专利名称：绝对湿度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种绝对湿度传感器，尤其涉及一种用于微波炉的绝对湿度传感器。
背景技术：
通常，湿度传感器用于各种目的，例如，在湿度计、用于在微波炉中烹制食品的湿度传感器等。目前所用的湿度传感器的实例包括电容式湿度传感器、相对湿度传感器和绝对湿度传感器。电容式湿度传感器基于由例如聚酰亚胺的有机材料的吸湿性导致的介电常数的变化。相对湿度传感器基于例如MgCr2O4的半导体陶瓷的电阻变化。绝对湿度传感器基于陶瓷的热敏电阻。
对于湿度传感器，基于两个热敏电阻的绝对湿度传感器广泛用作微波炉中用于烹制食品的湿度传感器。
绝对湿度传感器的优点是它能够稳定地检测湿度，因为它不受周围温度变化的影响。
微波炉中绝对湿度传感器的湿度感测原理基于当在食品烹制过程中由食品产生的水蒸汽吸收热敏电阻的热量时，由热敏电阻的温度变化引起的电阻变化。
图1所示为现有技术的绝对湿度传感器的结构。参考图1，通过以如铂的贵金属导体3与支承销4相连，由诸如玻璃膜的钝化膜覆盖的两陶瓷热敏电阻1和2浮置。陶瓷热敏电阻1和2由金属保护壳5封装，该金属保护壳5使这两热敏电阻1和2彼此隔开。
热敏电阻1暴露于空气中，从而允许水蒸汽通过金属保护壳5的小孔与热敏电阻1表面接触。热敏电阻1用作感测元件。另一热敏电阻2通过金属保护壳5密封在干燥N2中，以不与水蒸汽接触。热敏电阻2用作参比元件。
因此，当桥接电路由两热敏电阻1和2以及外部电阻组成时，在食品烹制过程中由食品产生的水蒸汽吸收暴露于空气中的热敏电阻1的热量。因此，电阻变化仅在暴露的热敏电阻1上发生。这时，由于偏压而产生输出变化，从而检测湿度。
因为现有技术的湿度传感器采用诸如陶瓷热敏电阻的元件，所以热容大，因而灵敏度低。而且，响应时间慢，传感器的尺寸也较大。
而且，热敏电阻元件利用导体3和支承销4浮置，如图1所示，且导体3和插脚4被点焊焊接。装配时，参比元件2应当密封在干燥N2中。因此，制造工艺步骤复杂，其工艺步骤数量增加。此外，成本昂贵，且不利于批量生产。
发明内容
因此，本发明的目的是一种绝对湿度传感器，该绝对湿度传感器基本消除了由于现有技术的限制和缺点而引起的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供一种绝对湿度传感器，该绝对湿度传感器具有提高的灵敏度和较快的响应时间。
本发明的另一目的是提供一种绝对湿度传感器，该绝对湿度传感器具有紧凑的尺寸和便于批量生产的简单工艺步骤。
在随后的说明中将阐明本发明的附加特征和优点，并且部分地可由说明可知，或者可以通过实施本发明而了解。通过在说明书、其权利要求以及附图中具体指出的结构，可以实现并获得本发明的目的和其它优点。
为了实现这些和其它优点，并根据本发明的目的，概括地说，根据本发明的绝对湿度传感器包括一个有腔体的基片；一个形成于该基片上的隔膜；一个形成于该隔膜上的电阻器；形成于隔膜上的电极焊点，用于与电阻器电连接；以及一钝化膜，该钝化膜形成于电阻器的整个表面上，用于覆盖该电阻器。
隔膜由SiO2、Si3N4、SiOxNy和SiO2/Si3N4/SiO2中的任意一种形成。电阻器由Ti、Pt、Ni、Ni-Cr和VO2中的一种或多种形成。钝化膜由SiO2、Si3N4、SiOxNy、磷硅酸盐玻璃(PSG)和聚酰亚胺中的任意一种形成。
还可以在钝化膜的形成有电阻器的区域上形成导热膜。这时，导热膜由Al和Au中的任意一种形成。
另一方面，本发明的绝对湿度传感器包括一基片，该基片在预定区域具有第一腔体和第二腔体；一个形成于该基片上的隔膜；一湿度感测元件，该湿度感测元件形成于隔膜上形成第一腔体的位置处，用于检测空气的湿度，该湿度感测元件具有可随所检测的湿度变化的电阻值；以及一温度补偿元件，该温度补偿元件形成于隔膜上形成第二腔体的位置处，用于补偿湿度感测元件的电阻值。
湿度感测元件和温度补偿元件包括一电阻器，该电阻器形成于隔膜上；电极焊点，该电极焊点形成于隔膜上，用于与电阻器电连接；以及钝化膜，该钝化膜形成于电阻器的整个表面上，以便覆盖该电阻器。
还可以在钝化膜的形成有电阻器的区域上形成导热膜。这时，该导热膜由Al和Au的任意一种形成。
在湿度感测元件和温度补偿元件上还可以形成一封盖，以覆盖该湿度感测元件和温度补偿元件的整个表面，该封盖将湿度感测元件和温度补偿元件彼此分离，并将它们密封。在封盖的中心区域内形成有保护膜，以分离和密封该湿度感测元件和温度补偿元件。在封盖中的形成有湿度感测元件的位置处形成一个孔，以通过外部湿气。该封盖由硅制成。
根据本发明的绝对湿度传感器还包括一个管座，该管座与基片的底部相连，并有用于与外部电连接的插脚；一导线，用于使湿度感测元件和温度补偿元件的电极焊点与管座的插脚电连接；以及一金属保护壳，该金属保护壳形成于管座的上部上，以盖管座的、包含湿度感测元件和温度补偿元件的整个表面。
一个孔形成于管座的形成有湿度感测元件的区域内，或者形成于金属保护壳上，以通过外部湿气。
在本发明的优选实施例中，具有对湿度的提高的灵敏度的绝对湿度传感器利用电阻器制造，同时，利用硅的微加工工艺将该传感器集成到一个芯片中，以便于其批量生产。
应当知道，前面的总体说明和后面的详细说明都是示例性的和解释性的，并将对本发明的作进一步的解释。
附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理，该附图被包括以提供对本发明的进一步理解，且被结合进说明书中并成为其一部分。
附图中图1是显示现有技术的绝对湿度传感器的结构剖视图；图2是显示根据本发明第一实施例的隔膜型绝对湿度传感器的结构剖视图；图3是表示根据本发明第一实施例的隔膜型绝对湿度传感器的封装的结构剖视图；图4是表示根据本发明第二实施例的隔膜型绝对湿度传感器的结构剖视图；图5是表示根据本发明第二实施例的隔膜型绝对湿度传感器的封装的结构剖视图；图6a和6b是表示根据本发明第二实施例的隔膜型绝对湿度传感器的封装的结构透视图；图7是表示根据本发明第三实施例的隔膜型绝对湿度传感器的结构剖视图；图8a和8b是表示根据本发明第三实施例的隔膜型绝对湿度传感器的结构透视图；图9a和9c是表示根据本发明第三实施例的隔膜型绝对湿度传感器的硅封盖的工艺步骤的剖视图；图10a和10b是表示根据本发明第三实施例的隔膜型绝对湿度传感器的封装的结构透视图；以及图11是用于基于根据本发明的隔膜型绝对湿度传感器检测湿度的电路图。
具体实施例方式
现在将详细介绍本发明的优选实施例，其例子示于附图中。
第一实施例图2是表示根据本发明第一实施例的隔膜型绝对湿度传感器的结构剖视图。
如图2所示，由SiO2、Si3N4、SiOxNy或SiO2/Si3N4/SiO2构成的隔膜12形成于硅基片11上。具有电阻温度系数(TCR)的电阻材料沉积在隔膜12上，然后被构图以形成电阻器13。该电阻器由Ti、Pt、Ni、Ni-Cr和VO2中的一种或多种形成。
随后，金属膜沉积在具有TCR的电阻器13上，然后构图以形成与电阻器13接触的电极焊点14。
在电阻器13上形成绝缘膜15以覆盖该电阻器13。
这时，绝缘膜15由具有极好绝缘特性的材料形成，例如SiO2、Si3N4、SiOxNy、PSG和聚酰亚胺。
然后，例如Al或Au的金属膜沉积在绝缘膜15上，再构图以形成与电阻器13对齐的导热膜16。
导热膜16起到将电阻器13的热快速发散到外部的作用。在某些情况下也可以不形成导热膜16。
最后，蚀刻基片11的后侧，以露出隔膜12的形成有电阻13的区域。
如上述制造的隔膜型绝对湿度传感器需要一温度补偿元件，该温度补偿元件不受周围湿度变化的影响；以及一湿度感测元件，该湿度感测元件检测周围湿度的变化。
图3是表示根据本发明第一实施例的隔膜型绝对湿度传感器的封装的结构剖视图。
如图3所示，作为湿度感测元件的绝对湿度传感器21和作为温度补偿元件的绝对湿度传感器22连接于管座23上。插脚24形成于管座23上，以与外部电连接。电极焊点形成于绝对湿度传感器21和22内。插脚24分别通过导线与电极焊点相连。
随后，金属保护壳25密封并连接在管座上，以覆盖管座23的包含绝对湿度传感器21和22的整个表面。
保护膜25a形成于金属保护壳25的中心区域，以分离和密封作为湿度感测元件的绝对湿度传感器21与作为温度补偿元件的绝对湿度传感器22。
在金属保护壳25的形成有作为湿度感测元件的绝对湿度传感器的区域内形成有一个孔，以通过外部湿气。在金属保护壳25的形成有作为温度补偿元件的绝对湿度传感器的区域内填充干燥N2气，以不受外部湿度的影响。
第二实施例在本发明的第二实施例中，作为湿度感测元件的绝对湿度传感器和作为温度补偿元件的绝对湿度传感器被集成在一个芯片上，以便于批量生产。
图4是表示根据本发明第二实施例的隔膜型绝对湿度传感器的结构剖视图。
如图4所示，由SiO2、Si3N4、SiOxNy或SiO2/Si3N4/SiO2构成的隔膜32形成于硅基片31上。具有TCR的电阻材料沉积在隔膜32上，然后构图以形成作为湿度感测元件的电阻器33a和作为温度补偿元件的电阻器33b。该电阻器33a和33b由Ti、Pt、Ni、Ni-Cr和VO2中的一种或多种形成。
随后，金属膜沉积在具有TCR的电阻器33a和33b上，再构图以形成与电阻器33a和33b接触的电极焊点34。
在电阻器33a和33b上形成绝缘膜35以覆盖该电阻器33a和33b的整个表面。
这时，绝缘膜35由具有极好绝缘特性的材料形成，例如SiO2、Si3N4、SiOxNy、PSG和聚酰亚胺。
还有，在某些情况下可以在绝缘膜35上形成Al或Au导热膜，以与电阻器33a和33b对齐。
最后，蚀刻基片31的后侧，以露出隔膜32的形成有电阻33a和33b的区域。
在如上制造的隔膜型绝对湿度传感器中，在一个基片上同时形成不受周围湿度变化影响的温度补偿元件和检测周围湿度的变化的湿度感测元件。因此有利于批量生产。
图5是表示根据本发明第二实施例的隔膜型绝对湿度传感器的封装的结构剖视图，图6a和6b是表示根据本发明第二实施例的隔膜型绝对湿度传感器的封装的结构透视图。
如图5、6a和6b所示，设置有湿度感测元件41和温度补偿元件42的绝对湿度传感器连接于管座43上。插脚44形成于管座43上，以与外部电连接。电极焊点形成于湿度感测元件41和温度补偿元件42内。插脚44分别通过导线与电极焊点相连。
随后，金属保护壳45密封并连接在管座43上，以覆盖管座43的包含湿度感测元件41和温度补偿元件42的整个表面。
与第一实施例不同，在金属保护壳45中并不形成保护膜。干燥N2气体填充于湿度感测元件41和温度补偿元件42的上部分，从而不受外部湿度的影响。
仅在管座45的形成有湿度感测元件的区域内形成有一个孔，以使外部湿气经过隔膜。形成有温度补偿元件42的区域通过基片31密封，以不受外部湿度的影响。
第三实施例本发明的第三实施例在其结构上与第二实施例相同。
不过，在本发明的第三实施例中，外部湿气并不通过在底部形成的管座传播至隔膜内，而是通过形成于上部的保护壳和硅封盖传播进绝缘膜内。
图7是表示根据本发明第三实施例的隔膜型绝对湿度传感器的结构剖视图，图8a和8b是表示根据本发明第三实施例的隔膜型绝对湿度传感器的结构透视图。
如图7、8a和8b所示，隔膜52形成于硅基片51上。作为湿度感测元件的电阻器53a和作为温度补偿元件的电阻器53b形成于隔膜52上。该电阻器53a和53b由Ti、Pt、Ni、Ni-Cr和VO2中的一种或多种形成。
随后，形成电极焊点54，以与电阻器53a和53b接触。在电阻器53a和53b上形成绝缘膜55以覆盖电阻器53a和53b的整个表面。
这时，为了使电阻器53a和53b快速散热，在某些情况下，可以在绝缘膜55上形成Al或Au的导热膜，以与电阻器53a和53b对齐。
蚀刻基片51的后侧，以露出隔膜32的形成有电阻53a和53b的区域。
最后，将一个硅封盖56密封和连接在绝缘膜55的上部，以覆盖湿度感测元件61和温度补偿元件62的整个表面。
在硅封盖56的中间区域形成保护膜，以分离和密封湿度感测元件61和温度补偿元件62。
在硅封盖56的形成有湿度感测元件61的区域中形成一个孔，以通过外部湿气。在硅封盖56的形成有温度补偿元件的区域内填充干燥N2气，以不受外部湿度的影响。
在如上制造的隔膜型绝对湿度传感器中，硅封盖覆盖湿度感测元件和温度补偿元件，使得外部湿度向上传播。
根据本发明第三实施例的硅封盖能够通过简单的工艺步骤制造。
图9a和9c是表示根据本发明第三实施例的隔膜型绝对湿度传感器的硅封盖的制造工艺步骤的剖视图。
如图9a所示，在硅基片70的两侧形成有第一和第二蚀刻掩膜71和72。该第一和第二蚀刻掩膜71和72由Si3N4或CrN形成。
随后，如图9b所示，除去第一蚀刻掩膜71的预定区域，以露出硅基片70。再通过湿法或干法蚀刻方法对露出的硅基片70蚀刻预定深度。
如图9c所示，除去第二蚀刻掩膜72的预定区域，以露出硅基片70。再通过湿法或干法蚀刻方法对露出的硅基片70进行蚀刻，以形成第一和第二凹形区域。此时，硅基片70被蚀刻一深度，该深度与在图9b的步骤中蚀刻的硅基片的底部相连。
在如上制造的本发明的硅封盖中，通过硅蚀刻而彼此分离的第一和第二凹形部分得以形成，在第一凹形部分的底部形成一通过外部湿气的孔，并且在第二凹形部分的底部没有形成孔，因此不通过外部湿气。
图10a和10b是表示根据本发明第三实施例的隔膜型绝对湿度传感器的封装的结构透视图。
如图10a和10b所示，具有湿度感测元件61和温度补偿元件62的绝对湿度传感器连接于管座63上。插脚64形成于管座63上，以与外部电连接。电极焊点形成于湿度感测元件61和温度补偿元件62内。插脚64分别通过导线与电极焊点相连。
随后，金属保护壳65密封并连接在管座63上，以覆盖管座63的包含硅封盖56的整个表面。
与第一实施例不同，在金属保护壳65中不形成保护膜。在金属保护壳65中形成一个孔，以通过外部湿气。也就是，外部湿气通过金属保护壳65的孔和硅封盖56的孔而传播到形成有湿度感测元件61的区域内。
图11是用于基于根据本发明的隔膜型绝对湿度传感器来检测湿度的电路图。
参考图11，利用根据本发明的隔膜型绝对湿度传感器检测周围湿度变化的电路包括一个桥接电路和一个用于该桥接电路的电源(V)。桥接电路包括湿度感测元件61、温度补偿元件62、固定电阻器R1和可变电阻器VR。
作为一个实例，下面将介绍利用绝对湿度传感器和上述电路来检测在对微波炉内的食品进行烹制的过程中由于食品产生的水蒸汽而引起的湿度变化的方法。
首先，如果食品在微波炉中被加热，则产生水汽。产生的水蒸汽通过形成于传感器内的孔传播到传感器内。这样，水蒸汽与湿度感测元件接触。
这时，湿度感测元件61的电阻通过偏压自加热。因此，与湿度感测元件61接触的水蒸汽吸收电阻器的热量。因此，湿度感测元件61的电阻器由于热量损失而降低温度，从而改变电阻值。
然而，因为温度补偿元件62并不与水蒸汽接触，电阻值的变化不发生。
湿度感测元件61的电阻变化引起桥接电路的输出改变，从而检测湿度变化。
因此，在传感器周围的湿度变化可以通过绝对湿度传感器和上述电路轻易地检测。在例如微波炉的烹制机器中烹制食品的过程中由于加热而从食品产生的水蒸气被探测，以用于食品的自动烹制。
工业实用性如上所述，根据本发明的隔膜型绝对湿度传感器有以下优点。
因为形成了具有TCR的电阻器，所以可以提高电阻器的灵敏度，并获得很快的响应时间。而且，因为利用硅的微加工工艺将传感器集成在一个芯片中，所以能实现紧凑的尺寸和简单的工艺步骤，以利于批量生产。而且还能节约生产成本。
前述实施例仅仅是示例性的，并不构成对本发明的限定。本宗旨可以很容易地应用于其它类型的装置。本发明的说明书是说明性的，不对权利要求的范围进行限定。本领域技术人员可以进行多种改进、改变和变化。
权利要求
1.一种绝对湿度传感器，包括一具有腔体的基片；一形成于该基片上的隔膜；一形成于该隔膜上的电阻器；形成于该隔膜上的电极焊点，用于与电阻器电连接；以及一钝化膜，该钝化膜形成于电阻器的整个表面上，以覆盖该电阻器。
2.根据权利要求1所述的绝对湿度传感器，其中，该隔膜由SiO2、Si3N4、SiOxNy和SiO2/Si3N4/SiO2中的任意一种形成。
3.根据权利要求1所述的绝对湿度传感器，其中，电阻器由Ti、Pt、Ni、Ni-Cr和VO2中的一种或多种形成。
4.根据权利要求1所述的绝对湿度传感器，其中，钝化膜由SiO2、Si3N4、SiOxNy、磷硅酸盐玻璃和聚酰亚胺中的任意一种形成。
5.根据权利要求1所述的绝对湿度传感器，还包括一导热膜，该导热膜形成于钝化膜的形成有电阻器的区域上。
6.根据权利要求5所述的绝对湿度传感器，其中，导热膜由Al和Au中的任意一种形成。
7.一种绝对湿度传感器，包括一基片，该基片在预定区域内具有第一腔体和第二腔体；一形成于该基片上的隔膜；一湿度感测元件，该湿度感测元件形成于隔膜上形成有第一腔体的位置处，用于检测空气中的湿度，该湿度感测元件具有可随所检测的湿度而变化的电阻值；以及一温度补偿元件，该温度补偿元件形成于隔膜上形成有第二腔体的位置处，用于补偿湿度感测元件的电阻值。
8.根据权利要求7所述的绝对湿度传感器，其中，湿度感测元件和温度补偿元件包括一电阻器，该电阻器形成于隔膜上；电极焊点，该电极焊点形成于隔膜上，用于与电阻器电连接；以及一钝化膜，该钝化膜形成于电阻器的整个表面上，以覆盖该电阻器。
9.根据权利要求8所述的绝对湿度传感器，其中，隔膜由SiO2、Si3N4、SiOxNy和SiO2/Si3N4/SiO2中的任意一种形成。
10.根据权利要求8所述的绝对湿度传感器，其中，电阻器由Ti、Pt、Ni、Ni-Cr和VO2中的任意一种或多种形成。
11.根据权利要求8所述的绝对湿度传感器，其中，钝化膜由SiO2、Si3N4、SiOxNy、磷硅酸盐玻璃和聚酰亚胺中的任意一种形成。
12.根据权利要求7所述的绝对湿度传感器，还包括一导热膜，该导热膜形成于钝化膜的形成有电阻器的区域上。
13.根据权利要求12所述的绝对湿度传感器，其中，导热膜由Al和Au中的任意一种形成。
14.根据权利要求7所述的绝对湿度传感器，还包括一封盖，该封盖形成于湿度感测元件和温度补偿元件上，以覆盖该湿度感测元件和温度补偿元件的整个表面，用于将湿度感测元件和温度补偿元件彼此分离并将它们密封于其中。
15.根据权利要求14所述的绝对湿度传感器，其中，在封盖的中心区域中形成保护膜，以分离和密封该湿度感测元件和温度补偿元件。
16.根据权利要求14所述的绝对湿度传感器，其中，在封盖的形成有湿度感测元件的区域内形成一个孔，以通过外部湿气。
17.根据权利要求14所述的绝对湿度传感器，其中，该封盖由硅制成。
18.根据权利要求7所述的绝对湿度传感器，还包括一管座，该管座与基片的底部相连，具有用于与外部电连接的插脚；一导线，用于使湿度感测元件和温度补偿元件的电极焊点与管座的插脚电连接；以及一金属保护壳，该金属保护壳形成于管座的上部上，以覆盖管座的包含湿度感测元件和温度补偿元件的整个表面。
19.根据权利要求18所述的绝对湿度传感器，其中，在管座的形成有湿度感测元件的区域内形成一个孔，以通过外部湿气。
20.根据权利要求18所述的绝对湿度传感器，其中，在保护壳内形成一个孔，以通过外部湿气。
全文摘要
本发明公开了一种用于微波炉的绝对湿度传感器。该绝对湿度传感器包括:一在预定区域内具有第一孔和第二孔的基片;一形成于该基片上的隔膜;一在隔膜上在形成有第一孔的位置处形成的、用于检测空气的湿度的、具有可随所测湿度变化的电阻值的湿度感测元件;以及一在隔膜上在形成第二孔的位置处形成的、用于补偿湿度感测元件的电阻值的温度补偿元件。为了进行封装,该绝对湿度传感器还包括:一与基片下部接合的管座,具有用于与外部电连接的插脚和流过外部湿气的孔;一导线,用于将湿度感测元件和温度补偿元件的电极焊点与管座的插脚电连接;以及一形成于管座上部上的金属保护壳,以覆盖管座的包含湿度感测元件和温度补偿元件的整个表面。
文档编号G01N27/12GK1382255SQ00814589
公开日2002年11月27日 申请日期2000年12月12日 优先权日2000年7月19日
发明者李敦熙, 洪炯基 申请人:Lg电子株式会社