专利名称：一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及高空湿度传感器及其制备方法的领域。
背景技术：
气候的改变与人们的生产生活紧密相关，直接影响人们从事生产劳动、交通运输、航空航天等活动。而大气中的湿度是主要的气候参数之一。随着科技的不断发展，人们对大气湿度探测的需求不断提高，要求对能够准确、快速地获得高空湿度数据，但是，高空环境气候多变，环境恶劣，同时由于高空环境下由于温度过低(最低可达到-75°C)，使得现有的湿度传感器应用在高空环境中时，传感器表面出现结霜现象，严重影响湿度数据采集。本发明的目的是介绍一种可控加热除霜电容式高空探测湿度传感器的制造方法，以解决高空环境下由于温度过低(最低_75°C)产生湿度传感器表面结霜现象，严重影响湿度数据采集的问题，满足快速准确获得高空温度、湿度数据的需求。
发明内容
本发明是要解决现有的湿度传感器由于高空环境下温度过低(最低可达到_75°C )，使得传感器表面出现结霜现象，严重影响湿度数据采集的问题，而提供了一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器及其制备方法。一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器，包括基底、第一绝缘层、第一温度传感器焊盘、第二温度传感器焊盘、第一加热器焊盘、第二加热器焊盘、温度传感器电极、加热器电极、第二绝缘层、下电极、感湿层、多孔上电极和凹槽；其中，基底的上表面铺设第一绝缘层；在第一绝缘层的上表面设置有温度传感器电极和加热器电极，并且在温度传感器电极的两端连接有第一温度传感器焊盘和第二温度传感器焊盘，在加热器电极的两端连接有第一加热器焊盘和第二加热器焊盘；所述的第二绝缘层铺设在第一温度传温度传感器电极和加热器电极上，并且露出第一温度传感器焊盘、第二温度传感器焊盘、第一加热器焊盘和第二加热器焊盘；所述的下电极由下电极第一部分、下电极第二部分、下电极第三部分、下电极第四部分、下电极第五部分、下电极第六部分、第一电容电极焊盘和第二电容电极焊盘组成；下电极第一部分、下电极第二部分、下电极第三部分、下电极第四部分、下电极第五部分和下电极第六部分互不相连，下电极第一部分完全覆盖第一温度传感器焊盘并与之相连接、下电极第二部分完全覆盖第二温度传感器焊盘并与之相连接，下电极第三部分铺设在第二绝缘层上并覆盖温度传感器电极的相应位置，下电极第四部分完全覆盖第一加热器焊盘上并与之相连接，下电极第五部分完全覆盖第二加热器焊盘并与之相连接，下电极第六部分覆盖加热器电极的相应位置，在下电极第三部分与第一电容电极焊盘连通，在下电极第六部分与第二电容电极焊盘连通；所述的感湿层铺设在下电极第三部分和下电极第六部分之间的空隙及下电极第三部分上，并露出第一电容电极焊盘和第二电容电极焊盘；所述的多孔上电极铺设在感湿层和下电极第六部分上；所述的基底的下表面设置有经镂空后形成的凹槽。
工作原理当可控加热除霜电容式高空湿度传感器接触到空气中水时，由于空气中的水含量发生变化，水分子通过多孔上电极渗透到感湿薄膜中，感湿薄膜的介电常数发生变化，从而使得多孔上电极、感湿薄膜和下电极三者组成的平板夹心电容的电容值发生变化，经过电路处理便能得出相应的环境湿度。由于在高空环境下，温度过低(最低可达到-75°C )，使得传感器表面出现结霜现象，通过加热器电极对湿度传感器进行加热，去除结霜现象，进而达到了可控加热除霜的目的。—种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法，具体是按以下步骤完成的一、准备晶向为[100]的厚度为150iinT250iim的硅片作为基底，清洁基底的表面；二、氧化硅片的表面，在硅片的表面得到一层致密的SiO2层，即第一绝缘层；三、采用光刻剥离方法在步骤二处理的基底的上表面上制备温度传感器电极和加热器电极，将温度传感器电极的两端分别与第一温度传感器焊盘和第二温度传感器焊盘进行连接；将加热器电极的两端分别与第一加热器焊盘和第二加热器焊盘进行连接；其中，所述的温度传感器电极的电阻为100Q 200Q，所述的加热器电极的电阻为30Q 50 Q ；四、采用光刻和磁控射频溅射相结合的方法在步骤三处理的基底的上表面上制备第二绝缘层；其中，所述的第二绝缘层制备在第一温度传温度传感器电极和加热器电极上，并且露出第一温度传感器焊盘、第二温度传感器焊盘、第一加热器焊盘和第二加热器焊盘；五、采用光刻剥离方法在步骤四处理的基底的上表面上制备下电极；其中，所述的下电极由下电极第一部分、下电极第二部分、下电极第三部分、下电极第四部分、下电极第五部分、下电极第六部分、第一电容电极焊盘和第二电容电极焊盘组成；在第一温度传感器焊盘上制备下电极第一部分，在第二温度传感器焊盘上制备下电极第二部分，在与温度传感器电极相应位置的第二绝缘层上制备下电极第三部分，在第一加热器焊盘上制备下电极第四部分，在第二加热器焊盘上制备下电极第五部分，在与加热器电极相应位置的第二绝缘层上制备下电极第六部分，下电极第三部分与第一电容电极焊盘连通，电极第六部分与第二电容电极焊盘连通；六、采用腐蚀镂空的方法对步骤五处理的基底的下表面进行镂空，得到用于减少基底的热容量的凹槽；七、采用匀胶热处理的方法在步骤六处理的基底的上表面上制备感湿薄膜，即得到感湿层；所述的感湿薄膜制备在下电极第三部分和下电极第六部分之间的空隙及下电极第三部分上；八、采用蒸发镀膜的方法在在步骤七处理的基底的上表面上制备多孔上电极；所述的多孔上电极制备在感湿层和下电极第六部分上。本发明的优点通过本发明提供的制备方法制备得到的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器，由于加入了温度传感装置和加热装置，在高空的低温环境中，通过对温度的感应，并进行加热补偿，使得湿度传感器可以自主进行除霜，提高了湿度测量的精确度。
图1为本发明的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的拼装图。图2为本发明的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的示意图。图3为图2的A-A剖面图。图4为图2的底面示意图。图5为本发明的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的加热器电极和温度传感器电极的示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1、图2、图3和图4，本实施方式是一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器，包括基底1、第一绝缘层2、第一温度传感器焊盘3、第二温度传感器焊盘4、第一加热器焊盘5、第二加热器焊盘6、温度传感器电极7、加热器电极8、第二绝缘层9、下电极10、感湿层11、多孔上电极12和凹槽13 ;其中，基底I的上表面铺设第一绝缘层2 ;在第一绝缘层2的上表面设置有温度传感器电极7和加热器电极8，并且在温度传感器电极7的两端连接有第一温度传感器焊盘3和第二温度传感器焊盘4，在加热器电极8的两端连接有第一加热器焊盘5和第二加热器焊盘6 ；所述的第二绝缘层9铺设在第一温度传温度传感器电极7和加热器电极8上，并且露出第一温度传感器焊盘3、第二温度传感器焊盘4、第一加热器焊盘5和第二加热器焊盘6 ；所述的下电极10由下电极第一部分10-1、下电极第二部分10-2、下电极第三部分10-3、下电极第四部分10-4、下电极第五部分10-5、下电极第六部分10-6、第一电容电极焊盘10-7和第二电容电极焊盘10-8组成；下电极第一部分10-1、下电极第二部分10-2、下电极第三部分10-3、下电极第四部分10-4、下电极第五部分10-5和下电极第六部分10-6互不相连，下电极第一部分10-1完全覆盖第一温度传感器焊盘3并与之相连接、下电极第二部分10-2完全覆盖第二温度传感器焊盘4并与之相连接，下电极第三部分10-3铺设在第二绝缘层9上并覆盖温度传感器电极7的相应位置，下电极第四部分10-4完全覆盖第一加热器焊盘5上并与之相连接，下电极第五部分10-5完全覆盖第二加热器焊盘6并与之相连接，下电极第六部分10-6覆盖加热器电极8的相应位置,在下电极第三部分10-3与第一电容电极焊盘10-7连通，在下电极第六部分10-6与第二电容电极焊盘10-8连通；所述的感湿层11铺设在下电极第三部分10-3和下电极第六部分10-6之间的空隙及下电极第三部分10-3上，并露出第一电容电极焊盘10-7和第二电容电极焊盘10-8 ；所述的多孔上电极12铺设在感湿层11和下电极第六部分10-6上；所述的基底I的下表面设置有经镂空后形成的凹槽13。本实施方式所述的基底I的下表面设置有经镂空后形成的凹槽13是用于减少基底I的热容量。本实施方式提供的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的工作原理当可控加热除霜电容式高空湿度传感器接触到空气中水时，由于空气中的水含量发生变化，水分子通过多孔上电极渗透到感湿薄膜中，感湿薄膜的介电常数发生变化，从而使得多孔上电极、感湿薄膜和下电极三者组成的平板夹心电容的电容值发生变化，经过电路处理便能得出相应的环境湿度。由于在高空环境下，温度过低(最低可达到-75°C)，使得传感器表面出现结霜现象，通过加热器电极对湿度传感器进行加热，去除结霜现象，进而达到了可控加热除霜的目的。本实施方式提供的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的优点由于加入了温度传感装置和加热装置，在高空的低温环境中，通过对温度的感应，并进行加热补偿，使得湿度传感器可以自主进行除霜，提高了湿度测量的精确度。
具体实施方式
二 本实施方式是一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法，具体是按以下步骤完成的一、准备晶向为[100]的厚度为150iinT250iim的硅片作为基底1，清洁基底I的
表面；二、氧化硅片的表面，在硅片的表面得到一层致密的SiO2层，即第一绝缘层2 ；三、采用光刻剥离方法在步骤二处理的基底的上表面上制备温度传感器电极7和加热器电极8，将温度传感器电极7的两端分别与第一温度传感器焊盘3和第二温度传感器焊盘4进行连接；将加热器电极8的两端分别与第一加热器焊盘5和第二加热器焊盘6进行连接；其中，所述的温度传感器电极的电阻为100fT200Q，所述的加热器电极的电阻为30 Q "50 Q ；四、采用光刻和磁控射频溅射相结合的方法在步骤三处理的基底的上表面上制备第二绝缘层9 ;其中，所述的第二绝缘层9制备在第一温度传温度传感器电极7和加热器电极8上，并且露出第一温度传感器焊盘3、第二温度传感器焊盘4、第一加热器焊盘5和第二加热器焊盘6 ；五、采用光刻剥离方法在步骤四处理的基底的上表面上制备下电极10 ;其中，所述的下电极10由下电极第一部分10-1、下电极第二部分10-2、下电极第三部分10-3、下电极第四部分10-4、下电极第五部分10-5、下电极第六部分10-6、第一电容电极焊盘10-7和第二电容电极焊盘10-8组成；在第一温度传感器焊盘3上制备下电极第一部分10-1，在第二温度传感器焊盘4上制备下电极第二部分10-2，在与温度传感器电极7相应位置的第二绝缘层9上制备下电极第三部分10-3，在第一加热器焊盘5上制备下电极第四部分10-4，在第二加热器焊盘6上制备下电极第五部分10-5，在与加热器电极8相应位置的第二绝缘层上制备下电极第六部分10-6，下电极第三部分10-3与第一电容电极焊盘10-7连通，下电极第六部分10-6与第二电容电极焊盘10-8连通；六、采用腐蚀镂空的方法对步骤五处理的基底的下表面进行镂空，得到用于减少基底I的热容量的凹槽13 ；七、采用匀胶热处理的方法在步骤六处理的基底的上表面上制备感湿薄膜，即得到感湿层11 ;所述的感湿薄膜制备在下电极第三部分10-3和下电极第六部分10-6之间的空隙及下电极第三部分10-3上；八、采用蒸发镀膜的方法在在步骤七处理的基底的上表面上制备多孔上电极12 ；所述的多孔上电极12制备在感湿层11和下电极第六部分10-6上。本实施方式提供的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法的优点通过本实施方式提供的制备方法制备得到的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器，由于加入了温度传感装置和加热装置，在高空的低温环境中，通过对温度的感应，并进行加热补偿，使得湿度传感器可以自主进行除霜，提高了湿度测量的精确度。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
二的不同点在于，所述的第一绝缘层2的厚度为500nnTl000nm。其它与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
二或三的不同点在于，所述的步骤三中的光刻剥离方法，具体是按以下步骤完成的a、准备以热电极和测温电极的图形为镂空图形的掩模版；b、光刻将光刻胶均匀涂在经步骤二处理的基底的上表面上，然后在80°C ^lOO0C下烘20min 40min,曝光15s 30s后，转移至 显影液中显影20s 40s,在去离子水中漂洗20s 30s，然后，在 100°C 120°C下坚膜 30mirT40min ；C、镀膜采用磁控溅射的方法在经步骤b处理的基底的上表面上镀膜；其中，磁控溅射的方法的参数为靶材为99. 99%的钼，靶材的尺寸为060X2. 5mm ;在真空度达到I X 10_5Pa 2X 10_5Pa时，往溅射室通氩气，氩气的流量为15ml/mirT25ml/min，氩气压强为1. 5Pa^2. 5Pa，采用直流溅射，溅射功率为32W飞0W，时间为15mirT20min，镀膜时，压强控制在0. 5Pa以下；d、金属膜剥离将经步骤c处理的基底丙酮中浸泡，溶解光刻胶，并超声至金属图案清晰，即完成了步骤三的光刻剥离方法。其他与具体实施方式
二或三相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
二至四之一的不同点在于，所述的步骤四中光刻和磁控射频溅射相结合的方法，具体是按以下步骤完成的e、准备以焊盘的图案为图形的掩膜版；f、光刻将光刻胶均匀涂在步骤二处理的基底的上表面上，然后在80°C ^lOO0C下烘20mirT40min，将步骤e准备的掩模版盖在基底的上表面上，曝光15s 30s后，转移至显影液中显影20s 40s，在去离子水中漂洗20s 30s，然后，在100°C 120°C下坚膜30min 40min ；g、采用磁控射频溅射方法在经步骤f处理的基底的上表面上制备Al2O3绝缘层，即得到第二绝缘层9 ;其中，所述的磁控射频溅射制备Al2O3绝缘层的方法为射频溅射形成Al2O3方法或反应溅射形成Al2O3方法；所述的射频溅射形成Al2O3方法为真空度达到lX10_5Pa 2X10_5Pa时，往溅射室通氩气，氩气的流量为15ml/mirT25ml/min，氩气压强为1. 5Pa^2. 5Pa，采用射频溅射，溅射功率为60W 80W，时间为120mirTl80min，镀膜时，压强控制在0. 5Pa以下；所述的反应溅射形成Al2O3方法为真空度达到I X 10_5Pa 2 X 10_5Pa时，往溅射室通氩气，氩气的流量为15ml/mirT20ml/min，氩气压强为1. 5Pa 2Pa，氧气的流量为1. 5^2ml/min,采用直流溅射或射频溅射的方法，溅射功率为40W 65W，时间为100mirTl20min，镀膜时，压强控制在0.5Pa以下。其他与具体实施方式
二至四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
二至五之一的不同点在于，所述的步骤五中的光刻剥离方法，具体是按以下步骤完成的h、金属膜剥离将经步骤四处理的基底放入丙酮中浸泡，溶解光刻胶，剥离掉焊盘区域Al2O3绝缘层；1、镀膜采用磁控溅射的方法在经步骤h处理的基底的上表面进行镀膜；其中，磁控溅射的方法的参数为靶材为99. 99%的金，靶材的尺寸为060X2. 5mm ;在真空度达到I X 10_5Pa 2X 10_5Pa时，往溅射室通氩气，氩气的流量为15ml/mirT25ml/min，氩气压强为1. 5Pa^2. 5Pa，采用直流溅射，溅射功率为32W飞0W，时间为15mirT20min，镀膜时，压强控制在0. 5Pa以下；j、准备下电极图案的掩模板，将光刻胶均匀涂在经步骤i处理的基底的上表面，将下电极图案的掩模板盖在光刻胶表面的相应位置上，曝光15^308后，转移至显影液中显影20s 40s，在去离子水中漂洗20s 30s，然后，在100°C 120°C下坚膜30mirT40min ;将露出的金膜采用碘和碘化氨饱和溶液腐蚀掉，得到下电极10。其它与具体实施方式
二至五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
二至六之一的不同点在于，所述的步骤六中的腐蚀镂空的方法，具体是按以下步骤完成的k、对经步骤五处理的基底的上表面和下表面分别涂上光刻胶，然后在800C 100°C下烘 20mirT40min ； 1、准备以基底上表面为制版图形的掩模版和以镂空图形为制版图形的掩模版，将以基底上表面为制版图形的掩模版盖在经步骤k处理的基底的上表面上，将以镂空图形为制版图形的掩模版盖在基底的下表面的相应位置上，双面曝光15:30s，把曝光好的基底放入显影液中显影20s 40s，在去离子水中漂洗20s 30s，然后，在100°C 120°C下坚膜30min 40min ；m、在70°C 90°C的温度下，采用质量分数为35% 40%的氢氧化钾溶液对经步骤I处理的基底进行腐蚀镂空，形成凹槽13。其它与具体实施方式
二至六相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
二至七之一的不同点在于，所述的步骤七中的匀胶热处理的方法，具体是按以下步骤完成的n、向四氢呋喃中加入甲基乙烯基硅橡胶，混合均匀，加热至50°C 60°C使得充分溶解，得到质量分数为30%飞0%的硅橡胶溶液；向得到的硅橡胶溶液中加入聚酰胺酸，超声至分散均匀，得到感湿溶液；其中，聚酰胺酸与甲基乙烯基硅橡胶的质量比为(0. 5 1. 5) :1 ；O、将步骤n得到的感湿溶液涂在经步骤六处理得到的基底的上表面上，然后在80°C 10CTC下恒温 5min IOmin ；P、准备感湿薄膜图案为制版图形的掩膜版，盖在经步骤O处理得到的基底的上表面上，曝光15:30s，然后在N，N —二甲基乙酰胺中显影20:40s，在去离子水中漂洗20s 30s，然后在100°C 120°C下坚膜30mirT40min，即得到感湿层11。其它与具体实施方式
二至七相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
二至八之一的不同点在于，所述的感湿层11的厚度为I UnTlO ym。其它与具体实施方式
二至八相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
二至七之一的不同点在于，所述的步骤八中的蒸发镀膜的方法，具体是按以下步骤完成的采用金箔作为蒸发源材料，采用多孔上电极图案为制版图形的掩膜版为模板，在蒸发镀膜机中成膜，蒸发电流110A120A，蒸发时间5:10s，即得到多孔上电极12。其它与具体实施方式
二至九相同。采用以下试验验证本发明的效果试验一一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法，具体是按以下步骤完成的一、准备晶向为[100]的厚度为200 ii m的硅片作为基底1，清洁基底I的表面；二、氧化硅片的表面，在硅片的表面得到一层致密的SiO2层，即第一绝缘层2 ；三、采用光刻剥离方法在步骤二处理的基底的上表面上制备温度传感器电极7和加热器电极8，将温度传感器电极7的两端分别与第一温度传感器焊盘3和第二温度传感器焊盘4进行连接；将加热器电极8的两端分别与第一加热器焊盘5和第二加热器焊盘6进行连接；其中，所述的温度传感器电极7的电阻为200 Q，所述的加热器电极8的电阻为50 Q ;采用光刻剥离方法在步骤二处理的基底的上表面上制备温度传感器电极7和加热器电极8，具体按以下步骤完成的a、准备以热电极和测温电极的图形为镂空图形的掩模版；b、光刻将光刻胶均匀涂在经步骤二处理的基底的上表面上，然后在100°C下烘20min,曝光20s后,转移至显影液中显影30s,在去离子水中漂洗20s,然后,在120°C下坚膜30min ；C、镀膜采用磁控溅射的方法在经步骤b处理的基底的上表面上镀膜；其中，磁控溅射的方法的参数为靶材为99. 99%的钼，靶材的尺寸为060X2. 5mm ;在真空度达到I X 10_5Pa时，往溅射室通氩气，氩气的流量为15ml/min，氩气压强为2. 5Pa，采用直流溅射，溅射功率为45W，时间为20min，镀膜时，压强不超过0. 5Pa ；d、金属膜剥离将经步骤c处理的基底丙酮中浸泡，溶解光刻胶，并超声至金属图
案清晰。四、采用光刻和磁控射频溅射相结合的方法在步骤三处理的基底的上表面上制备第二绝缘层9 ;其中，所述的第二绝缘层9制备在第一温度传温度传感器电极7和加热器电极8上，并且露出第一温度传感器焊盘3、第二温度传感器焊盘4、第一加热器焊盘5和第二加热器焊盘6 ;采用光刻和磁控射频溅射相结合的方法在步骤三处理的基底的上表面上制备第二绝缘层9，具体是按以下步骤完成的e、准备以焊盘的图案为图形的掩膜版；f、光刻将光刻胶均匀涂在步骤二处理的基底的上表面上，然后在100°C下烘40min，将步骤e准备的掩模版盖在基底的上表面上，曝光30s后，转移至显影液中显影40s，在去离子水中漂洗30s，然后，在120°C下坚膜30min ；g、采用磁控射频溅射方法在经步骤f处理的基底的上表面上制备Al2O3绝缘层，SP得到第二绝缘层9 ;其中，所述的射频溅射形成Al2O3方法为真空度达到lX10_5Pa时，往溅射室通氩气，氩气的流量为15ml/min，氩气压强为2. 5Pa，采用射频溅射，溅射功率为70W，时间为180min，镀膜时，压强不超过0. 5Pa ；五、采用光刻剥离方法在步骤四处理的基底的上表面上制备下电极10 ;其中，所述的下电极10由下电极第一部分10-1、下电极第二部分10-2、下电极第三部分10-3、下电极第四部分10-4、下电极第五部分10-5、下电极第六部分10-6、第一电容电极焊盘10-7和第二电容电极焊盘10-8组成；在第一温度传感器焊盘3上制备下电极第一部分10-1，在第二温度传感器焊盘4上制备下电极第二部分10-2，在与温度传感器电极7相应位置的第二绝缘层9上制备下电极第三部分10-3，在第一加热器焊盘5上制备下电极第四部分10-4，在第二加热器焊盘6上制备下电极第五部分10-5，在与加热器电极8相应位置的第二绝缘层上制备下电极第六部分10-6，下电极第三部分10-3与第一电容电极焊盘10-7连通，下电极第六部分10-6与第二电容电极焊盘10-8连通；采用光刻剥离方法在步骤四处理的基底的上表面上制备下电极10，具体是按以下步骤完成的h、金属膜剥离将经步骤四处理的基底放入丙酮中浸泡，溶解光刻胶，剥离掉焊盘区域Al2O3绝缘层；1、镀膜采用磁控溅射的方法在经步骤h处理的基底的上表面进行镀膜；其中，磁控溅射的方法的参数为靶材为99. 99%的金，靶材的尺寸为060X2. 5mm ;在真空度达到I X 10_5Pa时，往溅射室通氩气，氩气的流量为15ml/min，氩气压强2. 5Pa，采用直流溅射，溅射功率为45W，时间为20min，镀膜时，压强不超过0. 5Pa ；j、准备下电极图案的掩模板，将光刻胶均匀涂在经步骤i处理的基底的上表面，将下电极图案的掩模板盖在光刻胶表面的相应位置上，曝光30s后，转移至显影液中显影40s，在去离子水中漂洗30s，然后，在120°C下坚膜30min ;将露出的金膜采用碘和碘化氨饱和溶液腐蚀掉，得到下电极10。六、采用腐蚀镂空的方法对步骤五处理的基底的下表面进行镂空，得到用于减少基底I的热容量的凹槽13，具体是按以下步骤完成的k、对经步骤五处理的基底的上表面和下表面分别涂上光刻胶，然后在100°C下烘20min ；1、准备以基底上表面为制版图形的掩模版和以镂空图形为制版图形的掩模版，将以基底上表面为制版图形的掩模版盖在经步骤k处理的基底的上表面上，将以镂空图形为制版图形的掩模版盖在基底的下表面的相应位置上，双面曝光30s，把曝光好的基底放入显影液中显影40s，在去离子水中漂洗30s，然后，在120°C下坚膜30min ；m、在90°C的温度下，采用质量分数为35%的氢氧化钾溶液对经步骤I处理的基底进行腐蚀镂空，形成凹槽13。七、采用匀胶热处理的方法在步骤六处理的基底的上表面上制备感湿薄膜，即得到感湿层11 ;所述的感湿薄膜制备在下电极第三部分10-3和下电极第六部分10-6之间的空隙及下电极第三部分10-3上；采用匀胶热处理的方法在步骤六处理的基底的上表面上制备感湿薄膜，具体是按以下步骤完成的n、向四氢呋喃中加入甲基乙烯基硅橡胶，混合均匀，加热至60°C使得充分溶解，得到质量分数为30%的硅橡胶溶液；向得到的硅橡胶溶液中加入聚酰胺酸，超声至分散均匀，得到感湿溶液；其中，聚酰胺酸与甲基乙烯基硅橡胶的质量比为1:1 ;O、将步骤n得到的感湿溶液涂在经步骤六处理得到的基底的上表面上，然后在100°C下恒温 5min ；P、准备感湿薄膜图案为制版图形的掩膜版，盖在经步骤O处理得到的基底的上表面上，曝光30s，然后在N，N —二甲基乙酰胺中显影240s，在去离子水中漂洗30s，然后在120°C下坚膜30min,即得到感湿层11。八、采用金箔作为蒸发源材料，采用多孔上电极图案为制版图形的掩膜版为模板，在蒸发镀膜机中成膜，蒸发电流110A120A，蒸发时间5:10s，得到多孔上电极12，即完成了可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备；其中，所述的多孔上电极12制备在感湿层11和下电极第六部分10-6上。
权利要求
1.一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器，其特征在于它是由基底(I)、第一绝缘层(2)、第一温度传感器焊盘(3)、第二温度传感器焊盘(4)、第一加热器焊盘(5)、第二加热器焊盘(6)、温度传感器电极(7)、加热器电极(8)、第二绝缘层(9)、下电极(10)、感湿层(11)、多孔上电极(12)和凹槽(13)组成；其中，基底(I)的上表面铺设第一绝缘层(2)；在第一绝缘层(2)的上表面设置有温度传感器电极(7)和加热器电极(8)，并且在温度传感器电极(7)的两端连接有第一温度传感器焊盘(3)和第二温度传感器焊盘(4)，在加热器电极(8)的两端连接有第一加热器焊盘(5)和第二加热器焊盘(6);所述的第二绝缘层(9)铺设在第一温度传温度传感器电极(7)和加热器电极(8)上，并且露出第一温度传感器焊盘(3)、第二温度传感器焊盘(4)、第一加热器焊盘(5)和第二加热器焊盘(6);所述的下电极(10)由下电极第一部分(10-1 )、下电极第二部分(10-2)、下电极第三部分(10-3),下电极第四部分(10-4)、下电极第五部分(10-5)、下电极第六部分(10-6)、第一电容电极焊盘(10-7)和第二电容电极焊盘(10-8)组成；下电极第一部分(10-1)、下电极第二部分(10-2)、下电极第三部分(10-3)、下电极第四部分(10-4)、下电极第五部分(10-5)和下电极第六部分(10-6)互不相连，下电极第一部分(10-1)完全覆盖第一温度传感器焊盘(3)并与之相连接、下电极第二部分(10-2)完全覆盖第二温度传感器焊盘(4)并与之相连接，下电极第三部分(10-3)铺设在第二绝缘层(9)上并覆盖温度传感器电极(7)的相应位置，下电极第四部分(10-4)完全覆盖第一加热器焊盘(5)上并与之相连接，下电极第五部分(10-5)完全覆盖第二加热器焊盘(6)并与之相连接，下电极第六部分(10-6)覆盖加热器电极(8)的相应位置，在下电极第三部分(10-3)与第一电容电极焊盘(10-7)连通，在下电极第六部分(10-6)与第二电容电极焊盘(10-8)连通；所述的感湿层(11)铺设在下电极第三部分(10-3)和下电极第六部分(10-6)之间的空隙及下电极第三部分(10-3)上，并露出第一电容电极焊盘(10-7)和第二电容电极焊盘(10-8);所述的多孔上电极(12)铺设在感湿层(11)和下电极第六部分(10-6)上；所述的基底(I)的下表面设置有经镂空后形成的凹槽(13)。
2.如权利要求1所述的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法，其特征在于制备方法具体是按以下步骤完成的 一、准备晶向为[100]的厚度为15(^1^25(^111的硅片作为基底(1)，清洁基底(1)的表面； 二、氧化硅片的表面，在硅片的表面得到一层致密的SiO2层，即第一绝缘层(2)； 三、采用光刻剥离方法在步骤二处理的基底的上表面上制备温度传感器电极(7)和加热器电极(8)，将温度传感器电极(7)的两端分别与第一温度传感器焊盘(3)和第二温度传感器焊盘(4)进行连接；将加热器电极(8)的两端分别与第一加热器焊盘(5)和第二加热器焊盘(6)进行连接；其中，所述的温度传感器电极的电阻为100Ω100Ω，所述的加热器电极的电阻为30Ω 50Ω ； 四、采用光刻和磁控射频溅射相结合的方法在步骤三处理的基底的上表面上制备第二绝缘层(9);其中，所述的第二绝缘层(9)制备在第一温度传温度传感器电极(7)和加热器电极(8)上，并且露出第一温度传感器焊盘(3)、第二温度传感器焊盘(4)、第一加热器焊盘(5)和第二加热器焊盘(6); 五、采用光刻剥离方法在步骤四处理的基底的上表面上制备下电极(10);其中，所述的下电极(10)由下电极第一部分(10-1 )、下电极第二部分(10-2)、下电极第三部分(10-3),下电极第四部分(10-4)、下电极第五部分(10-5)、下电极第六部分(10-6)、第一电容电极焊盘(10-7)和第二电容电极焊盘(10-8)组成；在第一温度传感器焊盘(3)上制备下电极第一部分(10-1),在第二温度传感器焊盘(4)上制备下电极第二部分(10-2)，在与温度传感器电极(7)相应位置的第二绝缘层(9)上制备下电极第三部分(10-3)，在第一加热器焊盘(5)上制备下电极第四部分(10-4)，在第二加热器焊盘(6)上制备下电极第五部分(10-5)，在与加热器电极(8)相应 位置的第二绝缘层上制备下电极第六部分(10-6)，下电极第三部分(10-3)与第一电容电极焊盘(10-7)连通，下电极第六部分(10-6)与第二电容电极焊盘(10-8)连通； 六、采用腐蚀镂空的方法对步骤五处理的基底的下表面进行镂空处理，得到用于减少基底(I)的热容量的凹槽(13)； 七、采用匀胶热处理的方法在步骤六处理的基底的上表面上制备感湿薄膜，即得到感湿层(11);所述的感湿薄膜制备在下电极第三部分(10-3)和下电极第六部分(10-6)之间的空隙及下电极第三部分(10-3)上； 八、采用蒸发镀膜的方法在在步骤七处理的基底的上表面上制备多孔上电极(12);所述的多孔上电极(12)制备在感湿层(11)和下电极第六部分(10-6)上，得到可控加热除霜电容式高空湿度传感器。
3.根据权利要求2所述的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法，其特征在于所述的第一绝缘层(2)的厚度为500nnTl000nm。
4.根据权利要求2所述的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法，其特征在于所述的步骤三中的光刻剥离方法，具体是按以下步骤完成的 a、准备以加热器电极和温度传感器电极的图形为镂空图形的掩模版； b、光刻将光刻胶均匀涂在经步骤二处理的基底的上表面上，然后在80°C 100°C下烘20mirT40min,曝光15s 30s后，转移至显影液中显影20s 40s,在去离子水中漂洗20s 30s,然后，在 100°C 120°C下坚膜 30mirT40min ； C、镀膜采用磁控溅射的方法在经步骤b处理的基底的上表面上镀膜；其中，磁控溅射的方法的参数为靶材为99. 99%的钼，靶材的尺寸为Φ60Χ2. 5mm ;在真空度达到I X 10_5Pa 2X 10_5Pa时，往溅射室通氩气，氩气的流量为15ml/mirT25ml/min，氩气压强为1. 5Pa^2. 5Pa，采用直流溅射，溅射功率为32W飞0W，时间为15mirT20min，镀膜时，压强控制在O. 5Pa以下； d、金属膜剥离将经步骤c处理的基底丙酮中浸泡，溶解光刻胶，并超声至金属图案清晰，即完成了步骤三的光刻剥离方法。
5.根据权利要求2所述的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法，其特征在于所述的步骤四中光刻和磁控射频溅射相结合的方法，具体是按以下步骤完成的 e、准备以焊盘的图案为图形的掩膜版； f、光刻将光刻胶均匀涂在步骤二处理的基底的上表面上，然后在80°C 100°C下烘20mirT40min，将步骤e准备的掩模版盖在基底的上表面上，曝光15iT30S后，转移至显影液中显影20s 40s，在去离子水中漂洗20s 30s，然后，在100°C 120°C下坚膜30mirT40min ； g、采用磁控射频溅射方法在经步骤f处理的基底的上表面上制备Al2O3绝缘层，即得到第二绝缘层(9);其中，所述的磁控射频溅射制备Al2O3绝缘层的方法为射频溅射形成Al2O3方法或反应溅射形成Al2O3方法； 所述的射频溅射形成Al2O3方法为真空度达到lX10_5Pa 2X10_5Pa时，往溅射室通氩气，氩气的流量为15ml/mirT25ml/min，氩气压强为1. 5Pa^2. 5Pa，采用射频溅射，溅射功率为60W 80W，时间为120mirTl80min，镀膜时，压强控制在O. 5Pa以下； 所述的反应溅射形成Al2O3方法为真空度达到lX10_5Pa 2X10_5Pa时，往溅射室通氩气，氩气的流量为15ml/mirT20ml/min，氩气压强为1. 5Pa 2Pa，氧气的流量为1. 5 2ml/min,采用直流溅射或射频溅射的方法，溅射功率为40W 65W，时间为IOOmin 120min，镀膜时，压强控制在O. 5Pa以下。
6.根据权利要求2所述的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法，其特征在于所述的步骤五中的光刻剥离方法，具体是按以下步骤完成的 h、金属膜剥离将经步骤四处理的基底放入丙酮中浸泡，溶解光刻胶，剥离掉焊盘区域Al2O3绝缘层；1、镀膜采用磁控溅射的方法在经步骤h处理的基底的上表面进行镀膜；其中，磁控溅射的方法的参数为靶材为99. 99%的金，靶材的尺寸为Φ60Χ2. 5mm ;在真空度达到I X 10_5Pa 2X 10_5Pa时，往溅射室通氩气，氩气的流量为15ml/mirT25ml/min，氩气压强为1. 5Pa^2. 5Pa，采用直流溅射，溅射功率为32W飞0W，时间为15mirT20min，镀膜时，压强控制在O. 5Pa以下； j、准备下电极图案的掩模板，将光刻胶均匀涂在经步骤i处理的基底的上表面，将下电极图案的掩模板盖在光刻胶表面的相应位置上，曝光15iT30S后，转移至显影液中显影20s 40s，在去离子水中漂洗20s 30s，然后，在100°C 120°C下坚膜30mirT40min ;将露出的金膜采用碘和碘化氨饱和溶液腐蚀掉，得到下电极(10)。
7.根据权利要求2所述的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法，其特征在于所述的步骤六中的腐蚀镂空的方法，具体是按以下步骤完成的 k、对经步骤五处理的基底的上表面和下表面分别涂上光刻胶，然后在80°C 10(TC下烘 20min 40min ；1、准备以基底上表面为制版图形的掩模版和以镂空图形为制版图形的掩模版，将以基底上表面为制版图形的掩模版盖在经步骤k处理的基底的上表面上，将以镂空图形为制版图形的掩模版盖在基底的下表面的相应位置上，双面曝光15iT30S，把曝光好的基底放入显影液中显影20s 40s，在去离子水中漂洗20s 30s，然后，在100°C 120°C下坚膜30min 40min ； m、在70°C 90°C的温度下，采用质量分数为359Γ40%的氢氧化钾溶液对经步骤I处理的基底进行腐蚀镂空，形成凹槽(13)。
8.根据权利要求2所述的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法，其特征在于所述的步骤七中的匀胶热处理的方法，具体是按以下步骤完成的 η、向四氢呋喃中加入甲基乙烯基硅橡胶，混合均匀，加热至50°C 60°C使得充分溶解，得到质量分数为30%飞0%的硅橡胶溶液；向得到的硅橡胶溶液中加入聚酰胺酸，超声至分散均匀，得到感湿溶液；其中，聚酰胺酸与甲基乙烯基硅橡胶的质量比为(O. 5 1. 5) :1 ; O、将步骤η得到的感湿溶液涂在经步骤六处理得到的基底的上表面上，然后在.80 °C 10CTC 下恒温 5min IOmin ； P、准备感湿薄膜图案为制版图形的掩膜版，盖在经步骤ο处理得到的基底的上表面上，曝光15s 30s，然后在N, N —二甲基乙酰胺中显影20s 40s，在去离子水中漂洗20s 30s，然后在100°C 120°C下坚膜30mirT40min，即得到感湿层(11)。
9.根据权利要求2或8所述的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法，其特征在于所述的步骤七的感湿层(11)的厚度为ΙμπΓιο μ m。
10.根据权利要求2所述的一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法，其特征在于所述的步骤八中的蒸发镀膜的方法，具体是按以下步骤完成的采用金箔作为蒸发源材料，采用多孔上电极图案为制版图形的掩膜版为模板，在蒸发镀膜机中成膜，蒸发电流IlOA 120A，蒸发时间5S 10S，即得到多孔上电极(12)。
全文摘要
一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器及其制备方法，涉及高空湿度传感器及其制备方法的领域。本发明是要解决现有的湿度传感器由于高空环境下温度过低，使得传感器表面出现结霜现象，严重影响湿度数据采集的问题。一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器，其特征在于它是由基底、第一绝缘层、第一温度传感器焊盘、第二温度传感器焊盘、第一加热器焊盘、第二加热器焊盘、温度传感器电极、加热器电极、第二绝缘层、下电极、感湿层、多孔上电极和凹槽组成。制备方法采用光刻剥离、磁控射频溅射、腐蚀镂空、匀胶处理和蒸发镀膜的方法制备可控加热除霜电容式高空湿度传感器。本发明适用于气候和气象领域。
文档编号G01N27/22GK103018288SQ20121055181
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者施云波, 罗毅, 赵文杰, 冯侨华 申请人:哈尔滨理工大学
专业数控铣床产品供应商
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