专利名称：湿度传感器及其制造方法
技术领域：
本发明是关于一种湿度传感器，尤指一种以具有亲水性的离子性高分子聚合物作为感测材料的湿度传感器，更包括一种湿度传感器的制造方法。
背景技术：
随着时代的发展，科技、农业、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越来越高，对环境温度、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为标准技术条件的一。湿度是指空气中水分的含量，就工业制程而言，较佳的湿度控制约在0-20％RH间，若湿度在20％RH时，药物、食品、电子半导体等对象便开始变质，而在35％RH时，金属和电子制品等开始出现氧化或机件老化的严重情况，于60％RH高湿时，摄影信息光学等器材以及纸类纺织品更易因发霉而不堪使用，因此湿度的量测为非常重要的一环。
湿度传感器的基本形式是在基板上涂覆感湿材料以形成感湿膜，当空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，组件的阻抗、介质常数会发生很大的变化，而形成湿度敏感性组件，此利用水份影响导电性的原理，更可用以制作湿度传感器，以感测温室内空气是否达到饱和结露状态。
一般现有的湿度传感器是使用金材质的梳形电极及不同的湿度感测材料，其在市面上价格较昂贵，另现有金属氧化物类型的传感器，使用类似IC晶圆式制程制作，其制备过程繁琐，且材料及制程费用价格昂贵，均无法普及民生需求使用。
目前高分子材料制程的应用上虽不及金属氧化物类型的传感器，但近几年来，高分子聚合与IC制程的发展迅速，加上此类型材料拥有灵敏度高、成本低、制成简易等优点，故高分子式的湿度传感器被大量且迅速开发着，例如中国台湾专利公报第507073号案中所述是使用具有烯键不饱和基团的导电性聚合物的经交联产物，又如中国台湾专利公报第510965号案中则提供一种以硅烷类改质的2-丙醯胺基-2-甲基丙磺酸的聚合材料作为湿度感测材料，皆显示高分子材料制程正积极的开发中。
然目前高分子材料制程是由于感测对数线性化以及安定性的问题，应用上无法如金属氧化物类型的传感器广泛，因此，仍有很大开发的潜能。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种湿度传感器，其包括一基板；至少二长形电极，其是分别形成于该基板上，每一长形电极各有一第一端及第二端；至少一对梳形电极，是分别与该至少二长形电极的第一端接触；以及一湿度感测膜，是含一具有亲水性的离子性高分子聚合物，且形成于该至少一对梳形电极上，且不与该至少二长形电极的第二端接触。
本发明的另一目的是提供一种湿度传感器的制造方法，其步骤包括(a)提供一含至少二长形电极的基板，该至少二长形电极各含有一第一端及第二端；(b)于该基板上形成至少一对相间但不相接触的梳形电极，且该梳形电极是分别与该基板上的二长形电极的第一端接触；以及(c)将该梳形电极浸泡于一湿度感测材料溶液中形成一湿度感测膜；其中该湿度感测材料是含具有亲水性的离子性高分子聚合物。
本发明中的湿度传感器，是为一种电阻式的湿度传感器，其能随环境中相对湿度的变化而产生对数线性的电阻值变化，依此回馈控制信号，电器设备，例如除湿装置、冷气空调可控制调整环境的相对湿度。
本发明适用的基板可为现有的任何一种基板，如陶瓷基板、电木基板或玻璃纤维板，较佳地为具备有一对电极的一陶瓷基板。
该电极是可使用金胶、银胶或碳胶的导电材料，较佳地是使用银胶，更佳地是为一种玻璃纤维胶是的银胶。
于基板上所形成的梳形电极材料可以是常用的任何一种电极用的导电材料，如金胶、银胶、碳胶，较佳地是为碳胶。
本发明湿度感测材料是可为任何一种具有亲水性的离子性高分子聚合物，例如磺酸根(-SO3H)、羟基(-OH)或酸根(-COOH)离子等离子键单体所构成的高分子聚合物，较佳地是使用含磺酸根的聚合物，更佳地是为聚苯乙烯磺酸钠(SodiumPolystyrenesulfonate；NaPSS)。
本发明的制作方法中，步骤(b)中的形成方式可为常用的任何一种，较佳可以网版印刷形成；而在步骤(b)完成后，步骤(c)进行前，可更包括一步骤(b1)，将基板烘干，以使步骤(b)所涂覆的导电胶可完整的固定附着于基板上；而在最后步骤(c)完成后，更可包括一步骤(c1)，将该基板烘干。
图1是本发明实施例1的制备结构平面图；图2是本发明的电阻值与相对湿度测试结果图。
主要组件符号说明1陶瓷基板2银电极 3银电极端子焊锡处4梳形电极5湿度感测膜
具体实施例方式
制备例湿度感测材料的选用是选用聚苯乙烯磺酸钠(SodiumPolystyrenesulfonate；NaPSS)粉材，经与水调配制得而成溶液状，为一种离子性高分子聚合物，具有良好的亲水性，在遇到水气时会解离，解离后经离子流动而产生导电性。
银电极的制作使用网版印刷的方式将玻璃纤维胶系的银胶印刷在陶瓷基板上，再放入高温烧结炉内用850℃高温烧结(50分钟加温段，10分钟定温段)，形成可焊接端子的银电极。
梳形电极使用网版印刷的方式将自行调制的碳胶印刷在陶瓷基板上，印刷的图形一端为彼此交叉但不相接触的4对梳形电极。另一端各连接到银电极，经红外线干燥炉烘烤230℃、8分钟后固化完成。
碳胶的制作其是主要使用于可变电阻器厚膜印刷制程，采用碳黑、石墨、酚醛树脂、醇类溶剂，使用三滚筒研磨分散机分散均匀后，浓缩制成，可得碳粉25％、酚醛树脂65％以及醇类溶剂10％的重量百分率浓度。
湿度感测材料溶液的制作将聚苯乙烯磺酸钠高分子粉末加入纯水中，使重量浓度达1.5％～2％，使用加热搅拌器搅拌，直到聚苯乙烯磺酸钠高分子粉末完全溶解于水中。
实施例本发明湿度传感器的制作过程可参考图1。
首先用网版印刷银电极2，3于陶瓷基板1(Al2O3)上，如图1a所示，其中陶瓷基板的厚度为0.635mm、面积为10.4×5.1mm，再用网版印刷方式印刷碳胶于陶瓷基板上形成梳形电极4，如图1a’，后将陶瓷基板放入超音波洗净机内的水中震荡洗净5分钟，再放入温风干燥炉内烘干(50℃、30分钟)，如图1b所示，将陶瓷基板的梳形电极4侧浸泡至湿度感测材料溶液中(梳形电极4必须完全浸入，银电极端子焊锡处3不可浸泡)约10分钟，后放置于温风干燥炉内烘干(50℃、10分钟)，陶瓷基板上有浸泡到湿度感测材料溶液的地方会形成透明的湿度感测膜5，如图1c。
湿度传感器的评估将本湿度传感器放置于恒温恒湿机内测试，温度固定于25℃，使用LCR计(设定1.0V、1000Hz)连接湿度传感器的银电极端子焊接处量测湿度传感器的电阻值，分别测试在湿度20％、30％、......至90％时湿度传感器的电阻值。湿度对于湿度传感器的电阻值的对数表中，电阻值变化会呈现一直线性，其测试结果如表一，是显示湿度由30％、40％、...90％的电阻值，而电阻值的单位为KΩ。
表一
进一步地， 由表一中30％、40％、...90％各取其最大值、平均值以及最小值可得表二的结果，将其制作成如图2所示将所得的电阻值对数化。由图2可知当相对湿度越高时，其电阻值越低，且两者的间的变化呈一对数线性，显示有良好的对数线性化以及安定性的效果，故可依此回馈控制信号，以达到可控制调整环境的相对湿度。
表二
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种湿度传感器，其特征在于，包括一基板；至少二长形电极，其是分别形成于该基板上，每一长形电极各含有一第一端及第二端；至少一对梳形电极，是分别与该至少二长形电极的第一端接触；以及一湿度感测膜，是含一具有亲水性的离子性高分子聚合物，且形成于该至少一对梳形电极上，且不与该至少二长形电极的第二端接触。
2.如权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，所述该基板为一陶瓷基板。
3.如权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，所述该至少二长形电极是为银电极。
4.如权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，所述该至少二长形电极的第二端是为银电极焊锡处。
5.如权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，所述该梳形电极是为含碳胶的电极。
6.如权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，所述该梳形电极是为四对梳形电极。
7.如权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，所述该湿度感测材料的具有亲水性的离子性高分子聚合物是为聚苯乙烯磺酸钠。
8.一种湿度传感器的制造方法，其特征在于，步骤包括(a)提供一含至少二长形电极的基板，该至少二长形电极各含有一第一端及第二端；(b)于该基板上形成至少一对相间但不相接触的梳形电极，且该梳形电极是分别与该基板上的至少二长形电极的第一端接触；以及(c)将该梳形电极浸泡于一湿度感测材料溶液中形成一湿度感测膜，其中，该湿度感测材料是含具有亲水性的离子性高分子聚合物。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述该步骤(a)中的该基板是为一陶瓷基板。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述该长形电极是为银电极。
11.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述该至少二长形电极的第二端是为银电极焊锡处。
12.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述该梳形电极是为含碳胶的电极。
13.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述该梳形电极是为四对梳形电极。
14.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述该具有亲水性的离子性高分子聚合物是为聚苯乙烯磺酸钠。
15.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述该步骤(b)是以网版印刷的方式形成。
16.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述于该步骤(b)完成后，该步骤(c)进行前，更包括一步骤(b1)，将该基板烘干。
17.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述于该步骤(c)完成后，更包括一步骤(c1)，将该基板烘干。
全文摘要
本发明一种湿度传感器，包括一基板；至少二长形电极，分别形成于基板上，每一长形电极各有一第一端及第二端；至少一对梳形电极，分别与至少二长形电极的第一端接触；一湿度感测膜，含一具有亲水性的离子性高分子聚合物，形成至少一对梳形电极上，不与至少二长形电极的第二端接触。一种湿度传感器的制造方法，步骤为(a)提供一含至少二长形电极的基板，至少二长形电极各含有一第一端及第二端；(b)基板上形成至少一对相间但不相接触的梳形电极，梳形电极，分别与该基板上的至少二长形电极的第一端接触；以及(c)将梳形电极浸泡于一湿度感测材料溶液中形成一湿度感测膜，其中，该湿度感测材料是含具有亲水性的离子性高分子聚合物。
文档编号G08B21/20GK1987442SQ200510132629
公开日2007年6月27日 申请日期2005年12月23日 优先权日2005年12月23日
发明者钟景浩, 颜世虹, 邱韦诚 申请人:福华电子股份有限公司