湿度传感器的制作方法

本公开总体涉及传感器，诸如用于相对湿度(“rh”)测量的传感器。

背景技术：

1、人体舒适的湿度水平取决于温度，并且空气能够容纳的水蒸气量随温度增加而增加，进行的大多数湿度测量都属于相对湿度或rh。相对湿度是给定温度下空气中的水蒸气量的度量。在许多应用中，相对湿度测量被用于适当调节空气以使人体舒适，或用于其他用途，诸如干燥、烹饪、冷却，或用于控制工业过程，诸如油漆、油墨的涂漆、印刷和干燥以及固化液体涂料。加热、通风和空调(“hvac”)系统需要测量相对湿度，以改善或维持受控环境中的人体舒适度。相对湿度一般用百分比值来描述，其中100％ rh是露点或饱和度并且是在给定温度下测量的，因此湿度传感器和相对湿度仪器需要在进行rh测量时测量温度或接收温度。

2、模拟湿度计通常依赖于“湿球”原理，其中棉芯被放置在装有水的容器中，并且棉芯将水分带到温度计球周围的吸收材料中。空气流过该球并且“湿球”温度被记录。使用与湿球相邻或接近放置的干温度计球并且记录同期的干球温度。通过确定湿球温度计读数和干球温度计读数的温度差，可以通过使用以已知条件下的先前读数制成的仪器的实验观察图表来间接确定相对湿度。应注意，该方法测量温度，然后基于吸收材料的特性间接推断相对湿度。棉芯的吸收率和湿球与干球相比的温度变化对应于湿度，但测量结果是通过从先前结果推断rh来实现的，并且取决于棉芯材料的性质，即吸收能力，其可能会随时间变化，可能会随着材料的状况而变化并且仅与rh间接相关。

3、封装的间接感测湿度传感器可从texas instruments incorporated公司获得。示例器件包括hdc2021、2022、2080、2019以及hdc1010和1080集成电路。在这些传感器中，聚酰亚胺材料通过器件封装件中的开口暴露于大气，其中聚酰亚胺材料的电气特性随着材料吸收水分而发生变化。器件封装件还容纳带有温度传感器的半导体器件。包括模数转换器(“adc”)的集成电路可以连接到湿度传感器和温度传感器或与它们集成在一起。聚酰亚胺材料的电气特性随吸收的水分而变化，因此可以测量传感器材料在暴露于大气后的电导率或电阻。还使用器件上的温度传感器感测温度，并且通过使用这两个测量结果，可以通过使用器件的先前已知实验数据来确定相对湿度。同样，对随湿度变化的材料特性进行测量，然后确定相对湿度的推断值。该传感器依赖于特定吸收性聚酰亚胺材料的电气特性，但是，这种材料的特性会随着时间的推移而变化，并且会随着条件或器件之间的不同而变化。材料也可能变得过饱和，并且之前暴露在潮湿环境中会影响测量的准确性，甚至影响测量结果的可用性。在暴露于非常高的湿度环境之后，可能需要暂停器件的操作，同时加热器干燥聚酰亚胺材料，以便材料可以再次开始吸收水分。电气特性中的滞后效应可能会发生，即电导率测量结果可能会受到先前的吸收、饱和、解吸的循环以及材料的老化或其他条件的影响。在某些条件下，测量结果可能不如期望的可靠，并且随着材料老化可能变得不可靠。可用测量之间可能会出现延迟。可能需要重新校准或重新训练器件。

技术实现思路

1、在所描述的示例中，一种装置包括：至少一个电极，其具有在衬底的第一表面上的基部并且远离基部延伸至端部；对置电极，其与至少一个电极的端部间隔开，并且具有面向端部的第一导电表面；以及具有腔体的封装件，该腔体容纳至少一个电极、衬底和对置电极，该封装件具有配置为允许大气进入腔体的至少一个开口。

技术特征：

1.一种装置，其包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述衬底还包括半导体器件。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述半导体器件还包括形成在所述半导体器件中的有源晶体管。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述半导体器件还包括可编程处理器。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述衬底还包括印刷电路板。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个电极还包括一行电极。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个电极还包括布置成行和列的电极阵列。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述封装件还包括模制化合物并且所述腔体是所述模制化合物内的空间，所述腔体具有底表面、第一侧、与所述第一侧相对的第二侧以及与所述底表面相对的开放顶部，并且所述衬底被定位在所述腔体的所述底表面处，并且所述对置电极覆盖所述腔体的所述开放顶部的至少一部分。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述对置电极被安装到第二衬底的管芯附接焊盘，所述第二衬底还包括导电引线。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述封装件还包括模制化合物，所述腔体包括所述模制化合物中的开口以及与所述腔体的底表面相对的所述腔体的顶部处的开口，所述腔体具有所述底表面、从所述底表面延伸并垂直于所述底表面的第一侧、从所述底表面延伸并与所述第一侧相对的第二侧、开放的第三侧以及与所述第三侧相对的开放的第四侧，所述对置电极被放在所述腔体的所述底表面处，所述衬底被安装到所述封装件以覆盖所述腔体的所述顶部处的所述开口并被定位为面向所述对置电极，使得所述至少一个电极延伸到所述腔体内，并且所述至少一个电极的所述端部与所述对置电极间隔开且面向所述对置电极。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述封装件还包括延伸穿过所述模制化合物以将所述衬底电耦合到所述对置电极的导电竖直通孔。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个电极和所述对置电极被配置为当在所述至少一个电极和所述对置电极之间施加足以引起电晕放电的电压时在所述至少一个电极和所述对置电极之间传导电离电流。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个电极包括直径在0.5密耳至2密耳范围内的键合线。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述至少一个电极的所述端部具有尖头形状。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述尖头形状使用线键合工具来形成。

16.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个电极由金属形成。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述至少一个电极由金、银、钯、铜、铝、钛、钨、铂及其合金中的一种形成。

18.根据权利要求16所述的装置，其中所述至少一个电极是铜键合线，所述铜键合线还包括镀层，所述镀层包括银、金、钯、镍或它们的组合或合金中的至少一种。

19.一种封装传感器器件，其包括：

20.根据权利要求19所述的封装传感器器件，其中所述衬底是集成电路并且所述adc、所述数据输入/输出电路和所述控制器在所述集成电路中。

21.根据权利要求20所述的封装传感器器件，还包括在所述集成电路中的温度传感器，所述温度传感器被配置为向所述adc输出对应于所述衬底的温度的电压。

22.一种方法，其包括：

23.根据权利要求22所述的方法，其中测量所述电压还包括：

24.一种方法，其包括：

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一衬底是集成电路。

26.根据权利要求24所述的方法，其中所述第二衬底是引线框架。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述封装件是有引线封装件。

28.根据权利要求26所述的方法，其中所述封装件是无引线封装件。

29.根据权利要求24所述的方法，其中所述至少一个电极的所述端部与所述对置电极的表面间隔开至少10微米的距离。

30.根据权利要求24所述的方法，其中所述对置电极是实心导电板和导电材料网状物中的一种。

31.根据权利要求24所述的方法，其中所述牺牲层是聚醚酰亚胺、多酚砜和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种。

32.根据权利要求31所述的方法，其中通过热解所述牺牲层来移除所述牺牲层。

技术总结
在所描述的示例中，一种装置(400)包括：至少一个电极(302)，其具有在衬底的第一表面上的基部并且远离基部延伸至端部；对置电极(425)，其与至少一个电极的端部间隔开并且具有面向端部的第一导电表面；以及具有腔体(322)的封装件(437)，该腔体(322)容纳至少一个电极、衬底和对置电极，该封装件具有配置为允许大气进入腔体的至少一个开口。

技术研发人员：E·顿切尔
受保护的技术使用者：德克萨斯仪器股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12