprend une section de détection 2a et une plage de connexion d'électrode 2b. Chaque section de détection 2a a une partie d'électrode commune et de multiples parties d'élec- trode en dents de peigne s'étendant dans une seule direction à partir de la partie d'électrode commune. Les parties d'électrode en dents de peigne de l'une des sections de détection 2a sont disposées en alternance avec les parties d'électrode en dents de peigne de l'autre des sections de détection 2a.

Ici, on utilise de façon typique les électrodes 2 en forme de peigne. On peut cependant changer de façon appropriée la forme des électrodes 2 dans le capteur 100. Lorsqu'on utilise les électrodes 2 en forme de peigne, les sections de détection 2a peuvent être disposées de façon mutuellement opposée sur une grande distance, et par conséquent la capacité entre les électrodes 2 peut devenir plus grande à l'intérieur d'un petit espace. Dans ce cas, un taux de va- riation de la capacité entre les électrodes 2, qui varie en réponse à une variation de l'humidité ambiante, augmente de façon correspondante. Par conséquent, la sensibilité à l'humidité du capteur d'humidité 100 est améliorée.

L'électrode 2 est formée comme décrit ci-dessous. Premièrement, on dépose sur le substrat 1, par évaporation sous vide ou pulvérisation cathodique, un matériau métallique à faible résistance, par exemple de l'aluminium, du cuivre, de l'or et du pla- tine. A titre d'exemple, on utilise de l'aluminium en tant que matériau pour former les électrodes 2. En-suite, on donne un motif en dents de peigne, par photolithographie, à la couche d'aluminium déposée sur le substrat 1. Selon une variante, on peut former les électrodes 2 en imprimant une pâte conductrice sur le substrat 1.

On forme sur le substrat 1 une couche protec- trice (non représentée) consistant en nitrure de si- licium, de façon à recouvrir les électrodes 2. On forme par exemple la couche protectrice par Dépôt Chimique en Phase Vapeur par plasma (CVD par Plasma), de façon qu'elle ait une épaisseur uniforme en tout point sur le substrat 1. Si les électrodes 2 sont capables de résister à la corrosion par l'eau, la cou- che protectrice n'est pas exigée.

Les plages de connexion d'électrodes 2b des électrodes 2 sont des bornes pour connecter des circuits externes. Par l'intermédiaire des plages de connexion 2b, le capteur d'humidité 100 est connecté électriquement à des circuits externes tels qu'un circuit de correction de sortie et un circuit de traitement de signal pour détecter une variation de capacité entre les sections de détection 2a. Les plages de connexion 2b ne sont pas recouvertes par la couche de protection, pour permettre de connecter les circuits externes. Dans le capteur d'humidité 100, des circuits externes tels que le circuit de correction peuvent être formés sur le substrat 1 conjointe-ment aux électrodes 2, du fait que le substrat 1 est.

constitué d'un matériau semiconducteur.

On forme la couche sensible à l'humidité 3 sur les électrodes 2, avec interposition d'une couche protectrice, de façon à recouvrir à la fois les sec- tions de détection 2a et le substrat 1 entre les sec- tions de détection 2a. La couche sensible à l'humidi- té 3 est constituée d'un polymère organique ayant des propriétés hygroscopiques, comme un polymère de type polyimide et un polymère du type acétate - butyrate de cellulose. A titre d'exemple, on peut utiliser un polymère du type polyimide comme matériau de la cou- che sensible à l'humidité 3. Le polymère de type polyimide est appliqué sur les électrodes 2 avec in- terposition de la couche protectrice, par revêtement par centrifugation ou impression, et le polymère de type polyimide appliqué est durci, de façon à former la couche sensible à l'humidité 3.

On ajoute des perles 3a en un matériau pour former la couche sensible à l'humidité 3. Les perles 3a ont pour fonction d'uniformiser l'épaisseur de la couche sensible à l'humidité 3. L'épaisseur de la couche sensible à l'humidité 3 est approximativement égale au diamètre des perles 3a. Les perles 3a sont disposées partiellement à l'intérieur de la couche sensible à l'humidité 3, sous la forme d'une seule couche sur des surfaces du substrat 1 et des électrodes 2, et sont fixées sur celles-ci. Par conséquent, on peut uniformiser l'épaisseur de la couche sensible à l'humidité 3 en prenant pour référence le diamètre des perles 3a. En outre, les perles 3a remplissent la fonction d'un barrage et empêchent ainsi que le matériau pour la couche sensible à l'humidité 3 ne se répande. On utilise de façon caractéristique des perles 3a sphériques, comme représenté sur la figure 2. On peut cependant changer de façon appropriée la forme granulaire des perles 3a dans le capteur 100.

Lorsque les perles 3a sont constituées d'un matériau hygroscopique, la constante diélectrique des perles 3a change conformément à l'humidité. Dans ce cas, les perles 3a évitent une dégradation des pro- priétés de sensibilité à l'humidité de la couche sensible à l'humidité 3, et la stabilité de détection du capteur 100 peut être améliorée.

En outre, les perles 3a peuvent être constitués du même matériau sensible à l'humidité que la couche sensible à l'humidité 3. Dans ce cas, les propriétés de sensibilité à l'humidité de la couche sensible à l'humidité 3 peuvent être rendues plus stables, et la stabilité de détection du capteur 100 peut être fortement améliorée.

Dans le capteur 100, lorsque de l'eau (humidi- té) dans l'air s'infiltre dans la couche sensible à l'humidité 3, la constante diélectrique de la couche sensible à l'humidité 3 change conformément à la quantité d'eau infiltrée, du fait d'une grande cons- tante diélectrique de l'eau. Par exemple, la cons-tante diélectrique de la couche sensible à l'humidité 3 change proportionnellement à la quantité d'eau in-filtrée. La capacité entre les électrodes 2 change alors en réponse au changement de la constante dié- lectrique de la couche sensible à l'humidité 3, du fait qu'un condensateur est constitué avec les électrodes 2 en utilisant la couche sensible à l'humidité 3 comme une partie de matériaux diélectriques. Par conséquent, la capacité entre les électrodes 2 change conformément à la quantité d'eau dans l'air, c'est-à-dire l'humidité. En outre, la quantité d'eau infiltrée dans la couche sensible à l'humidité 3 dépend de l'humidité autour du capteur 100. Par conséquent, le capteur 100 peut détecter l'humidité en détectant le changement de la capacité entre les électrodes 2.

Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, il est possible de changer de façon appropriée la configuration de disposition des sections de détection 2a des électrodes 2, conformément à l'espace dans lequel le capteur 100 est disposé. En outre, on peut changer de façon appropriée la structure restante du capteur 100 autre que la couche sensible à l'humidité 3 incluant les perles 3a.

Il faut noter que de tels changements et modi- fications, ainsi que d'autres, entrent dans le cadre de la présente invention telle qu'elle est définie ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS

1. Capteur d'humidité, comprenant un subs- trat (1); une paire d'électrodes (2) disposées sur 5 une surface du substrat (1) en étant mutuellement op- posées avec un espace entre elles; et une couche sensible à l'humidité (3) qui recouvre la paire d'élec- trodes (2) et le substrat (1) entre lesdites électro- des (2), caractérisé en ce que la couche sensible à 10 l'humidité (3) est constituée d'un matériau sensible à l'humidité contenant des perles (3a) granulaires.

2. Capteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les perles (3a) sont constituées d'un matériau hygroscopique, et une constante diélectrique 15 des perles (3a) change en réponse à un changement d'humidité.

3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les perles (3a) sont constituées d'un matériau identique au matériau sensible à l'humidité.

4. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1-3, caractérisé en ce que les perles (3a) ont des formes approximativement sphériques ayant la même taille.

5. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1-4, caractérisé en ce que les perles (3a) sont disposées partiellement en une seule couche sur la paire d'électrodes (2) et sur la surface du substrat (1) entre lesdites électrodes (2).

6. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1-5, caractérisé en ce que la couche sensible à l'humidité (3) a une épaisseur approximativement égale à un diamètre des perles (3a).

7. Capteur selon l'une quelconque des revendi-35 cations 1-6, caractérisé en ce que chacune des dites 30 électrodes (2) comprend une partie d'électrode commune et une multiplicité de parties d'électrode en dents de peigne (2a) s'étendant dans une seule direction à partir de la partie d'électrode commune; et les parties d'électrode en dents de peigne (2a) de l'une des dites électrodes (2) et les parties d'électrode en dents de peigne (2a) de l'autre électrode (2) de ladite paire d'électrodes sont disposées en alternance avec un espace entre elles.

8. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1-7, comprenant une outre: une couche pro-tectrice pour protéger la paire d'électrodes (2), caractérisé en ce que la couche protectrice est placée à l'intérieur de la couche sensible à l'humidité (3).