专利名称：基于聚酰亚胺和填充物腐蚀的湿度传感器结构改进及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于聚酰亚胺和填充物腐蚀的湿度传感器结构改进及方法，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。湿度传感器的性能指标主要有测试精度响应时间等。
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。
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，具有响应时间长等缺点。
然而从电容公式来看，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感温性能，二是当材料确定后只能改进传感器的结构从而提高湿度传感器的性能
本发明拟从改变传统湿度传感器结构，提高了薄膜与周围环境的接触面积，从而减小了响应时间。发明内容
为了减小响应时间，提高湿度传感器结构的性能，本发明提出了一种基于聚酰亚胺和填充物腐蚀的湿度传感器结构的改进及方法，亦即在电极板之间的聚酰亚胺层中填充材料后腐蚀制作多孔薄膜，从而提高了薄膜与周围环境的接触面积。
填充材料包含光纤、玻璃粉末、金属等颗粒材料。视传感器要求，可以标定颗粒材料的填充量与响应时间等传感器指标的关系。一般地，填充越多，颗粒越细，传感器的性能越好，相应地腐蚀难度会加大。
本发明的技术方案是，首先在硅圆片上溅射金属层作为种子层，然后电镀出电容电极板，再涂覆聚酰亚胺胶作为电容的介电材料，然后再在聚酰亚胺胶中填充光纤、玻璃粉末或金属等颗粒材料，最后腐蚀聚酰亚胺中的填充材料获得多孔聚酰亚胺薄膜；最后，采用光刻的方法，在电极板的不同方向上形成单个、多个独立空腔，从而提高薄膜介电材料与周围环境的接触面积。
由此可见，本发明提供的一种基于聚酰亚胺和填充物腐蚀的湿度传感器结构改进，其特征在于在电极板之间的聚酰亚胺层中填充材料后腐蚀制作出多孔薄膜，经光刻后 a)沿电极板方向制作单个空腔；b)沿电极板方向制作多个空腔；c)垂直电极板方向制作多个空腔；d)在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜中多个独立的空腔；或e)在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜中保留多个独立的聚酰亚胺块。
图1是本发明所提供的多孔聚酰亚胺薄膜制作的工艺流程图，a)准备好硅片；b) 在硅片上制作3102层；c)溅射种子层并电镀出电容电极板；d)制作电容电介质材料并填充材料；e)固化并腐蚀填充物。
图2是在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜中沿电极板方向制作一个空腔(平视图)。
图3是在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜中沿电极板方向制作多个空腔(平视图)。
图4是在电极板之间的多孔酰亚胺薄膜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是在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜中制作多个独立的空腔(传感器上表面俯视图)。
图6是在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜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
在图1(a)中，准备硅片(1)正面制作SiO2层(2)
在图1(b)中，在硅片(1)正面制作SiO2层0)，
在图1(c)中，在硅片(1)上溅射种子层并电镀出电容电极板(3)，典型的种子层包括TiW/Cu等，典型的电极板材料包括Au等
在图1(d)中，涂覆聚酰亚胺胶G)，制作电容电介质材料，其中聚酰亚胺胶填充有玻璃粉末、光纤或金属材料( 等。
在图1(e)中，固化聚酰亚胺胶，并腐蚀填充在聚酰亚胺中的填充物，从而获得多孔聚酰亚胺薄膜。
实施例2
传感器的制作方法可以是如图2所示，在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜中在沿电极板方向，采用光刻的方法制作一个空腔。
相对于实施例1，这种方法进一步增加了多孔聚酰亚胺薄膜与空气的接触面积，提高了传感器的灵敏度。
实施例3
传感器的制作方法可以是如图3所示，在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜，在沿电极板方向，采用光刻的方法制作多个空腔。图中所示3个空腔，但实际可以大于3个，也可以小于3个，视需要而定。
相对于实施例1，这种方法进一步增加了多孔聚酰亚胺薄膜与空气的接触面积，提高了传感器的灵敏度。
实施例4
空腔的制作方法可以是如图4所示，在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜中在垂直电极板方向，采用光刻的方法制作多个空腔。
相对于实施例1，这种方法进一步增加了多孔聚酰亚胺薄膜与空气的接触面积，提高了传感器的灵敏度。
实施例5
空腔的制作方法可以是如图5所示，在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜中，采用光刻的方法制作多个独立的空腔。
相对于实施例1，这种方法进一步增加了多孔聚酰亚胺薄膜与空气的接触面积，提高了传感器的灵敏度。
实施例6
空腔的制作方法可以是如图6所示，在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜中，采用光刻的方法保留多个独立的聚酰亚胺块。
相对于实施例1，这种方法进一步增加了多孔聚酰亚胺薄膜与空气的接触面积，提高了传感器的灵敏度。
从以上图2-6光刻方法形成5中不同种类空腔，具有空腔数并非只局限于图示，可以依需而定，只是本发明通过聚酰亚胺电介材料中填充光纤、玻璃粉末或金属颗粒材料，经腐蚀填充材料而获得多孔聚酰亚胺薄膜。而形成空腔的目的是增加了多孔聚酰亚胺薄膜与空气的接触面积，从而提高了传感器的灵敏度。
权利要求
1.一种基于聚酰亚胺和填充物腐蚀的湿度传感器结构改进，其特征在于在电极板之间的聚酰亚胺层中填充材料后腐蚀制作出多孔薄膜，经光刻后a)沿电极板方向制作单个空腔；b)沿电极板方向制作多个空腔；c)垂直电极板方向制作多个空腔；d)在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜中多个独立的空腔；或e)在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜中保留多个独立的聚酰亚胺块。
2.按权利要求1所述的改进，其特征在于所述的填充材料包含光纤、玻璃粉末或金属颗粒材料。
3.制作如权利要求1所述的结构传感器改进的方法，其特征在于首先在硅圆片上溅射金属层作为种子层，然后电镀出电容电极板，再涂覆聚酰亚胺胶作为电容的介电材料，并在聚酰亚胺中填充光纤、玻璃粉末或金属颗粒材料，最后腐蚀聚酰亚胺中的填充材料获得多孔聚酰亚胺薄膜；最后，采用光刻的方法，在电极板之间、垂直电板之间或沿电极板方向制作单个空腔、多个空腔或保留多孔聚酰亚胺块。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于所述的种子层为TiW/Cu，电容电极板为Au。
全文摘要
本发明涉及一种基于聚酰亚胺和填充物腐蚀的湿度传感器结构改进及方法，其特征在于在电极板之间的聚酰亚胺层中填充材料后腐蚀制作出多孔薄膜，经光刻后a)沿电极板方向制作单个空腔；b)沿电极板方向制作多个空腔；c)垂直电极板方向制作多个空腔；d)在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜中多个独立的空腔；或e)在电极板之间的多孔聚酰亚胺薄膜中保留多个独立的聚酰亚胺块。制作是首先在硅圆片上溅射金属层作为种子层，然后电镀出电容电极板，再涂覆聚酰亚胺胶作为电容的介电材料，并在聚酰亚胺中填充光纤、玻璃粉末或金属颗粒材料，最后腐蚀聚酰亚胺中的填充材料获得多孔聚酰亚胺薄膜；最后，采用光刻的方法，形成空腔，增加多孔薄膜与空气的接触面积，提高传感器的灵敏度。
文档编号G01N27/22GK102507669SQ20111036906
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者叶交托, 宁文果, 徐高卫, 朱春生, 李珩, 汤佳杰, 王双福, 王天喜, 罗乐, 陈骁, 韩梅 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所