[发明专利]一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高空湿度传感器及其制备方法的领域。

背景技术

气候的改变与人们的生产生活紧密相关，直接影响人们从事生产劳动、交通运输、航空航天等活动。而大气中的湿度是主要的气候参数之一。随着科技的不断发展，人们对大气湿度探测的需求不断提高，要求对能够准确、快速地获得高空湿度数据，但是，高空环境气候多变，环境恶劣，同时由于高空环境下由于温度过低（最低可达到-75℃），使得现有的湿度传感器应用在高空环境中时，传感器表面出现结霜现象，严重影响湿度数据采集。

本发明的目的是介绍一种可控加热除霜电容式高空探测湿度传感器的制造方法，以解决高空环境下由于温度过低(最低-75℃)产生湿度传感器表面结霜现象，严重影响湿度数据采集的问题，满足快速准确获得高空温度、湿度数据的需求。

发明内容

本发明是要解决现有的湿度传感器由于高空环境下温度过低（最低可达到-75℃），使得传感器表面出现结霜现象，严重影响湿度数据采集的问题，而提供了一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器及其制备方法。

一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器，包括基底、第一绝缘层、第一温度传感器焊盘、第二温度传感器焊盘、第一加热器焊盘、第二加热器焊盘、温度传感器电极、加热器电极、第二绝缘层、下电极、感湿层、多孔上电极和凹槽；其中，基底的上表面铺设第一绝缘层；在第一绝缘层的上表面设置有温度传感器电极和加热器电极，并且在温度传感器电极的两端连接有第一温度传感器焊盘和第二温度传感器焊盘，在加热器电极的两端连接有第一加热器焊盘和第二加热器焊盘；所述的第二绝缘层铺设在第一温度传温度传感器电极和加热器电极上，并且露出第一温度传感器焊盘、第二温度传感器焊盘、第一加热器焊盘和第二加热器焊盘；所述的下电极由下电极第一部分、下电极第二部分、下电极第三部分、下电极第四部分、下电极第五部分、下电极第六部分、第一电容电极焊盘和第二电容电极焊盘组成；下电极第一部分、下电极第二部分、下电极第三部分、下电极第四部分、下电极第五部分和下电极第六部分互不相连，下电极第一部分完全覆盖第一温度传感器焊盘并与之相连接、下电极第二部分完全覆盖第二温度传感器焊盘并与之相连接，下电极第三部分铺设在第二绝缘层上并覆盖温度传感器电极的相应位置，下电极第四部分完全覆盖第一加热器焊盘上并与之相连接，下电极第五部分完全覆盖第二加热器焊盘并与之相连接，下电极第六部分覆盖加热器电极的相应位置，在下电极第三部分与第一电容电极焊盘连通，在下电极第六部分与第二电容电极焊盘连通；所述的感湿层铺设在下电极第三部分和下电极第六部分之间的空隙及下电极第三部分上，并露出第一电容电极焊盘和第二电容电极焊盘；所述的多孔上电极铺设在感湿层和下电极第六部分上；所述的基底的下表面设置有经镂空后形成的凹槽。

工作原理：当可控加热除霜电容式高空湿度传感器接触到空气中水时，由于空气中的水含量发生变化，水分子通过多孔上电极渗透到感湿薄膜中，感湿薄膜的介电常数发生变化，从而使得多孔上电极、感湿薄膜和下电极三者组成的平板夹心电容的电容值发生变化，经过电路处理便能得出相应的环境湿度。由于在高空环境下，温度过低（最低可达到-75℃），使得传感器表面出现结霜现象，通过加热器电极对湿度传感器进行加热，去除结霜现象，进而达到了可控加热除霜的目的。

一种可控加热除霜电容式高空湿度传感器的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、准备晶向为[100]的厚度为150μm~250μm的硅片作为基底，清洁基底的表面；

二、氧化硅片的表面，在硅片的表面得到一层致密的SiO₂层，即第一绝缘层；

三、采用光刻剥离方法在步骤二处理的基底的上表面上制备温度传感器电极和加热器电极，将温度传感器电极的两端分别与第一温度传感器焊盘和第二温度传感器焊盘进行连接；将加热器电极的两端分别与第一加热器焊盘和第二加热器焊盘进行连接；其中，所述的温度传感器电极的电阻为100Ω～200Ω，所述的加热器电极的电阻为30Ω～50Ω；

四、采用光刻和磁控射频溅射相结合的方法在步骤三处理的基底的上表面上制备第二绝缘层；其中，所述的第二绝缘层制备在第一温度传温度传感器电极和加热器电极上，并且露出第一温度传感器焊盘、第二温度传感器焊盘、第一加热器焊盘和第二加热器焊盘；