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

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。本发明专利技术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。本发明专利技术适用于气候和气象领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高空湿度传感器及其制备方法的领域。
技术介绍
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。本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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，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。本专利技术的优点通过本专利技术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。附图说明图1为本专利技术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为本专利技术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为本专利技术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完全覆盖第一温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
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（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）组成；其中，基底（1）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（1）的下表面设置有经镂空后形成的凹槽（13）。...

【技术特征摘要】
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 30...

【专利技术属性】
技术研发人员：施云波，罗毅，赵文杰，冯侨华，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：