TW494235B - Manufacture method of impedance-type humidity sensor - Google Patents

Description

494235 7041twf.doc/008 ____Β7________________ 五、發明說明（I ) 本發明是有關一種濕度感測元件的製造方法，特別 是有關於一種阻抗式濕度感測元件的製造方法。 濕度的感測方式主要是靠感濕材料在不同的相對濕度 環境下會有不同的物理量變化，作爲量測的標準。常用的 物理量包括電容與阻抗。當環境中的相對濕度發生變化， 即空氣中的水蒸氣壓力改變時，材料的含水量也隨之改 變，因而改變其阻抗係數，若阻抗的變化率隨相對濕度的 變化有其規律性，則可做爲濕度感測器。 習知的阻抗式濕度感測器最大的困難在於阻抗値隨相 對濕度的變化不易維持線性，以及由於習知的阻抗式濕度 感測器在相對濕度20%以上的環境下，其阻値隨相對濕度 增加而下降；而當相對濕度在20%以下，則呈相反的趨勢， 因此不適用於相對濕度20%以下的低濕度環境。 因此，本發明提供一種阻抗式濕度感測元件的製造方 法。此方法可使阻抗値變化與相對濕度呈線性關係，並可 使線性範圍擴展爲10〜95%。 本發明提供一種阻抗式濕度感測元件的製造方法。此 方法係在一基底上形成電極，然後於電極上連接用來作爲 測量電阻變化的導線，隨後利用旋轉塗佈方式將聚氧化乙 烯（Polyethylene Oxide，簡稱PEO)加入一定比例的過氣 酸鋰（Lithium Perchlorate，簡稱LiC104)，於基底上形成 一層感濕層（PE0-LiC104)，最後於感濕層上形成一保護 層，以完成阻抗式濕度感測元件。 依照本發明所形成之阻抗式濕度感測元件，因爲使用 3 ------------裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494235 7041twf.doc/008 A7 _ _ B7 五、發明說明（V) 聚氧化乙烯加入過氯酸鋰所形成的材質爲感濕層，因此可 使阻抗値變化與相對濕度呈線性關係，並可使線性範圍擴 展爲10〜95%。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖是依照本發明一較佳實施例一種阻抗式濕度感 測元件的製作流程示意圖； 第2A圖與第2B圖是第1圖中π-π剖面的製作流程 剖面圖； 第3圖是純聚氧化乙烯的阻抗値隨相對濕度變化的情 形； 第4圖是添加過氯酸鋰的聚氧化乙烯的阻抗値隨相對 濕度變化的情形；以及 第5圖是習知三種相對濕度感測器與本發明之感測濕 度阻抗値變化的情形。 標記之簡單說明： 100 :基底 102 :電極 104 :感測用薄膜 106 :保護層 實施例 第1圖是依照本發明一較佳實施例一種阻抗式濕度感 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ->α· 494235 7041twf.doc/008 A7 B7 五、發明說明（、） 測元件的製作流程示意圖。 ------------裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 請參照第1圖，於一基底100上形成電極102。基底 100例如是陶瓷基底，電極102的材質例如是金、鉑、銀 或鎳鎘合金（Ni-Cr)等惰性金屬，其形成方法例如是微 影製程或利用厚膜印刷。電極102的形狀例如是梳形，電 極102的寬度例如是30〜300微米，電極102間的距離例 如在75〜300微米。 爲詳細說明本發明，請參照第2A圖與第2B圖，其 爲第1圖中Π-Π剖面的製作流程示意圖。 然後，請參照第2A圖，利用旋轉塗佈（Spin Coating) 的方式將聚氧化乙烯（Polyethylene Oxide，簡稱PE0)加 入一定比例的過氯酸鋰（Lithium Perchlorate，簡稱 LiC104)之感濕材料覆蓋於電極102，以形成一層感測用 薄膜104於基底1〇〇上。其中聚氧化乙烯的分子量例如在 600,000〜4,000,000之間。過氯酸鋰添加的比例例如在 0.1〜1.0%之間，較佳的比例在0.2〜1.0%之間，以水爲溶液 調製成水溶液，濃度例如在1〜6 w/o。旋轉塗佈的轉速例 如在3000〜7000rpm。感測用薄膜104旋轉塗佈於基底1〇〇 上之後，需經過加熱，加熱的溫度例如在60〜8CTC。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 最後，請參照第2B圖，利用旋轉塗佈（Spin Coating) 的方式於感測用薄膜104表面形成一保護層106。保護層 106的材質例如是六甲基銨基二矽烷（Hexamethyldisilazane， 簡稱 HMDS，化學式爲（CH3)3SiNHSi(CH3)3)。保護層 106 旋轉塗佈於感測用薄膜104表面後，需經過加熱，加熱的 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 494235 7041twf.doc/008 A7 _ B7 五、發明說明) 溫度例如在70〜80°C。 爲說明本發明的特徵，請參照第3圖至第5圖，其中 橫軸代表相對濕度，縱軸代表阻抗値。第3圖是純聚氧化 乙烯的阻抗値隨相對濕度變化的情形。 本發明之特徵在以聚氧化乙烯爲主要的感濕材料，聚 氧化乙烯爲熱塑性之水溶性高分子，具有良好的環境穩定 性，易於保存且無毒性而且有些微的導電性，純聚氧化乙 烯的阻抗値隨相對濕度變化如第3圖所示，隨濕度的增加 阻抗値先增加，而當相對濕度到達70%左右時阻抗値反轉 降低，此種感濕阻抗値變化的性質並不適合做爲感測器， 然而過氯酸鋰的添加，則明顯改變了聚氧化乙烯的感濕特 性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -----------侧-裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 請參照第4圖，第4圖是添加過氯酸鋰的聚氧化乙烯 的阻抗値隨相對濕度變化的情形。第4圖中的曲線5爲過 氯酸鋰含量低於0.2%時，阻抗値隨相對濕度變化的情形， 觀察可知其感濕特性主要仍受聚氧化乙烯的影響；然而當 過氯酸鋰含量增至0.2%以上時，感濕層阻抗値變化特性 如第4圖中的曲線6所示，阻抗値隨相對濕度的增加呈線 性下降的趨勢。本發明中最佳的過氯酸鋰含量爲 0.2〜1.0%，過多的過氯酸鋰容易使聚氧化乙烯劣化。 本發明另一個特徵在於低相對濕度的使用範圍增加， 請參照第5圖，第5圖是習知三種相對濕度感測器與本發 明之感測濕度阻抗値變化的情形，其中曲線7〜9爲是受對 照樣品之感濕特性，而曲線1〇則是本發明所形成之感測 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 494235 7041twf.doc/008 A7 B7 五、發明說明（t) 器之感濕特性。由第5圖可知一般感濕材料的阻値在相對 濕度20%以上是隨相對濕度增加而下降，相對濕度20%以 下則呈相反的趨勢。或者如曲線8,9，阻値隨濕度上升而 下降的規則性可延伸至20%以下，但線性變化率則不如本 發明之明顯。亦即本發明可獲得較習知更佳的線性變化率 與濕度量測範圍。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494235 C8 7041twf.doc/008 D8 六、申請專利範圍 1. 一種阻抗式濕度感測元件的製造方法’包括： 提供一基底； 於該基底上形成一對電極； 將聚氧化乙烯加入一固定比例的過氯酸鋰之感濕材料 覆蓋於電極，以於該基底上形成一感測用薄膜；以及 於該感測用薄膜表面形成一保護層。 2·如申請專利範圍第1項所述之阻抗式濕度感測元件的 製造方法，其中該感測用薄膜中的該聚氧化乙烯的分子量 在 600,000〜4,000,000 之間。 3·如申請專利範圍第1項所述之阻抗式濕度感測元件的 製造方法，其中該過氯酸鋰添加的比例在〇.1〜ι·〇%之間， 4·如申請專利範圍第1項所述之阻抗式濕度感測元件的 製造方法，其中該過氯酸鋰以水爲溶液調製成水溶液，濃 度在1〜6 w/o之間。 5.如申請專利範圍第1項所述之阻抗式濕度感測元件的 製造方法，其中形成該感測用薄膜的方法包括旋轉塗佈 法。 6·如申請專利範圍第5項所述之阻抗式濕度感測元件的 製造方法，其中形成該感測用薄膜於基底上之旋轉塗佈的 轉速在3000〜7000rpm之間。 7·如申請專利範圍第1項所述之阻抗式濕度感測元件的 製造方法，其中形成該感測用薄膜之後的步驟更包括加熱 該感測用薄膜。 8·如申請專利範圍第1項所述之阻抗式濕度感測元件的 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ----訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494235 A8 B8 7041twf.doc/008 六、申請專利範圍 製造方法，其中形成該保護層之後的步驟更包括加熱該保 護層。 9 ·如申請專利範圍第1項所述之阻抗式濕度感測元件的 製造方法，其中該形成該保護層的方法包括旋轉塗佈法。 10·如申請專利範圍第1項所述之阻抗式濕度感測元件 的製造方法，其中該基底包括陶瓷基底。 11.如申請專利範圍第1項所述之阻抗式濕度感測元件 的製造方法，其中該些電極的材質包括金、鈾、銀與鎳鎘 合金其中之一。 12·如申請專利範圍第1項所述之阻抗式濕度感測元件的 製胃力丨去’其中形成該些電極的方法包括微影製程。 13·如申g靑專利範圍第1項所述之阻抗式濕度感測元件的 去’其中形成該些電極的方法包括厚膜印刷。 14·$α串胃靑專利範圍第丨項所述之阻抗式濕度感測元件的 製造方法’其中該保護層的材質包括六甲基銨基二矽烷。 15·如申請專利範圍第1項所述之阻抗式濕度感測元件的 ’其中該些電極的形狀包括梳形。 16^^申請專利範圍第15項所述之阻抗式濕度感測元件 的製造方法’其中該些電極的寬度在30〜300微米之間。 17·如申請專利範圍第15所述之阻抗式濕度感測元件的 製造方法， 其中該些電極間的距離在75〜300微米之間。 曰罕重阻抗式濕度感測元件的製造方法，包括： 提供〜陶瓷基底； 方、陶瓷基底上形成一對梳型電極； ____ 9 本紙張尺度適用中___ NS)A4 規格（210 X 297 公釐） -----------裝--------訂-------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 494235 A8 B8 C8 D8 7041twf.doc/008 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 利用旋轉塗佈的方式將聚氧化乙烯加入一洚比例的過 氯酸鋰之感濕材料覆蓋於電極，以形成一感測用薄膜於基 底上； 加熱該感測用薄膜； 利用旋轉塗佈的方式於感測用薄膜表面形成一保護 層；以及 加熱該保護層。 19·如申請專利範圍第18項所述之阻抗式濕度感測元件 的製造方法，其中該感測用薄膜中的該聚氧化乙烯的分子 量在 60〇,〇〇〇〜4,〇〇〇,〇〇〇 之間。 20·如申請專利範圍第18項所述之阻抗式濕度感測元件 的製造方法，其中該過氯酸鋰添加的比例在0·1〜1.0%之 間， 21·如申請專利範圍第18項所述之阻抗式濕度感測元件 的製造方法，其中該過氯酸鋰以水爲溶液調製成水溶液， 濃度在1〜6 w/〇之間。 22·如申請專利範圍第18項所述之阻抗式濕度感測元件 的製造方法，其中該些電極的材質包括金、鉛、銀與鎳鎘 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 合金其中之一^。 23·如申請專利範圍第18項所述之阻抗式濕度感測元件 的製造方法，其中形成該些電極的方法包括微影製程 24.如申請專利範圍第18項所述之阻抗式濕度感測元件 的製造方法，其中形成該些電極的方法包括厚膜印刷。 25·如申請專利範圍第18項所述之阻抗式濕度感測元件 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 494235 A8 B8 QQ 7041twf.doc/008 gg 六、申請專利範圍 的製造方法，其中該些電極的寬度在30〜300微米之間。 26. 如申請專利範圍第18項所述之阻抗式濕度感測元件 的製造方法，其中該些電極間的距離在75〜300微米之間。 27. 如申請專利範圍第18項所述之阻抗式濕度感測元件 的製造方法，其中形成該感測用薄膜於基底上之旋轉塗佈 的轉速在3000〜7000rpm之間。 28. 如申請專利範圍第18項所述之阻抗式濕度感測元件 的製造方法，其中該保護層的材質包括六甲基銨基二砂 烷。 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) -----------裝--------訂--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)