CN102590291A - 一种改进型湿度传感器的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进型的湿度传感器的制作方法，其特征在于，在电极板之间涂覆的聚酰亚胺薄膜作为湿度敏感材料，后在聚酰亚胺层中利用光刻技术制作空腔，空腔底部有由腐蚀方法制作的硅通孔。该传感器提高了传感器与周围环境的接触面积，同时便于气体通过传感器，具有响应时间短的特点。

Description

一种改进型湿度传感器的制作方法

技术领域

本发明涉及一种改进型湿度传感器的制作方法，更确切地说涉及一种基于聚酰亚胺和背面腐蚀硅的湿度传感器制作方法，属于传感器领域。 

背景技术

湿度传感器主要有电阻式、电容式两大类。 

电阻式湿度传感器的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的薄膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。 

电容式湿度传感器一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。 

湿度传感器的性能指标主要有测试精度响应时间等 

电容式湿度传感器的优点是电容变化与湿度呈现高度线性关系，占据了约75％的市场份额。 

在电容式传感器中，经常用到聚酰亚胺作为薄膜电容，这种材料与集成电路工艺兼容，化学性能稳定，水渗透性好。 

传统的电容式湿度传感器一般由两层电极和一层高分子材料组成，这种传感器与周围环境接触面积有限，响应时间长等缺点。 

从电容公式来看，提高湿度传感器的性能的方法主要有两种，一种是提高高分子材料的感湿性能，当材料确定后只能改变传感器的结构从而提高湿度传感器的性能。 

传统的湿度传感器，基本结构为在电极之间制作高分子材料作为感湿材料，通常在高分子材料上并不制作图形。本发明专利改变传统湿度传感器结构，在聚酰亚胺材料中光刻出空腔，提高了薄膜与周围环境的接触面积。同时在 硅片上对应空腔的位置制作制作硅通孔，与没有硅通孔的传感器相比，这种传感器便于气体顺利通过，从而减小了湿度传感器的响应时间；从而引导出本发明的构思。 

发明内容

为了减小响应时间，提高湿度传感器结构的性能，本发明提出了一种改进型湿度传感器结构的制作方法，其特征在于在电极板之间涂覆的聚酰亚胺层作为湿度敏感材料，然后在聚酰亚胺薄膜层中利用光刻技术制作空腔，空腔底部对应制作有由腐蚀方法制作的硅通孔；提高了薄膜与周围环境的接触面积，同时便于气体通过传感器。 

本发明的具体制作步骤：①首先在硅圆片上制作硅通孔，接着②在硅片上溅射金属层作为种子层，③然后电镀出电容电极，④再涂覆聚酰亚胺作为电容的介电材料和传感器的湿度敏感材料，⑤最后在聚酰亚胺中利用光刻技术在硅通孔对应位置制作空腔。也即空腔底部对应制作有由腐蚀方法制作的硅通孔。这种方法提高薄膜介电材料与周围环境的接触面积，加深了周围气体进入传感器的通道，便于气体通过传感器(详见具体实施方式)。 

由此可见，本发明所述的空腔特征在于： 

①所述的空腔是沿电板方向制作单个空腔。 

②所述的空腔是沿电板方向制作多个空腔。 

③所述的空腔是垂直电板方向制作多个空腔。 

④所述的空腔是在电极板之间的聚酰亚胺中制作多个独立的空腔 

⑤所述的多个空腔为2个或2个以上；空腔的数量越多，空腔开口越小，则湿度传感器的性能越好。 

附图说明

图1是湿度传感器制作流程图，其中a)制作的硅片，b)正面制作SiO₂层，c)溅射金属种子层，d)电镀出电容极板，e)涂覆PI，f)制作空腔。 

图2是传感器制作完成后三维图。 

图3是在电极板之间的聚酰亚胺中沿电极板方向制作多个空腔(平视图)。 

图4是在电极板之间的聚酰亚胺中垂直电极板方向制作多个空腔(传感器上表面俯视图) 

图5是在电极板之间的聚酰亚胺中保留多个独立的聚酰亚胺块（传感器上表面俯视图) 

具体实施方式

为了能使本发明的优点和积极效果得到充分体现，下面结合附图和实施例对本发明实质性特点和显著的进步作进一步说明。 

实施例1 

首先，准备制作湿度传感器的硅片1(如图1(a))； 

正面制作SiO₂层2，如图1(b)所示， 

(2)接着在硅片1上溅射金属种子层3，典型的种子层材料包括TiW/Cu(如图1(c))； 

(3)然而，电镀出电容电极板4并腐蚀掉多余种子层，典型的电极板材料包括Au等(如图1(d))； 

(4)涂覆聚酰亚胺5，制作电容电介质材料(如图1(e))； 

(5)在聚酰亚胺中利用光刻技术制作空腔6，并固化(如图1（f)； 

在图1(g)中，在聚酰亚胺中与空腔6对应位置制作硅通孔，可由湿法或干法制得。 

制作后的湿度传感器三维图如图2所示，俯视图如图3所示，平视图如图4所示，仰视图如图5所示。 

实施例2 

如图3所示，在电极板之间的聚酰亚胺中沿电极板方向制作多个空腔。空腔数量在单个2个或2个以上，在满足光刻精度要求的条件下，空腔数量越多，空腔的开口越小，传感器的性能应当越好。 

实施例3 

实施例1中的空腔如图4所示，在电极板之间的聚酰亚胺中垂直电极板方向制作多个空腔。空腔数量在2个或2个以上，在满足光刻精度要求的条件下，空腔数量越多，空腔的开口越小，传感器的性能应当越好。 

实施例4 

实施例1中的空腔如图5所示，在电极板之间的聚酰亚胺中制作多个独立的空腔。空腔数量在2个或2个以上，在满足光刻精度要求的条件下，空腔数量越多，空腔的开口越小，传感器的性能应当越好。 

Claims (6)

1.一种改进型的湿度传感器的制作方法，其特征在于在电极板之间涂覆的聚酰亚胺层作为湿度敏感材料，然后在聚酰亚胺薄膜层中利用光刻技术制作空腔，空腔底部对应制作有由腐蚀方法制作的硅通孔；具体步骤是：

①首先在硅圆片上制作硅通孔；

②在硅片上溅射金属层作为种子层；

③然后电镀出电容电极；

④再涂覆聚酰亚胺作为电容的介电材料和传感器的湿度敏感材料；

⑤最后在聚酰亚胺薄膜中利用光刻技术在硅通孔对应位置制作空腔。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的空腔是沿电板方向制作单个空腔。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的空腔是沿电板方向制作多个空腔。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的空腔是垂直电板方向制作多个空腔。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的空腔是在电极板之间的聚酰亚胺中制作多个独立的空腔。

6.按权利要求3-5中任意一项所述的方法，其特征在于：

①多个空腔为2个或2个以上；

②空腔的数量越多，空腔开口越小，则湿度传感器的性能越好。 

Images