一种温湿度传感器的制作方法

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种温湿度传感器。

背景技术：

温度和湿度测量在工农业以及日常生活中有着极其广泛的应用，也是研究气象状况、环境舒适度不可或缺的一个因素。温度传感器主要采用热敏电阻，湿度传感器主要采用电容原理实现检测。早期的温湿度测量系统采用单独设计的温度传感器和湿度传感器，这样造成测量系统体积偏大，兼容性差。

随着CMOS技术发展，陆续推出了温湿度一体的集成化温湿度传感器，使得传感器体积进一步缩小，测量系统的体积也进一步缩小。但是在某些特殊应用场合，比如气象探空、冷库冷链等环境中，温度会比较低，气象探空场合下温度最低会达到-80℃以下，且湿度多处于高湿状态。在这种极端环境下，由于电容式湿度传感器的自身构造特点，湿度传感器表面容易产生结露现象，使得测量误差增大，响应速度降低，甚至造成湿度传感器失效。随着MEMS技术的发展，为解决湿度传感器结露问题，目前普遍采用的方法是在湿度传感器底部或四周增加加热丝，对湿度传感器进行加热以使其水分挥发，但加热湿度传感器的同时会造成温度传感器对环境温度测量不准，传感器体积增大等不足。增加专门的加热丝还需要引出单独的焊盘，增加了传感器的工艺制造难度和制造成本，同时也降低了温湿度传感器的可靠性和抗干扰能力。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型目的在于提供一种温湿度传感器，以解决现有技术中的成本高、可靠性和抗干扰能力差、体积大的问题。

本实用新型的一种温湿度传感器，包括衬板，所述衬板上设有湿度敏感单元、设于所述湿度敏感单元的外围的温度敏感单元，所述温度敏感单元工作时对所述湿度敏感单元进行加热，所述衬板上还设有湿度焊盘、温度焊盘以及公共焊盘，所述湿度敏感单元一端电连接所述湿度焊盘，另一端电连接所述公共焊盘，所述温度敏感单元一端电连接所述温度焊盘，另一端电连接所述公共焊盘。

进一步地，所述湿度敏感单元采用三明治结构，包括上电极、设置在其下方的下电极和包裹在两者之间的感湿介质，所述上电极电连接所述湿度焊盘，所述下电极电连接所述公共焊盘。

进一步地，所述上电极上开设有网状微孔结构，所述感湿介质通过所述微孔连通外界空气。

进一步地，所述湿度敏感单元采用叉指结构，包括第一电极、嵌设于所述第一电极内的第二电极和填充在两者连接形成的空隙中的感湿介质，所述第一电极与所述第二电极采用叉指形状且交错排列，所述第一电极电连接所述公共焊盘，所述第二电极电连接所述湿度焊盘。

进一步地，所述感湿介质采用高分子材料，选用聚亚酰胺或聚苯乙烯。

进一步地，所述温度敏感单元采用Pt热敏电阻。

进一步地，所述温度敏感单元采用C型环蛇结构，与所述湿度敏感单元的形状、结构以及尺寸相匹配，所述温度敏感单元采用Pt热敏电阻，并采用C型环蛇结构，其两端分别与公共焊盘和温度焊盘连接，形成温度传感器，同时该温度传感器通过电阻发热也形成整个温湿度传感器的加热器件。

进一步地，所述衬板采用陶瓷衬板或蓝宝石衬板，其厚度为0.1～0.5mm。

进一步地，所述湿度焊盘、温度焊盘和公共焊盘采用金属材料，选用Pt、Cr或Au中的任一种。

进一步地，所述衬板上设有采用磁控溅射形成的金属层，所述金属层上设有采用刻蚀形成的所述温度敏感单元、湿度焊盘、温度焊盘以及公共焊盘。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

1、通过设置温度敏感单元，能够集温度测量和加热于一体，去除了传统需设置专用的加热结构，缩小了温湿度传感器的体积，同时也降低了生产成本；

2、通过设置公共焊盘，温度敏感单元和湿度敏感的一端分别电连接公共焊盘，通过这种设置，减少了传感器焊盘的数量，缩小了温湿度传感器的体积，同时提高了传感器的可靠性和抗干扰能力；

3、温湿度传感器通过采用传统的磁控溅射、刻蚀成型、悬涂等成熟工艺进行加工，制造工艺简单，极大地降低了温湿度传感器的制造成本；

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型湿度敏感单元的三明治结构示意图；

图3是本实用新型湿度敏感单元的叉指结构示意图。

以上附图中：1、衬板；2、湿度敏感单元；3、温度敏感单元；4、湿度焊盘；5、温度焊盘；6、公共焊盘；7、上电极；8、下电极；9、感湿介质；10、第一电极；11、第二电极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

结合图1至图3所示，本实用新型公开了一种温湿度传感器，包括衬板1，所述衬板1采用陶瓷衬板或蓝宝石衬板，其厚度为0.1～0.5mm。所述衬板1上设有采用磁控溅射形成的金属层，所述金属层上设有采用刻蚀形成的所述湿度敏感单元2、温度敏感单元3、湿度焊盘4、温度焊盘5以及公共焊盘6。温湿度传感器通过采用传统的磁控溅射、刻蚀成型、悬涂等成熟工艺进行加工，制造工艺简单，极大地降低了温湿度传感器的制造成本。所述衬板1在加工时的工艺要求需对其工作表面进行抛光和清洗，所述湿度焊盘4、温度焊盘5和公共焊盘6采用金属材料，选用Pt、Cr或Au中的任一种。

所述温度敏感单元3设于所述湿度敏感单元2的外围，所述温度敏感单元3工作时对所述湿度敏感单元2进行加热，所述温度敏感单元3采用C型环蛇结构，与所述湿度敏感单元2的形状、结构以及尺寸相匹配。本实用新型中，所述温度敏感单元3采用Pt热敏电阻，并采用C型环蛇结构，其两端分别与公共焊盘6和温度焊盘5连接，形成温度传感器，同时该温度传感器通过电阻发热也形成整个温湿度传感器的加热器件。通过设置温度敏感单元3，能够集温度测量和加热于一体，去除了传统需设置专用的加热结构，缩小了温湿度传感器的体积，同时也降低了生产成本。所述湿度敏感单元2一端电连接所述湿度焊盘4，另一端电连接所述公共焊盘6，所述温度敏感单元3一端电连接所述温度焊盘5，另一端电连接所述公共焊盘6。通过设置公共焊盘6，温度敏感单元3和湿度敏感单元2的一端分别电连接公共焊盘6，通过这种设置，减少了传感器焊盘的数量，缩小了温湿度传感器的体积，同时提高了传感器的可靠性和抗干扰能力。

所述湿度敏感单元2采用三明治结构，包括上电极7、设置在其下方的下电极8和包裹在两者之间的感湿介质9。所述上电极7和所述下电极8均采用Pt制成，所述感湿介质9采用高分子材料，选用聚亚酰胺或聚苯乙烯。所述上电极7上开设有网状微孔结构，所述感湿介质9通过所述微孔连通外界空气，所述上电极7电连接所述湿度焊盘4，所述下电极8电连接所述公共焊盘6。

所述湿度敏感单元2还可以采用叉指结构，包括第一电极10、嵌设于所述第一电极10内的第二电极11和填充在两者连接形成的空隙中的感湿介质9，所述第一电极10与所述第二电极11采用叉指形状且交错排列。所述感湿介质9采用高分子材料，选用聚亚酰胺或聚苯乙烯，所述第一电极10电连接所述公共焊盘6，所述第二电极11电连接所述湿度焊盘4。

本实用新型中，温度敏感单元3的工作原理为：在Pt热敏电阻的两端施加一定的电压，通过测量Pt热敏电阻的阻值变化来检测被测环境温度，同时通过自身的发热，对湿度敏感单元2进行加热除湿，保证湿度敏感单元2可以在低温高湿的极端环境下正常工作。湿度敏感单元2的工作原理为：通过感湿介质9吸收和排出被测环境中的水分，导致电容的介电常数发生变化，引起湿度电容的变化进行检测。本实用新型中，温度敏感单元3和湿度敏感单元2同时进行，需要对温度敏感单元3进行温度补偿，以抵消加热对环境温度的影响。具体操作为：在环境试验箱中测试工作稳定后温度敏感单元3的温度T0，环境试验箱的标准温度T1，则温度敏感单元3的补偿温度为：ΔT＝T1-T0，通过采集工作范围内均匀分布温度点，可以得到一个系列的ΔT，将该值写入到测量算法中，每次根据测得的温度敏感单元3的温度T0，再修正补偿值ΔT，即可得到当前环境的真实温度值。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。