露点传感器装置包括半导体衬底(1)，可以集成在衬底(1)中的珀耳帖元件(2)，温度传感器(3)，在所述衬底(1)上方裸露面(9)处且在所述温度传感器(3)附近的电容器(4)，以及电子电路(5)，电子电路(5)也可以集成在衬底(1)中。所述电容器(4)包括多个电容器元件(40)，每个所述电容器元件(40)具有电容，并且所述电子电路(5)用于单独确定电容。通过在温度递减下电容的变化的测量和在相关温度下的测量来确定露点。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】CMOS兼容的露点传感器装置和确定露点的方法可以通过露点传感器装置测量环境空气的湿度。露点是在恒定气压下的湿空气样品中的水蒸气以与液态水蒸发相同的速率冷凝成液态水的温度。在低于露点的温度下，冷凝速率大于蒸发速率，并且液态水的量增加。冷凝水形成在固体表面时称为露水。露点的测量包括在降低和测量合适表面的温度的同时，检测水滴在该表面上形成的开始，其表示相对湿度为100％。空气湿度根据露点温度获得。传统的露点传感器装置包括镜子，该镜子可以从高于露点的温度冷却到低于露点的温度，特别是依靠珀耳帖元件。监测镜子的反射率以检测镜子开始变模糊的时刻，并同时测量其温度。如铂电阻器(Pt1000)这样的电阻温度检测器(RTD)可用于此目的。通过检测由镜子反射的光线的光电二极管可以产生取决于镜子反射率的电流。相同强度的第二光线(其不被冷凝水衰减)可以用作控制珀耳帖元件的电流的参考。WO96/05506A1公开了一种露点传感器，其包括由芯片表面上的叉指式电极形成的微型电容器、与电容器相邻的温度传感器、用于冷却电容器的珀耳帖冷却器、以及微控制器，该微控制器被设置为控制珀耳帖冷却器以将电容器的温度保持在露点附近，并测量由电容器电极上的水的冷凝和蒸发引起的电容变化。US6,586,835B1公开了一种用于向半导体芯片提供加热或冷却的集成电路封装，其包括珀耳帖元件并且不需要改变CMOS处理技术。可以包括电容器或驱动器电路的硅中介层，承载安装为倒装芯片的多个半导体芯片。至少其中一个芯片耦合到金属-半导体结或任何其他合适的珀耳帖结。US6,832,523B2公开了一种露点传感器，其包括半导体衬底和衬底上的膜片。多孔材料区域支撑膜片并使其隔热。膜片上布置有热电偶、叉指式电容器、包括p型掺杂和n型掺杂的印刷电路迹线和金属线的珀耳帖元件、以及电连接到电容器的端子和珀耳帖元件的接触垫。调节珀耳帖元件，以便通过电容器的电容的变化来确定从结露状态到无结露状态的转变，或反之亦然。通过热电偶测量相应的露点。本专利技术的一个目的是公开一种尺寸减小且精度提高的CMOS兼容的露点传感器装置和一种确定露点的方法，该方法可以使用这种CMOS兼容的露点传感器装置进行。这些目的通过根据权利要求1的露点传感器装置和根据权利要求9的确定露点的方法来实现。进一步的实施例和变型可以从从属权利要求中得到。露点传感器装置包括：半导体衬底、珀耳帖元件、温度传感器和电容器。珀耳帖元件可以集成在衬底中。温度传感器布置在电容器附近，从而可以至少近似地测量电容器的温度。电容器包括多个电容器元件，每个电容器元件具有电容。电容器元件布置在衬底上方的表面处，使得它们可以暴露于气态介质或大气中。电子电路也可以集成在衬底中并且可以特别地包括CMOS电路，该电子电路被配置为单独确定电容。电子电路被配置为生成一组二进制数字，每个二进制数字对应于电容器元件中的一个并指示该电容器元件的电容是否在预定范围内。对于每个电容器元件，预定范围可以特别包括在电容器的干燥状态下测量到的电容器元件的电容。在露点传感器装置的一个实施例中，选择预定范围，使得电容器元件之一的任何电容是在干燥状态下测量到的该电容器元件的电容的至少两倍时，在预定范围之外。在另一实施例中，电子电路还被配置为将在第一温度下生成的一组二进制数字与在第二温度下生成的一组二进制数字进行比较，以及用于确定在第一温度和在第二温度下的相应的二进制数字不同的电容器元件的数量。另一实施例包括布置在衬底上的顶层，该顶层包括集成电路的布线。电容器布置在顶层的背向衬底的表面处。另一实施例包括布置在电容器上的覆盖层，该覆盖层是布置在电容器(4)上的覆盖层(8)，覆盖层(8)包含亲水材料。确定露点的方法利用包括多个电容器元件的电容器，每个电容器元件具有单独确定的电容。对于每个电容器元件，确定由电容器的温度降低引起的其电容增加。根据电容的增加或对应于电容增加的值超过预定界限时的温度得到露点。为此目的，生成一组二进制数字，每个二进制数字对应于电容器元件中的一个并指示该电容器元件的电容是否在预定范围内。将在不同温度下生成的这种二进制数字组进行比较，并确定该组中相应的二进制数字不同的电容器元件的数量。重复进行对在降低的温度下生成的一系列这种组的比较，直到由此获得的数量的增加超过预定界限。在该方法的变型中，预定范围包括在电容器的干燥状态的温度下每个电容器元件的电容，并且将该系列中的每个组与来自同一系列的另一组进行比较。在该方法的其他变型中，将该系列中的组与它们的直接后继组进行比较，或者在该系列内间隔预选的正数数量的中间组的组之间进行组的比较。在该方法的另一变型中，同一电容器元件呈现的是电容器在干燥状态的温度下的电容的至少两倍的任何电容被认为在预定范围之外。在下文中，结合附图更详细地描述了本专利技术的实施例和变型。图1示出了所述装置的一个实施例。图2示出了所述装置的另一实施例。图3是所述方法的变型的流程图。图1示出了露点传感器装置的实施例的倾斜俯视图。半导体衬底1包括珀耳帖元件2、温度传感器3，该温度传感器3可以特别地包括至少一个电阻温度检测器，例如电容器4和集成电路5，集成电路5可以特别地包括例如CMOS电路。珀耳帖元件2可以包括p型区域20和n型区域21的布置，这些区域经由上金属层22和后金属层23交替地连接。珀耳帖元件2的结构不限于图1所示的例子，但是从现有技术中本身已知的各种珀耳帖元件2中选择的任何结构都是合适的。集成电路5可以位于的区域在图1中作为示例示出。虽然集成电路5的组件通常可以布置在衬底1中的任何地方，但是它们可以特别地布置成远离珀耳帖元件2的产生热量的一侧，以便确保集成电路5的正确运行和合适的性能。顶层6可以布置在衬底1的主表面上，并且可以设置用于布线，特别是根据标准CMOS技术的布线。顶层6可以包括例如由金属间电介质分隔的金属化层，其可以特别包括上金属层22。底层7可以设置在衬底1的相对的后主表面上。底层7可以包括介电材料和/或至少一个另外的金属化层，其可以特别包括后金属层23。电容器4包括多个电容器元件40，其可以以阵列的形式布置。电容器元件40可以布置在裸露面9处，例如，该裸露面9可以是顶层6的背向衬底1的上表面。如果提供布线，则电容器元件40可以由例如布线的至少一个金属化层形成。电容器元件40的布置允许来自与裸露面9邻接的气氛(如环境空气)中的水蒸气冷凝在电容器元件40上，从而形成增加电容的露水或微小水滴。提供电子电路5以单独确定电容器元件40的电容并对其进行评估。电容器4的温度可以通过珀耳帖元件2改变，并且可以通过设置在电容器4附近的温度传感器3来测量。当温度从高于露点的初始温度降低时，在露点温度附近发生水的冷凝，并且电容器元件40的电容增加。当通过电容的测量和评估间接检测到已经达到或通过露点时，测量电容器4的温度，并且该温度用于根据常规露点传感器的操作计算周围气体的湿度。通过使用多个电容器元件40和单独确定它们的电容，可以显着提高测量精度。通过电子电路进行评估可以包括生成一组二进制数字，每个二进制数字对应于电容器元件40中的一个并指示该电容器元件40的电容是否在预定范围内。预定范围可以特别包括在电容器4的干燥状态下的电容。预定范围可以由上限限定，该本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种露点传感器装置，包括：‑半导体衬底(1)，‑珀耳帖元件(2)，‑温度传感器(3)，‑在所述衬底(1)上方的表面(9)处的电容器(4)，所述温度传感器(3)和所述电容器(4)布置成使得所述电容器(4)的温度能够被所述温度传感器(3)测量，‑所述电容器(4)包括多个电容器元件(40)，每个电容器元件具有电容，以及‑电子电路(5)，其被配置为单独确定所述电容，其特征在于，‑所述电子电路(5)被配置为生成一组二进制数字，每个二进制数字对应于所述电容器元件(40)中的一个并指示所述电容器元件(40)的电容是否在预定范围内。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.25 EP 16157384.51.一种露点传感器装置，包括：-半导体衬底(1)，-珀耳帖元件(2)，-温度传感器(3)，-在所述衬底(1)上方的表面(9)处的电容器(4)，所述温度传感器(3)和所述电容器(4)布置成使得所述电容器(4)的温度能够被所述温度传感器(3)测量，-所述电容器(4)包括多个电容器元件(40)，每个电容器元件具有电容，以及-电子电路(5)，其被配置为单独确定所述电容，其特征在于，-所述电子电路(5)被配置为生成一组二进制数字，每个二进制数字对应于所述电容器元件(40)中的一个并指示所述电容器元件(40)的电容是否在预定范围内。2.根据权利要求1所述的露点传感器装置，其中，对于所述电容器元件(40)中的每一个，所述预定范围包括在所述电容器(4)的干燥状态下所述电容器元件(40)的电容。3.根据权利要求2所述的露点传感器装置，其中，选择所述预定范围，使得所述电容器元件(40)之一的任何电容是该电容器元件(40)在干燥状态下的电容的至少两倍时，在所述预定范围之外。4.根据权利要求1至3中任一项所述的露点传感器装置，其中，所述电子电路(5)还被配置为将在第一温度下生成的一组二进制数字与在第二温度下生成的一组二进制数字进行比较，以及确定在所述第一温度和在所述第二温度下的相应的二进制数字不同的电容器元件(40)的数量。5.根据权利要求1至4中任一项所述的露点传感器装置，其中，所述电子电路(5)包括CMOS电路。6.根据权利要求5所述的露点传感器装置，还包括：布置在所述衬底(1)上的顶层(6)，所述顶层(6)包括集成电路(5)的布线，并且所述电容器(4...
【专利技术属性】
技术研发人员：迪米特里·索科尔，阮潢闵，大卫·万·斯廷温克尔，罗埃尔·达阿曼，帕斯卡尔·邦肯，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT
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