TW200819739A - Miniatured humidity sensor having a non-coplanar electrode and moisture entry/exit - Google Patents
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Description
200819739 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種濕度感測器，詳言之，係關於一種具 不共平面電極及水氣進出口之微型濕度感測器。 【先前技術】 一般濕度感測器之高分子材料需具備低介電常數（約3至 4之間）與高電阻之特性。由於水的介電常數約為78，當水 分子進該高分子材料後，整體介電常數值將隨著環境濕度 增加，故該習知電容式微型濕度感測器之電容值隨相對濕 度升高而增加。常見的電容式濕度感測材料有聚對苯二曱 二乙酯（PETT，polyethylenetere phthalate)、六甲笨二醚（HMDS〇, hexamethyldisiloxane)、聚甲基丙烯酸甲酯（pMMA， PGlymethylmethacrylate)、聚苯乙烯磺酸鈉（p〇lystyrene sulfQnie sodium)和常見的聚亞醯胺（Polyimide )等，該等高分子材料皆 含有羥基（-OH)、醚基〇〇-)、胺基（_NH2)、聯胺基（>NH)、 石戸、酸基（-S03H)和硫基（_S02-)作為吸附水分子的官能基。 請參閱圖1，其顯示習知電容式濕度感測器之示意圖。 該電容式微型濕度感測器1包括一基板U、一第一電極層 12、一介電層13及一第二電極層14。該第一電極層12設置 於該基板11上，該第一電極層12具有複數個第一電極 121。該介電層13覆蓋該基板11及該第一電極層12。該第 二電極層14設置於該介電層13上，該第二電極層14具有複 數個第二電極141，該等第二電極141與該等第一電極121 相對地設置。 115236.doc 200819739 由於該習知濕度感測器1之該介電層13為疏水性高分子 材料，水分子易於其内凝聚而有遲滯現象，且疏水性材料 通常和有機溶劑或揮發物有很好之親和力，因此對濕度之 感測影響甚大。並且，因為該等第二電極141與該等第— 電極121相對地設置，會使得濕度感測之靈敏度、感測線 性度、穩定性、精確度及反應速度表現不佳。
因此，有必要提供一種創新且具進步性之具不共平面電 極及水氣進出口之微型濕度感測器，以解決上述問題。 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種具不共平面電極及水氣進出 口之微型濕度感測益。該微型濕度感測器包括一基板、〜 第-電極層、一第一介電層、一第二電極層及一第二介電 層。該第一電極層設置於該基板上，該第一電極層具有— 第-接端及複數個第一電極。該第一介電層覆蓋部；該基 板及該等第—電極且顯露該第—接端。該第二電極層設置 於該第-介電層上’具有一第二接端及複數個第二電極， 於空間上’該等第二電極與該等第—電極係交錯地設置。 該第二介電層覆蓋該等第二電極，且顯露該第二接端，該 弟二介電層具有複數個第—水氣進出口，該等第—水氣進 出口係分別形成於該等第-電極上之相對位置。 本發明之該微型濕度感測器利用低介電t數之該第一介 :層及該第二介電層作為電容感應層及該 :'…，該第一介電層及該第二介電層具有低介電; 回耐熱性、抗巾讀性、抗化學腐綠、尺寸安定性、 115236.doc 200819739 - 極佳階梯覆蓋性等優良特性，因此在微電子與微機電系统 ·- 領域的應用非常廣泛。 再者’該等第一水氣進出口係分別形成於該等第一電極 上之相對位置，且該等第一水氣進出口係分別形成於該等 第二電極之間，且該第一電極層及該第二電極層為不共平 面’可使得該微型濕度感測器於進行濕度之量測時，具有 較佳的濕度感測靈敏度、極高的感測線性度、極低的遲滯 • 效應、優良的穩定性、極佳的精確度及高反應速度。 【實施方式】 請參閱圖2，其顯示本發明具不共平面電極及水氣進出 之微i濕度感/則器2。该微型濕度感測器2包括一基板 21、一第一電極層22、、一第一介電層23、一第二電極層 24及一第二介電層25。該基板21可為一矽基板，例如該矽 基板21可為一 P型矽基板，或者，該基板21亦可為一印刷 包路板。在該實施例中，該基板21包括一矽層2丨丨及二層 • &化層212、213，該等氡化層212、213分別形成於該石夕層 211之二相對表面，其中，該等氧化層212 '213之材質係 為二氧化矽。 配e參考圖2、圖3及圖4，該第一電極層22設置於該基 板21上，該第一電極層22具有複數個第一電極1及一第 一接端222。在該實施例中，該等第一電極221與該第一接 端222電性連接，並呈梳狀。該第一介電層23覆蓋部分該 . 基板21及該等第一電極U1且顯露該第一接端222。 ’ 該第二電極層24設置於該第一介電層23上，該第二電極 115236.doc 200819739 : $24具有複數個第二電極⑷及-第二接端242，在該實施 ' 例中，該等第二電極241與該第二接端242電性連接，並呈 梳狀，於空間上，該等第二電極241與該等第一電極221係 交錯地設置。該第-接端222及㈣二接端⑷係用以電性 連接至一外部電源。該第一電極層22及該第二電極層Μ之 材質係選自紹、銅、鉻或金等金屬。在該實施例中，該第 電接層22及該第二電極層24之材質係為銘，而銘具有導 • 冑性佳及延展性佳之特性，且紹為取得容易之金屬材質。 該第二介電層25覆蓋該等第二電極241，且顯露該第二 接端242，該第二介電層25具有複數個第一水氣進出口 251，用以使水氣通過以進行濕度之量測。豸等第-水氣 進出口⑽分別形成於該等第一電極221上之相對位置： 且該等第-水氣進出口 251係分別形成於該等第二電極241 之間。要注意的是，該第一介電層23亦可具有複數個第二 水《I進出口231，該等第二水氣進出口231係分別形成於該 # #第一電極221上之相對位置，且分別與該等第-水氣進 出口 25 1相連通（如圖5所示）。 ；> 在該實施例中，該第-電極221之寬度等於該第二電極 241之寬度’且該第二電極241之垂直投影不覆蓋該第一電 極22卜亦即，於空間上，該等第一電極221及該等第二= 極241未重豐。要注意的是，該第一電極221之寬度可大於 該第二電極241之寬度（如圖6所示），或者，該第—電極a! -之寬度可小於該第二電極241之寬度（如圖7所示）。 -另外，該第二電極24〗之垂直投影亦可覆蓋部分該第一 115236.doc 200819739 電極221。亦即，於空間上，該等第一電極221及該等第二 .電極241部分重疊。並且，該第一電極221之寬度可大於該 第二電極241之寬度（如圖8所示），或者，該第一電極221之 寬度可小於該第二電極241之寬度（如圖9所示），或者，該 第一電極221之寬度等於該第二電極241之寬度，且該第一 電極221及該第二電極241具有較寬之寬度（如圖10所示）。 較佳地，該第一介電層23及該第二介電層25之材質係為 g 高分子材料。該高分子材料係選自聚對苯二甲二乙酯 (PETT，polyethylenetere phthalate)、六曱苯二醚（HMDSO, hexamethyldisiloxane)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA， polymethylmethacrylate)、聚笨乙稀績酸納（polystyrene sulfonic sodium)及聚亞醢胺（Polyimide )等。其中，該第一介電層23及 該第二介電層25之材質較佳為聚亞醯胺。在應用範圍上， 該高分子材料之工作溫度範圍較高，通常可達-40°C至 180°C，電容值之變化約在1至1000PF。 • 請參閱圖11，其顯示圖2、圖6、圖7及圖10之微型濕度 感测器之相對濕度-電容值之示意圖。其中，曲線5A100代 表圖2之微型濕度感測器之濕度感測曲線；曲線5B100代表 圖6之微型濕度感測器之濕度感測曲線；曲線5C100代表圖 7之微型濕度感測器之濕度感測曲線；曲線5D100代表圖10 之微型濕度感測器之濕度感測曲線。由圖11中可得知，在 相同感測區域面積面積、感測介電層厚度及交錯的電極寬 - 度下，電極的交錯方式，以圖10之微型濕度感測器（上、 - 下電極接觸面積較大）之功效為最佳，其電容變化範圍 115236.doc 200819739 值、靈敏度與線性度為最佳。 請參閱圖12，其顯示本發明微型濕度感測器之遲滯效應 之示意圖。由圖12中可得知，由30%相對濕度至7〇%相對 濕度所量測之濕度感測曲線，與由7〇%相對濕度至％%相 對濕度所量測之濕度感測曲線幾乎重疊，亦即，本發明微 型濕度感測'具有極低之遲滯效應，故該濕度感測器具有 較佳之精準度，且感測之濕度值不易失真。 本發明之該微型濕度感測器利用低介電常數之該第一介 電層及該第二介電層作為電容感應層及該第二電極之保護 層。並且，該介電層具有低介電常數、高耐熱性、抗幅射 性、杬化學腐蝕性、尺寸安定性、極佳階梯覆蓋性等優良 特性，因此在微電子與微機電系統領域的應用非常廣泛。 再者，該等第一水氣進出口 251係分別形成於該等第一 電極221上之相對位置，且該等第一水氣進出口 251係分別 形成於該等第二電極241之間，且該第一電極層及該第二 電極層為不共平面，可使得該微型濕度感測器2於進行濕 度之量測時’具有較佳的濕度感測靈敏度、極高的感測線 性度、極低的遲滯效應、優良的穩定性、極佳的精確度及 高反應速度。 惟上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非用 以限制本發明。因此，習於此技術之人士對上述實施例進 行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應 如後述之申請專利範圍所列。 【圖式簡單說明】 115236.doc -10- 200819739 : 圖1顯示習知電容式微型濕度感測器之示意圖； - 圖2顯示本發明微型濕度感測器之示意圖； 圖3顯示本發明弟一電極層之示意圖； 圖4顯7F本發明弟二電極層之示意圖； 圖5顯示本發明第一介電層具有複數個第二水氣進出口 微型濕度感測器之示意圖； 圖6顯示本發明第一電極之寬度大於第二電極之寬度之 φ 微型濕度感測器之示意圖； 圖7顯示本發明第一電極之寬度小於第二電極之寬度之 微型濕度感測器之示意圖； 圖8至圖10顯示本發明第二電極之垂直投影覆蓋部分第 一電極之三種微型濕度感測器之示意圖； 圖11顯示圖2、圖6、圖7及圖10之微型濕度感測器之相 對濕度-電容值之示意圖；及 圖12顯示本發明微型濕度感測器之遲滯效應之示意圖。 • 【主要元件符號說明】 1 習知之電容式微型濕度感測器 2 本發明之微型濕度感測器 11 基板 12 弟一電極層 13 介電層 14 弟一電極層 21 基板 22 弟一電極層 115236.doc 200819739 23 第一介電層 24 第二電極層 25 第二介電層 121 第一電極 141 第二電極 211 矽層 212 、 213 氧化層 221 第一電極 222 第一接端 231 第二水氣進出口 241 第二電極 242 第二接端 251 第一水氣進出口 115236.doc
Claims (1)
- 200819739 十、申請專利範圍： 1 · 一種具不共平面電極及水氣進出口之微型濕度感測器， 包括： 一基板； 一第一電極層，設置於該基板上，該第一電極層具有 一第一接端及複數個第一電極； 一第一介電層，覆蓋部分該基板及該等第一電極且顯 露該第一接端；一第二電極層，設置於該第一介電層上，具有一第二 接端及複數個第二電極，於空間上，該等第二電極與該 等第一電極係交錯地設置；及 山一第=介電層，覆蓋該等第二電極，且顯露該第二接 端’該第二介電層具有複數個第—水氣進出口，該等第 -水氣進出口係分別形成於該等第一電極上 置。如請求項1之微型濕度感測器 板0 其中該基板係為一石夕基 其中該矽基板係為一 p型 其中该基板係為一印刷 3·如請求項2之微型濕度感測器， 石夕基板。 4·如請求項1之微型濕度感測器 電路板。 其中該基板包括一石夕層 形成於該故層之二相對 5·如請求項1之微型濕度感測器， 及二層氧化層，該等氧化層分別 表面。 115236.doc 200819739 6.如請求項5之微型濕度感測器，其中該等氧化層之材質 係為_氣化碎。 7·如請求項1之微型濕度感測器，其中該第一電極層及該 第二電極層之材質係選自鋁、銅、鉻或金等金屬。 8. 如請求項1之微型濕度感測器，其中該第一介電層及該 弟一介電層之材質係為高分子材料。 9. 如請求項8之微型濕度感測器，其中該高分子材料係選自聚對苯二甲二乙酯（PETT，polyethylenetere phthalate)、六甲笨 二醚（HMDSO，hexamethyldisiloxane)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA，polymethylmethacrylate) '聚苯乙烯磺酸鈉加如加⑽ sulfonic sodium)或聚亞醢胺(Polyimide )等。 10. 如請求項1之微型濕度感測器，其中該第一介電層具有 複數個第二水氣進出口，該等第二水氣進出口係分別形 成於該等第-電極上之相對位置，且分別與該等第一水 氣進出口相連通。11. 12. 如翗求項1之微型濕度感測器，其中嗜 口係分別形成於該等第二電極之間。 如請求項1之微型濕度感蜊器，其中誃 等於該第二電極之寬度。 一水氣進出 電極之寬度 其中該第一電極之寬度 其中該第一電極之寬度 其中該第二電極之垂直 13·如請求項丨之微型濕度感測器 大於該第二電極之寬度。 14 ·如明求項1之微型濕度感測器 小於該第二電極之寬度。 15·如請求項1之微型濕度感測器 115236.doc 200819739 投影不覆蓋該第一電極。 16.如請求項1之微型濕度感測器，其中該第二電極之垂直 投影覆蓋部分該第一電極。115236.doc
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| CN110618171A (zh) * | 2018-06-20 | 2019-12-27 | 梅斯法国公司 | 制造相对湿度传感器的方法和相对湿度传感器 |
-
2006
- 2006-10-27 TW TW95139933A patent/TW200819739A/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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