WO1991003735A1 - Verfahren zur herstellung eines feuchtesensors - Google Patents

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WO1991003735A1
WO1991003735A1 PCT/AT1990/000083 AT9000083W WO9103735A1 WO 1991003735 A1 WO1991003735 A1 WO 1991003735A1 AT 9000083 W AT9000083 W AT 9000083W WO 9103735 A1 WO9103735 A1 WO 9103735A1
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WO
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polyimide
moisture
electrode
layer
capacitive
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PCT/AT1990/000083
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Inventor
Helmut Mitter
Walter Scharizer
Herbert SÖLLRADL
Norbert Rossak
Original Assignee
E + E Elektronik Gesellschaft M.B.H.
Lenzing Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/042—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point by using materials which expand, contract, disintegrate, or decompose in contact with a fluid
    • G01M3/045—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point by using materials which expand, contract, disintegrate, or decompose in contact with a fluid with electrical detection means

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a moisture sensor, in particular a capacitive moisture sensor with a polyimide as the moisture-sensitive layer.
  • Humidity sensors with metal and semiconductor oxides and various polymers are known in various designs and are used in industry.
  • the oxidic materials are mainly used in the form of thin-film moisture sensors and mostly work resistively, i.e. they change their electrical resistance depending on the humidity.
  • polymer foils are mostly used, which generally have high sensitivity, but only low long-term stability.
  • Capacitive moisture sensors that have a polyimide as a moisture-sensitive layer can already be found in DE-OS 3,339,276, DE-OS 2,848,034, US Pat. No. 4,345,301 and US Pat. No. 4,761,710.
  • the polyimide is either applied as a polyimide precursor (precursor) and subsequently imidized, or in the present case already glued to a carrier material or coated with electrode material.
  • a prefabricated polyimide film is used, films of completely the same thickness having to be used in particular for the production of capacitive sensors and care being taken to ensure that the film is not scratched during processing, is kinked or broken.
  • DE-OS 3 339 276 has previously proposed to anodize a tantalum base electrode in order to prevent ohmic conduction of the sensor.
  • a series capacitance is formed with tantalum oxide as the dielectric, which limits the sensitivity of the sensor.
  • DE-OS 22 39 359 shows a circuit arrangement which has a stray field capacitor with three electrodes arranged next to one another, of which the middle one acts as a shielding electrode, another is connected to a signal transmitter and the third is connected to a receiver in an electrically conductive manner.
  • the structure in circuitry has a stray field capacitor with three electrodes arranged next to one another, of which the middle one acts as a shielding electrode, another is connected to a signal transmitter and the third is connected to a receiver in an electrically conductive manner.
  • the dielectric only having to lie between the electrodes and that
  • Dielectric not from a moisture-impermeable layer for example a moisture-impermeable layer
  • Electrode that may be shielded.
  • resistive Moisture sensors based on polyimide must be introduced with a suitable additive which increases the conductivity in view of the insulating properties of the polyimide.
  • resistive moisture sensors there is naturally only a much smaller risk of a short circuit between the electrodes, and the lowest possible homogeneous and uniform layer thickness is of primary interest here in view of the increased sensitivity.
  • the invention now aims to provide a method for producing a moisture sensor of the type mentioned at the outset, in particular a capacitive moisture sensor, with which a homogeneous, dense, particularly thin moisture-sensitive layer can be achieved in a particularly simple manner, so that a improved response and a higher sensitivity can be achieved and no damage occurs even after condensation of the sensor.
  • the method according to the invention essentially consists in applying the polyimide, in a completely imidized state, dissolved in a polar solvent to an insulating carrier material having at least one connection or base electrode, after which the solvent is removed. Glass, ceramics, oxidized silicon wafers or the like can be used as the insulating carrier material.
  • any layer thicknesses can be achieved with complete homogeneity, since during the subsequent removal, in particular evaporation, of the solvent, no chemical reaction takes place in the coating and thereby the risk of hole formation is avoided.
  • a high degree of homogeneity and density with consistently thin layers can be ensured from polyimide.
  • the base electrode can subsequently be finished together with a cover electrode together with the polyimide as a dielectric to form a capacitor, it being possible for a connection electrode to already be structured on the carrier material, which is subsequently contacted with the cover electrode .
  • a connection electrode in principle two connection electrodes on the carrier material are sufficient which, together with the polyimide connecting the connection electrodes as a thin coating, result in a resistance which varies as a function of the moisture, if the polyimide has previously been added with an additive which increases the conductivity was equipped.
  • the base electrode can usually be applied by vapor deposition or sputtering and structured photolithographically, and the connection electrode for the cover electrode required in the case of a capacitive moisture sensor can be produced in the same operation.
  • a moisture-permeable cover electrode is advantageously applied for the production of capacitive humidity sensors, the contacting of the cover electrode with a connection electrode which may have been previously made on the carrier material can be carried out in a particularly simple manner such that the polyimide layer over the connection surface of the base electrode and the Connection electrode is removed mechanically or by plasma etching or by laser, whereupon the cover electrode is electrically connected to the connection electrode and forms a capacitor with the base electrode with the polymer as a dielectric.
  • the moisture-permeable cover electrode can be applied in a technically particularly simple manner by vapor deposition or sputtering over the polymer and the connecting electrode, wherein the moisture-permeable cover electrode can consist of chrome or gold and if, for example, it can be structured photolithographically.
  • a structurally particularly simple structuring consists, for example, in the formation of a comb or lattice structure, the electrode material naturally being able to be applied in such a way that it is already very porous or cracked during manufacture, in particular in an island structure, and in this way a corresponding one Moisture exchange between the ambient air and the polyimide guaranteed.
  • a prerequisite for carrying out the method according to the invention is a polyimide which can be completely dissolved in a polar solvent in order to be able to produce a completely homogeneous, pinhole-free, very thin polyimide layer.
  • Such thin polyimide layers which are produced by applying the polyimide from the solution, do not have any kinks, cracks or holes even after drying.
  • Dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone or sulfolane can advantageously be used as the polar solvent in the context of the present invention, it being possible to ensure complete dissolution in such a polar solvent if a copolymer of 3,3 ', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic acid dianhydride and '60 to 100 mol% toluenediamine (2,4- and / or 2,6-isomer) or toluenediisocyanate (2,4- and / or 2,6-isomer) and 0 to 40% mol.% 4,4-methylenebis (phenylamine) or 4,4'-methylenebis (phenyl isocyanate) and in particular a linear polyimide with a weight average of 30,000 to 300,000 units and a number average of 10,000 to 60,000 is used.
  • Such a linear polyimide can be applied from the solution by dipping, spraying or spinning and in this way it is ensured that the applied layer is uniformly thick and pinhole-free over the entire surface, the layers being significant compared to conventional polyimide films lesser thickness can be applied what is particularly important with regard to the response speed.
  • organofunctional silanes are easy to process and show a great affinity for commonly used carrier materials such as glass, ceramics, metal or the like, as well as for the linear soluble polyimides used for the production of the moisture-sensitive layer. Due to the good solubility of such organofunctional silanes, both in aqueous and non-aqueous solvents, extremely thin layers of the adhesion promoter can be applied to the carrier material, in particular by dipping, spraying or spinning, so that the overall thickness of the sensor is only uneven by the adhesion promoter is significantly enlarged.
  • Complete removal of the polar solvents is achieved in a simple manner by drying the polyimide at temperatures from 80 to 330 ° C., preferably drying in three stages, the temperature in each of the three stages being higher than that previously prevailing temperature is increased by 80 ° C to 100 ° C.
  • a thin, homogeneous polyimide layer is ensured on the carrier or the carrier pretreated with an adhesive, the preferred drying in stages ensuring that the polyimide is dried uniformly over the entire surface and depth of the component.
  • any traces of water and gas that may still be present are removed from the polymer solution, so that, in the subsequent temperature increases, the homogeneity of the polymer layer is not destroyed by vapor or gas bubbles enclosed in the curing material becomes.
  • the solvent is finally removed. In this way, the end product is a uniformly hard polyimide layer of particularly low layer thickness, which has no tendency to become brittle.
  • FIG. 1 shows a top view of a moisture sensor according to the invention and FIG. 2 shows a section along the line II-II of FIG.
  • 1 denotes an insulating carrier which can be used, for example, made of glass, ceramic or as an oxidized silicon wafer.
  • a base electrode 2 is applied to this carrier 1, for example by vapor deposition or sputtering, and structured photolithographically. Simultaneously with the base electrode 2, a connection electrode 3 for the cover electrode 5 is produced.
  • the solution of a polyimide or copolyimide that is still soluble in polar solvents in the fully identified state is applied to the cleaned and dried surface of the substrate provided with electrodes, optionally treated with an adhesion promoter, and then dried.
  • the thin polymer layer 4 is then removed over the connection surfaces of the electrode and the connection electrode either mechanically or by plasma etching or by means of a laser and a moisture-permeable cover electrode 5 is applied over the polymer and the connection electrode by vapor deposition or sputtering.
  • polyimide layer 4 a linear copolymer of 3,3 ', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic acid dianhydride and 60 to 100 mol% toluenediamine (2,4- and / or 2,6-isomer) or tolylene diisocyanate (2,4- and / or 2,6-isomer) and 0 to 40% mol.% 4,4'-methylene bis (phenylamine) or 4,4'-methylene bis (phenyl isocyanate) in a strongly polar solvent such as dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide , N-methylpyrrolidone or sulfolane.
  • a strongly polar solvent such as dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide , N-methylpyrrolidone or sulfolane.
  • the polyimide was dried at temperatures from 80 to 330 ° C. with increasing drying, drying in three stages and in each of the three stages the temperature was increased by 80 to 100 ° C. in each case compared to the prevailing temperature.
  • the linear polyimide was applied from the solution by dipping, spraying or spinning. In principle, the processing of the linear statistical copolyimide for the production of the polyimide layer 4 is possible directly from the solution obtained in the polycondensation. Likewise, the polyimide be precipitated, dried and stored beforehand and a suitable solution can only be prepared if required.
  • the use of the copolymer mentioned has resulted in particularly good sensitivity and improved response behavior compared to conventional capacitive moisture sensors produced with polyimide films.

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Feuchtesensors, insbesondere eines kapazitiven Feuchtesensors mit einem Polyimid als feuchtigkeitsempfindlicher Schicht (4), wird das Polyimid (4) in vollständig imidisiertem Zustand in einem polaren Lösungsmittel gelöst auf ein isolierendes, wenigstens eine Anschluß- oder Grundelektrode (2, 3) aufweisendes Trägermaterial aufgebracht, worauf das Lösungsmittel entfernt wird. Vorzugsweise wird dabei für kapazitive Feuchtesensoren eine feuchtigkeitsdurchlässige Deckelektrode (5) aufgebracht.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Feuchtesensors
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Feuchtesensors, insbesondere eines kapazitiven Feuchte- sensors mit einem Polyimid als feuchtigkeitsempfindlicher Schicht.
Feuchtesensoren mit Metall- und Halbleiteroxiden sowie verschiedenen Polymeren sind in verschiedenen Ausführungs- formen bekannt und im industriellen Einsatz. Die oxidischen Materialien kommen hiebei vor allem in Form von Dünnschicht- feuchtigkeitssensoren zur Anwendung und arbeiten meist resistiv, d.h. sie verändern ihren elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit. Zur Herstellung von Feuchtigkeitssensoren aus polymeren Materialien werden meist Polymerfolien verwendet, die zwar im allgemeinen eine hohe Empfindlichkeit, aber nur geringe Langzeitstabilität auf¬ weisen.
Kapazitiv arbeitende Feuchtesensoren, die ein Polyimid als feuchteempfindliche Schicht aufweisen, sind bereits der DE-OS 3 339 276, der DE-OS 2 848 034, der US-PS 4 345 301 und der US-PS 4 761 710 zu entnehmen. In allen Fällen wird das Polyimid entweder als Poiyimidvorstufe (Precursor) auf ein Trägermaterial aufgebracht und nachträglich imidisiert oder bereits als Folie vorliegend auf ein Trägermaterial geklebt bzw. mit Elektrodenmaterial beschichtet. Bei der aus der US-PS 4 345 301 bekannten Verfahrensweise wird eine vorge¬ fertigte Polyimidfolie eingesetzt, wobei insbesondere für die Herstellung kapazitiver Sensoren Folien vollkommen gleicher Dicke eingesetzt werden müssen und dafür Sorge getragen werden muß, daß die Folie während der Verarbeitung weder zerkratzt, geknickt oder gebrochen wird. Bei der Verwendung von Polyimid in einer Polyimidvorstufe, d.h. als sogenannter Precursor, in einem Lösungsmittel erfolgt die Imidisierung nach dem Auftragen. Während dieser Imidisierung, dem söge- nannten Curing, erfolgt auf Grund der Imidisierung eine Freisetzung von Wasser und es entstehen auf diese Weise bei der Imidisierung des Polyimides in der Polyimidschicht feinste Löcher. Diese Löcher können wiederum die Funktion des Polyimids als feuchteempfindliches Dielektrikum in Frage stellen, da die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden des Kondensators vor allen Dingen bei hohen Feuchtigkeitswerten besteht.
Um derartige Kurzschlüsse zu vermeiden wurde bisher in der DE-OS 3 339 276 vorgeschlagen eine Tantalgrundelektrode anodisch zu oxidieren, um eine ohmsche Leitung des Sensors zu verhindern. Im Falle eines lokalen Defektes in der Polyimid¬ schicht bildet sich mit Tantaloxid als Dielektrikum eine Serienkapazität aus, welche die Empfindlichkeit des Sensors einschränkt.
Sowohl für kapazitive als auch resistive Feuchtesensoren ist es insgesamt von wesentlicher Bedeutung eine möglichst homogene und im übrigen möglichst dünne gleichbleibende Schichtstärke zu erzielen, deren höchste Ansprechgeschwindig¬ keit erreicht werden soll.
Für kapazitiv arbeitende 'Feuchtigkeitsensoren sind bereits unterschiedliche Schaltungsanordnungen vorgeschlagen worden.
Insbesondere ist der DE-OS 22 39 359 eine Schaltungsanordnung zu entnehmen, welche einen Streufeldkondensator mit drei nebeneinander angeordneten Elektroden aufweist, von denen die mittlere als Abschirmelektrode wirkt, eine andere mit einem Signalgeber und die dritte mit einem Empfänger elektrisch leitend verbunden ist. Der Aufbau in schaltungstechnischer
Hinsicht kann verschieden ausgebildet sein, wobei lediglich zwischen den Elektroden das Dielektrikum liegen muß und das
Dielektrikum nicht von einer feuchtigkeitsundurchlässigen Schicht, beispielsweise einer feuchtigkeitsundurchlässigen
Elektrode, abgeschirmt sein darf. Im Falle von resistiven Feuchtesensoren auf der Basis von Polyimid muß mit Rücksicht auf die isolierenden Eigenschaften des Polyimides ein geeig¬ neter die Leitfähigkeit erhöhender Zusatz eingebracht werden. Bei resistiven Feuchtesensoren besteht die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden naturgemäß nur in weit geringerem Ausmaß und eine möglichst geringe homogene und gleichförmige Schichtdicke ist hier in erster Linie mit Rücksicht auf gesteigerte Ansprechempfindlichkeit von Inter¬ esse.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren zur Her¬ stellung eines Feuchtigkeitssensors der eingangs genannten Art, insbesondere eines kapazitiven Feuchtesensors, zu schaffen, mit welchem eine homogene, dichte, besonders dünne feuchtigkeitsempfindliche Schicht in besonders einfacher Weise erzielt werden kann, so daß ein verbessertes Ansprech¬ verhalten und eine höhere Empfindlichkeit erzielt werden kann und auch nach einer Betauung des Sensors keine Schäden entstehen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungs- gemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß das Polyimid in vollständig imidisiertem Zustand in einem polaren Lösungs¬ mittel gelöst auf ein isolierendes, wenigstens eine Anschlu߬ oder Grundelektrode aufweisendes Trägermaterial aufgebracht wird, worauf das Lösungsmittel entfernt wird. Als isolie- rendes Trägermaterial können hiebei Glas, Keramik, oxidierte Siliziu wafer od.dgl. eingesetzt werden, wobei durch die Ma߬ nahme, das Polyimid in vollständig imidisiertem Zustand in einem polaren Lösungsmittel gelöst aufzutragen, beliebige Schichtstärken mit vollständiger Homogenität erzielt werden, da beim nachfolgenden Entfernen, insbesondere Abdampfen, des Lösungsmittels keine chemische Reaktion in der Beschichtung abläuft und dadurch die Gefahr der Ausbildung von Löchern vermieden wird. Gegenüber der umständlicheren Handhabung von Folien besteht auch keine Gefahr eines Knickens bzw. Zer- kratzens bei der Handhabung von Folien, so daß eine hohe Homogenität und Dichte bei gleichbleibend dünnen Schichten aus Polyimid sichergestellt werden kann. Im Falle von kapazi¬ tiven Feuchtesensoren kann die Grundelektrode in der Folge mit einer Deckelektrode gemeinsam unter Einschluß des Poly¬ imids als Dielektrikum zu einem Kondensator fertiggestellt werden, wobei eine Anschlußelektrode am Trägermaterial bereits strukturiert vorliegen kann, welche in der Folge mit der Deckelektrode kontaktiert wird. Im Falle von resistiven Sensoren genügen im Prinzip zwei Anschlußelektroden am Trägermaterial, welche gemeinsam mit dem die Anschluß- elektroden als dünne Beschichtung verbindenden Polyimid einen in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit veränderlichen Wider¬ stand ergeben, wenn das Polyimid zuvor mit einem die Leit¬ fähigkeit erhöhenden Zusatz ausgerüstet wurde. Die Grund¬ elektrode kann üblicherweise durch Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht und fotolithografisch strukturiert werden und es kann im gleichen Arbeitsgang die Anschlußelektrode für die im Fall eines kapazitiven Feuchtigkeitssensors erforderliche Deckelektrode hergestellt werden.
Mit Vorteil wird für die Herstellung kapazitiver Feuchte¬ sensoren eine feuchtigkeitsdurchlässige Deckelektrode aufge¬ bracht, wobei die Kontaktierung der Deckelektrode mit einer gegebenenfalls zuvor am Trägermaterial hergestellten An¬ schlußelektrode in besonders einfacher Weise so erfolgen kann, daß die Polyimidschicht über der Anschlußfläche der Grundelektrode und der Anschlußelektrode mechanisch oder durch Plasmaätzen oder mittels Laser entfernt wird, worauf die Deckelektrode elektrisch mit der Anschlußelektrode verbunden wird und mit der Grundelektrode einen Kondensator mit dem Polymer als Dielektrikum bildet.
Die feuchtigkeitsdurchlässige Deckelektrode kann in ver¬ fahrenstechnisch besonders einfacher Weise durch Aufdampfen oder Sputtern über dem Polymer und der Anschlußelektrode aufgebracht werden, wobei die feuchtigkeitsdurchlässige Deckelektrode aus Chrom oder Gold bestehen kann und gleich- falls beispielsweise fotolithografisch strukturiert werden kann. Eine verfahrenstechnisch besonders einfache Struktu¬ rierung besteht beispielsweise in der Ausbildung einer Kamm¬ oder Gitterstruktur, wobei naturgemäß das Elektrodenmaterial auch so aufgebracht werden kann, daß es bei der Herstellung bereits sehr porös oder rissig, insbesondere in Inselstruktur aufgebracht wird und auf diese Weise einen entsprechenden Feuchteaustausch zwischen der Umgebungsluft und dem Polyimid gewährleistet. Voraussetzung für die Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens ist ein Polyimid, welches in einem polaren Lösungsmittel vollständig lösbar ist, um auf diese Weise eine vollkommen homogene pinholefreie sehr dünne Polyimidschicht herstellen zu können. Derartig dünne Poly- imidschichten, die durch Aufbringen des Polyimids aus der Lösung hergestellt werden, weisen auch nach dem Trocknen keinerlei Knicke, Risse oder Löcher auf.
Als polares Lösungsmittel kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit Vorteil Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon oder Sulfolan verwendet werden, wobei eine vollständige Lösung in einem derartigen polaren Lösungsmittel dann sichergestellt werden kann, wenn als Polyimid ein Copolymeres aus 3,3' ,4,4'-Benzophenontetra- carbonsäuredianhydrid und' 60 bis 100 Mol.% Toluylendiamin (2,4- und/oder 2,6-Isomeres) oder Toluylendiisocyanat (2,4- und/oder 2,6-Isomeres) und 0 bis 40 % Mol.% 4,4-Methylenbis- (phenylamin) oder 4,4'-Methylenbis-(phenylisocyanat) und insbesondere ein lineares Polyimid mit einem Gewichtsmittel von 30000 bis 300000 Einheiten und einem Zahlenmittel von 10000 bis 60000 eingesetzt wird. Ein derartiges lineares Polyimid kann aus der Lösung durch Tauchen, Sprühen oder Schleudern aufgebracht werden und es wird auf diese Weise sichergestellt, daß die aufgebrachte Schicht über die gesamte Fläche gleichmäßig dick und pinholefrei ist, wobei im Ver- gleich zu herkömmlichen Polyimidfolien die Schichten mit bedeutend geringerer Dicke aufgebracht werden können, was insbesondere im Hinblick auf die Ansprechgeschwindigkeit von besonderer Bedeutung ist.
Als lineares Polyimid mit besonders hoher Empfindlichkeit und gegenüber herkömmlichen Polyimidfolien verbessertem An¬ sprechverhalten wurde ein Copolymeres aus 3,3* ,4,4•-Benzo- phenontetracarbonsäuredianhydrid und 60 bis 100 Mol.% Toluylendiamin (2,4- und/oder 2,6-Isomeres) oder Toluylen- diisocyanat (2,4- und/oder 2,6-Isomeres) und 0 bis 40 % Mol.% 4,4-Methylenbis(phenylamin) oder 4,4'-Methylenbis-(phenyl- isocyanat) aufgefunden. Die Verwendung eines derartigen Copolymeren, insbesondere eines derartigen statistischen Copoly eren mit einem Gewichtsmittel von 30000 bis 300000 Einheiten und einem Zahlenmittel von 10000 bis 60000 Ein- heiten, zeichnet sich dadurch aus, daß es in den oben ge¬ nannten stark polaren Lösungsmitteln ohne weiteres löslich ist, wobei die Haftung und insbesondere die Gefahr eines Ver- rutschens oder Ablösens der nach dem Trocknen ausgebildeten Polyimidschicht vom Trägermaterial mit Sicherheit dadurch verhindert werden kann, daß vor dem Auftragen der Polyimid¬ schicht ein Haftvermittler, insbesondere organofunktionelle Silane mit einer oder mehreren funktionellen Endgruppen (so z.B. Aminopropyltriethoxysilan, Aminoethylaminopropyl- trimethoxysilan oder 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan etc.), aufgebracht wird. Derartige organofunktionelle Silane sind einfach verarbeitbar und zeigen zu üblicherweise verwendeten Trägermaterialien, wie Glas, Keramik, Metall od.dgl., ebenso wie zu den für die Herstellung der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht verwendeten linearen löslichen Polyimiden eine große Affinität. Durch die gute Lδslichkeit derartiger organofunk- tioneller Silane sowohl in wässrigen als auch nicht wässrigen Lösungsmitteln lassen sich insbesondere durch Tauchen, Sprühen oder Schleudern extrem dünne Schichten des Haft¬ vermittlers auf dem Trägermaterial aufbringen, so daß die Gesamtdicke des Sensors durch den Haftvermittler nur un¬ wesentlich vergrößert wird. Eine vollständige Entfernung der polaren Lösungsmittel gelingt in einfacher Weise dadurch, daß das Polyimid bei Temperaturen von 80 bis 330°C ansteigend getrocknet wird, wobei vorzugsweise die Trocknung in drei Stufen vorgenommen wird, wobei bei jeder der drei Stufen die Temperatur gegen¬ über der zuvor herrschenden Temperatur um 80°C bis 100°C erhöht wird. Durch die Einhaltung des genannten Temperatur¬ bereiches wird eine dünne homogene Polyimidschicht auf dem Träger oder dem mit einem Haftmittel vorbehandelten Träger sichergestellt, wobei die bevorzugte Trocknung in Stufen sicherstellt, daß das Polyimid über die gesamte Fläche und Tiefe des Bauteiles gleichmäßig durchgetrocknet wird. Während der ersten Stufe eines derartigen Trocknungsprozesses mit der niedrigsten Temperatur werden eventuell noch vorhandene Spuren von Wasser und Gas aus der Polymerlösung entfernt, so daß bei den nachfolgenden Temperaturerhöhungen die Homoge¬ nität der Polymerschicht nicht durch in dem aushärtenden Material eingeschlossene Dampf- bzw. Gasblasen zerstört wird. Bei nachfolgenden Temperaturerhöhungen und insbesondere in der dritten Stufe des Trocknens erfolgt eine endgültige Ent¬ fernung des Lösungsmittels. Als Endprodukt entsteht auf diese Weise eine gleichmäßig harte Polyimidschicht besonders geringer Schichtstärke, welche keine Versprödungsneigung aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher er¬ läutert. In dieser zeigen Fig.l eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Feuchtesensor und Fig.2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig.l.
In Fig.l ist mit 1 ein isolierender Träger, welcher bei¬ spielsweise aus Glas, Keramik oder als oxidierter Silizium- wafer eingesetzt werden kann, bezeichnet. Auf diesen Träger 1 wird eine Grundelektrode 2 beispielsweise durch Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht und fotolithografisch strukturiert. Gleichzeitig mit der Grundelektrode 2 wird eine Anschlu߬ elektrode 3 für die Deckelektrode 5 hergestellt.
Auf die gereinigte und getrocknete, gegebenenfalls mit einem Haftvermittler behandelte Oberfläche des mit Elektroden ver¬ sehenen Substrats wird die Lösung eines im voll i idisierten Zustand noch in polaren Lösungsmitteln löslichen Polyimids oder Copolyimids aufgebracht und anschließend getrocknet.
Die dünne Polymerschicht 4 wird anschließend über den An¬ schlußflächen der Elektrode und der Anschlußelektrode ent¬ weder mechanisch oder durch Plasmaätzen oder mittels Laser entfernt und eine feuchtedurchlässige Deckelektrode 5 durch Aufdampfen oder Sputtern über dem Polymer und der Anschluß- elektrode aufgebracht.
Für die Polyimidschicht 4 wird ein lineares Copolymeres aus 3,3' ,4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid und 60 bis 100 Mol.% Toluylendiamin (2,4- und/oder 2,6-Isomeres) oder Toluylendiisocyanat (2,4- und/oder 2,6-Isomeres) und 0 bis 40 % Mol.% 4,4'-Methylenbis(phenylamin) oder 4,4'-Methylen- bis-(phenylisocyanat) in einem stark polaren Lösungsmittel wie beispielsweise Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon oder Sulfolan einge- setzt. Nach dem Aufbringen eines derartigen statistischen Copolymeren mit einem Gewichtsmittel von 30000 bis 300000 Einheiten und einem Zahlenmittel von 10000 bis 6000 wurde das Polyimid bei Temperaturen von 80 bis 330°C ansteigend ge¬ trocknet, wobei in drei Stufen getrocknet wurde und in jeder der drei Stufen die Temperatur gegenüber der zuvor herrschen¬ den Temperatur um jeweils 80 bis 100°C erhöht wurde. Das lineare Polyimid wurde aus der Lösung durch Tauchen, Sprühen oder Schleudern aufgebracht. Prinzipiell ist die Verarbeitung des linearen statistischen Copolyimids für die Herstellung der Polyimidschicht 4 direkt aus der bei der Polykondensation erhaltenen Lösung möglich. Ebenso kann aber das Polyimid zuvor ausgefällt, getrocknet und gelagert werden und erst bei Bedarf eine geeignete Lösung hergestellt werden. Die Ver¬ wendung des genannten Copolymeren hat besonders gute Empfind¬ lichkeit und verbessertes Ansprechverhalten gegenüber her¬ kömmlichen mit Polyimidfolien hergestellten kapazitiven Feuchtigkeitssensoren ergeben.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Feuchtesensors, insbe¬ sondere eines kapazitiven Feuchtesensors mit einem Polyimid als feuchtigkeitsempfindlicher Schicht, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Polyimid in vollständig imidisiertem Zustand in einem polaren Lösungsmittel gelöst auf ein isolie¬ rendes, wenigstens eine Anschluß- oder Grundelektrode (2,3) aufweisendes Trägermaterial (1) aufgebracht wird, worauf das Lösungsmittel entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für kapazitive Feuchtesensoren eine feuchtigkeitsdurchlässige Deckelektrode (5) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyimidschicht (4) über der Anschlußfläche der Grund¬ elektrode (2) und der Anschlußelektrode (3) mechanisch oder durch Plasmaätzen oder mittels Laser entfernt wird, worauf die Deckelektrode (5) elektrisch mit der Anschlußelektrode (3) verbunden wird und mit der Grundelektrode einen Konden¬ sator mit dem Polymer als Dielektrikum bildet.
4. Verfahren nach Anspruch' 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchtigkeitsdurchlässige Deckelektrode (5) durch
Aufdampfen oder Sputtern über dem Polymer und der Anschlu߬ elektrode (3) aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als polares Lösungsmittel Dimethyl- for amid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, N-Methyl- pyrrolidon oder Sulfolan verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyimid ein lineares Polyimid eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein lineares Polyimid mit einem Gewichtsmittel von 30000 bis 300000 Einheiten und einem Zahlenmittel von 10000 bis 60000 eingesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyimid ein Copolymeres aus 3,3' ,4,4'-Benzophenon- tetracarbonsäuredianhydrid und 60 bis 100 Mol.% Toluylen- diamin (2,4- und/oder 2,6-Isomeres) oder Toluylendiisocyanat (2,4- und/oder 2,6-Isomeres) und 0 bis 40 % Mol.% 4,4- -Methylenbis(phenylamin) oder 4,4l-Methylenbis-(phenyl- isocyanat) eingesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das gelöste lineare Polyimid aus der
Lösung duch Tauchen, Sprühen oder Schleudern aufgebracht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Auftragen der Polyimidschicht (4) ein Haftvermittler, insbesondere organofunktionelle Silane, mit einer oder mehreren funktionellen Endgruppen (so z.B. Aminopropyltriethoxysilan, Aminoethylaminopropyltrimethoxy- silan oder 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan etc.) aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyimid bei Temperaturen von 80 bis 330°C ansteigend getrocknet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung in drei Stufen vorgenommen wird, wobei bei jeder der drei Stufen die Temperatur gegenüber der zuvor herrschenden Temperatur um 80°C bis 100°C erhöht wird.
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