[发明专利]集成湿度传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个测量电容器和一个作为电介质的潮湿敏感(feuchteempfindlich)的聚合物的集成湿度传感器，所述电介质与测量环境存在接触。

此外，本发明涉及一种用于制造这种湿度传感器的特别有利的变型方案的方法。

背景技术

在此所述类型的湿度传感器例如用在空调设备的范畴内，其除室内温度以外也监视和调节空气湿度。所述调节不仅用于气候舒适性的提高。例如，出于安全性原因在机动车内部空间中也调节相对空气湿度，即用于防止或者尽可能快地减少车窗的结雾(Beschlagen)并且因此使驾驶员获得最优的视线情况。

实践中已知一种集成湿度传感器，在所述湿度传感器中电容式地进行测量值检测。在此以交指电容器(Interdigitalkondensator)的形式实现测量电容器，其梳状交错的电极设置在衬底的表面上。位于衬底表面上的电极上方的潮湿敏感的聚合物层充当测量电容器的电介质，从而测量电容器的电极嵌入潮湿敏感的聚合物中。具有聚合物层的衬底表面暴露给测量环境。因为聚合物的介电特性取决于湿度，所以测量环境的湿度对测量电容器的电容产生影响，从而允许测量电容器的电容变化推断出测量环境的湿度。

然而，借助已知的湿度传感器的测量值检测是相对容易出错的。因为聚合物层与测量环境直接接触，所以在许多应用中不能防止来自测量环境的微粒、污物或者液滴在聚合物层上沉积。根据电极的形式和布置及其在聚合物层中的嵌入，测量电容器的电场也受聚合物层上的这种物质影响，不管在此涉及导电物质还是介电物质。这必然导致测量信号的出错。

发明内容

借助本发明提出一种开始所述类型的湿度传感器，所述湿度传感器也适合在肮脏的、即有微粒的测量环境中使用。

为此，在传感器元件的层结构中以平板电容器的形式实现根据本发明的湿度传感器的测量电容器，其中两个电极中的外部电极位于层结构的表面中。潮湿敏感的聚合物层位于平板电容器的两个电极之间。根据本发明，在测量电容器的外部电极中构造有潮湿可穿透的路径，所述潮湿可穿透的路径从传感器元件的表面延伸至聚合物层，其中所述潮湿可穿透的路径的横向延展如此小，使得其不显著损害外部电极内的导电性。因此，测量电容器的潮湿敏感的聚合物层通过外部电极中的潮湿可穿透的路径与测量环境接触。

在传感器元件的根据本发明的结构中，平板电容器的外部电极不仅充当测量电容器的组成部分而且充当潮湿敏感的电介质对较大的微粒、污物和液滴的机械屏蔽。即根据本发明识别到，外部电极上的这种物质不对测量电容器的电容产生影响。但是，因为测量电容器的外部电极根据本发明对于测量环境的潮湿是可穿透的并且测量电容器的两个电极之间的聚合物层的介电特性取决于潮湿，所以根据本发明的湿度传感器的测量信号本质上取决于测量环境的潮湿。测量环境的可能的污染无论如何不具有对测量信号的影响。

基本上存在测量电容器的外部电极中的用于实现潮湿可穿透的路径的可能性，只要其横向延展足够小。根据材料和制造工艺，能够以外部电极的多孔的形式、以随机分布的裂缝的形式或者也以限定的结构化的形式实现所述潮湿可穿透的路径。

外部电极优选构造在薄的金属层中，因为在这样的金属层中产生适合的多孔或者也产生限定的结构化的工艺可供使用。因此，可以例如光刻地结构化薄的金属层。所述方法尤其适合在电极区域中产生限定的栅格结构。

所述栅格结构应尽可能地在聚合物层的整个面上延伸，从而潮湿能够根据测量环境的含湿量通过栅格开口均匀地且全面地浸入到聚合物层中或者释出。此外，栅格板的宽度应小于或等于聚合物层的厚度，以便实现尽可能小的扩散长度。这种布局有助于测量电容器的响应时间的缩短。

根据所要求保护的制造方法，在根据本发明的湿度传感器的以金属层构造的外部电极中以裂缝的形式实现潮湿可穿透的路径。为此，仅须在聚合物层上施加金属层之后实施退火步骤。在此，聚合物层比位于其上方的金属层强烈得多地延展，从而所述金属层裂开。在此，裂缝虽然是随机产生的，但均匀地分布在电极面上。在冷却之后，金属层中的裂缝重新闭合，但其中潮湿可穿透的路径保留在金属层中。因此，在适合的退火温度时产生连续的金属层作为电极，其是能够导电的并且因此是潮湿可穿透的。因此，根据本发明的方法仅仅使用能够简单地整合在芯片制造的总过程中的标准过程。