DE2350881B2 - METHOD OF MAKING A CAPACITIVE HUMIDITY SENSOR - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven Feuchtigkeitsfühlers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for producing a capacitive humidity sensor according to the preamble of claim 1.

Bei einem in der US-PS 34 53 143 beschriebenen bekannten Verfahren dieser Art wird auf ein Glassubstrat tin erster dünner Goldfilm als erste Elektrode aufgebracht und dann eine homogene S1O2-Schicht als Dielektrikum aufgetragen,die ihrerseits mit einen weiteren Goldfilm als zweite Elektrode beschichtet wird. Dabei *vird von der Erkenntnis ausgegangen, daß ein dünner Film aus schnellverdampfiem Quarz eines variable Impedanz bildet, die stark feuchtigkeitsabhängig ist Zum Aufdampfen der SiO2-Schicht wird eine elektrostatische fokussierte Elektronenkanone verwendet, die Sicherstellt, daß die Schicht homogen und die Aufdampfbedingungen reproduzierbar sind.In a known method of this type described in US Pat. No. 3,453,143, a glass substrate is applied tin first thin gold film applied as first electrode and then a homogeneous S1O2 layer as dielectric applied, which in turn is coated with another gold film as a second electrode. Included * is based on the knowledge that a thin Fast-evaporating quartz film of a variable impedance which is strongly dependent on moisture uses focused electron gun, which ensures that the layer is homogeneous and the evaporation conditions are reproducible.

Ein wesentlicher Nachteil dieses bekannten Verfahrens liegt darin, daß der Aufwand beim Aufdampfen des anorganischen S1O2 erheblich ist und hohe Fühlerlkosten bedingt. Darüber hinaus setzt das bekannte Verfahren aufdampfbare Substanzen als Dielektrikum voraus. A major disadvantage of this known method is that the effort involved in vapor deposition of the inorganic S1O2 is considerable and the sensor costs are high conditional. In addition, the known method requires vapor-depositable substances as a dielectric.

Ferner zeigt die US-PS 31 68 829 einen kapazitiven Feuchtigkeitsfühler, der aus einer Polymerhaut besteht, 'die beiderseits auf sie aufgebrachte Elektroden! trägt. Die Polymerhaut übt also zugleich eine Stützfunktion aus, so daß sie nicht sehr dünn gehalten werden kann. Hieraus folgt einerseits eine gringe mechanische Festigkeit des Fühlers und andererseits eine gewisse Trägheit, mit der die Kapazität des Fühlers Feuchtigkeitsänderungen folgtFurthermore, the US-PS 31 68 829 shows a capacitive moisture sensor, which consists of a polymer skin, 'the electrodes attached to both sides! wearing. The polymer skin also has a supporting function so that it cannot be kept very thin. On the one hand, this results in a low mechanical strength of the probe and, on the other hand, a certain inertia with which the capacity of the probe changes in humidity follows

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs Il angegebenen Gattung zu schaffen, das eine preiswerte Fühlerherstellung sowie eine genaue Steuerung der Dicke des hygrophilen Materials erlaubt.The invention is based on the object of providing a method as specified in the preamble of claim II Generate to create an inexpensive sensor production and precise control of the thickness of the hygrophilic material allowed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.This object is achieved according to the invention with those specified in the characterizing part of claim 1 Funds resolved.

Das erfindungsgemäß vorgesehene Eintauchen der mit der Elektrodenanordnung versehenen hygrophoben Stützunterlage in eine Lösung eines Polymeren stellt einen wenig aufwendigen Schritt dar, der zu einer außerordentlich homogenen Polymerschicht der gewünschten Dicke führt, wenn das Herausheben der Anordnung aus der Lösung und/oder die Lösungskonzentration gesteuert wird. Insbesondere kann die Polymerschicht trotz ihrer einfachen Herstellung außeroidentlieh dünn gehalten werden, was einen sehr empfindlichen und trägheitslosen Feuchtigkeitsfühler erzielen läßt, dessen Eigenschaften gut reproduzierbar sind so daß sich das erfindungsgemäße Verfahren sowohl für kleine als auch für große Fertigungsreihen gut eignet. Wenn die Polymerschicht beidseitig von Elektrodenmaterial umgeben sein soil, wird anschließend vorteilhaft eine Oberflächenschicht aus leitendem Material auf die Polymerschicht aufgebracht.The immersion of the hygrophobes provided with the electrode arrangement in accordance with the invention Support pad in a solution of a polymer is an inexpensive step that leads to a extraordinarily homogeneous polymer layer of the desired thickness results when lifting out the assembly from the solution and / or the solution concentration is controlled. In particular, the polymer layer Despite their simple production, they can be kept extremely thin, which is very sensitive and inertia-free moisture sensor can be achieved, the properties of which are easily reproducible that the inventive method is well suited for both small and large production series. If the polymer layer is to be surrounded on both sides by electrode material, this is then advantageous a surface layer of conductive material is applied to the polymer layer.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schcmaiischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described in greater detail below with the aid of hand Drawings of exemplary embodiments explained in more detail. Show it:

F i g. 1 einen mit einem Oberflächenkontakt versehenen Fühler in Draui'sicht,F i g. 1 a sensor provided with a surface contact viewed from below,

F i g. 2 den Schnitt längs der Linie Uli in F i g. 1, F i g. 3 den Schnitt längs der Linie 111-11! in F i g. 1,F i g. 2 shows the section along the line Uli in FIG. 1, F i g. 3 the section along the line 111-11! in Fig. 1,

F i g. 4 einen Fühler, hei dem sich die Kapazität lediglich zwischen den Bodenelektioden bildet, in Draufsicht, F i g. 4 a sensor, which is called the capacitance only forms between the bottom electrodes, in plan view,

F i g. 5 den Schnitt längs der Linie V-V und F i g. 6 den Schnitt längs der Linie VI-Vl in F i g. 4,F i g. 5 shows the section along the line V-V and FIG. 6 shows the section along the line VI-VI in FIG. 4,

F i g. 7 einen Fühler, bei dem die Fühlerkapazität aus der Reihenschaltung der Kapazitäten zwischen den BodeneleUtroden und einer leitenden Oberflächenelektrode entsteht undF i g. 7 a sensor in which the sensor capacitance is off the series connection of the capacities between the bottom electrodes and a conductive surface electrode is formed and

Fig.8 den Schnitt längs der Linie VIIl-VIIl in F i g. 7.8 shows the section along the line VIIl-VIIl in F i g. 7th

Die Basis der Fühlerkonstruktion bildet eine bezüglich der Wasserabsorption passive, d. h. also hygrophobe Stützunterlage 1, wie z. B. eine Glasplatte oder dergleichen. Auf die Stutzunterlage 1 werden in von der Dünnschichtelektronik her bekannter Weise, z. B. durch Überziehen mit Gold, Bodenelektroden 2 aufgebracht, an denen mittels Schweißverbindung oder Lötungen 6 Koniaktleitungen 5 befestigt werden. An diesen wird. die Kapazität C gemessen und auf irgendeine an sich bekannte Weise angezeigt. Des aktive d. h. hygrophile Material im Fühler ist eine dünne weniger als ΙΟμίη starke Polymerschicht 3.The basis of the sensor construction is a passive, ie hygrophobic, support pad 1, such as B. a glass plate or the like. On the support pad 1 in a manner known from thin-film electronics, z. B. applied by coating with gold, bottom electrodes 2, to which 6 Koniakt leads 5 are attached by means of a welded connection or soldering. At this will. the capacitance C is measured and displayed in some known manner. The active, ie hygrophilic, material in the sensor is a thin polymer layer 3 that is less than ΙΟμίη thick.

Die Fühlerkonstruktion nach den Fig. 1, 2 und 3 weist eine dünne, für Wasserdampf durchlässige leitende Oberflächenschicht 4 auf, die durch Vakuumverdampfung, Sprühen oder chemisch aufgebracht wird, und zwar so, daß die zu messende Fühlerkapazität zwischen der Oberflächenschicht 4 und der einen Bodenelektrode 2 im Bereich a entsteht. Die zweite Bodenelektrode 2 steht im Bereich b in galvanischer Berührung mit der Oberflächenschicht 4, wo die Polymerschicht 3 vor dem Aufbringen der Oberflächenschicht 4 entfernt worden ist (F i g. 3).The sensor construction according to FIGS. 1, 2 and 3 has a thin conductive surface layer 4 which is permeable to water vapor and which is applied by vacuum evaporation, spraying or chemically, in such a way that the sensor capacitance to be measured is between the surface layer 4 and the one bottom electrode 2 arises in area a. The second bottom electrode 2 is in galvanic contact with the surface layer 4 in the region b , where the polymer layer 3 has been removed before the surface layer 4 is applied (FIG. 3).

Gemäß F i g. 4,5 und 6 wird überhaupt keine wasserdurchlässige Oberflächenschicht 4 benötigt, sondern die zu messende Kapazität C wird zwischen den ineinandergreif-'nden Bodenelektroden 2a gebildet, die beide kein Wasser absorbieren.According to FIG. 4, 5 and 6 no water-permeable surface layer 4 is required at all, but the capacitance C to be measured is formed between the interlocking bottom electrodes 2a, neither of which absorb any water.

Gemäß F i g. 7 und 8 steht die Oberflächenschicht 4 mit keiner der beiden Bodenelektroden 2 in galvanischer Berührung. Bei dieser Konstruktion entsteht die zu messende Kapazität Cdurch Reihenschaltung der in den Bereichen d und e zwischen den Bodenelektroden 2 und der leitenden Oberflächenschicht gebildeten Kapazitäten. According to FIG. 7 and 8, the surface layer 4 is not in galvanic contact with either of the two bottom electrodes 2. With this construction, the capacitance C to be measured is produced by connecting in series the capacitances formed in the areas d and e between the bottom electrodes 2 and the conductive surface layer.

Zum Anschließen der ,Kontaktleitung 5 an die Bodenelektroden 2 muß d'.e Polymerschicht 3 nicht not-For connecting the contact line 5 to the bottom electrodes 2 must d'e polymer layer 3 not necessary

wendigerweise entfernt werden, denn die Polymerschicht 3 schmilzt unter Einwirkung der beim Schweißen bzw. Löten zugeführten Wärme.maneuverable to be removed, because the polymer layer 3 melts under the action of the heat supplied during welding or soldering.

Sämtliche vorstehend beschriebenen Fühlerkonstruktionen können auch so ausgeführt werden, daß die Bodenelektroden 2 mit einer dünnen Isolierschicht (nicht gezeigt) bedeckt sind, wobt! die als Fühler arbeitende Kapazität mit der von dieser Isolation gebildeten Kapazität in Reihe liegt. Hierbei kann man die aktive Polymerschicht 3 auch derart dünn gestalten, daß sie nicht mehr elektrisch zusammenhängend ist. Durch solche Veningerung der Stärke der Polymerschicht IaQi sich die Ansprechgeschwindiigkeit des Fühlers nochweiter erhöhen.All of the sensor designs described above can also be designed so that the bottom electrodes 2 with a thin insulating layer (not shown) are covered, wobt! the capacitance working as a sensor with that formed by this insulation Capacity is in series. Here you can make the active polymer layer 3 so thin that they is no longer electrically connected. By reducing the strength of the polymer layer IaQi in this way the response speed of the sensor increases even further raise.

Die obenstehend beschriebenen Fühler werden wie folgt hergestellt. Auf ein Glassubstrat mit verhältnismäßig großen Ausmaßen wird eine Mehrzahl von Bodenelektrodenanordnungen aufmetallisiert. Anschließend wird die Glasplatte in eine Lösung des Polymeren mit geeignetem Gehalt getaucht. Durch Variieren der Geschwindigkeit, mit der die Glasplatte aus der Lösung gehoben wird. und/Oder durch Steuern der Lösungskonzentration erzielt man auf der Stützunterlage eine Polymerschicht der gewünschten Stärke. Fernerhin erreicht man eine gute Adhäsion zwischen der Polymerschicht und der Stützunterlage. Nach erfolgtem Abdunsten des Lösungsmittels werden auf der Polymerschicht in oben beschriebener Weise die für Wasserdampf durchlässigen und elektrisch leitenden Oberflächenschichten aufgebracht. Die Glasplatte wird alsdann in geeignete Stücke zerschnitten, von denen jedes eine fertige Fühlerkonstruktion enthält. Weiterhin wird das Anschließen der Kontaktleitungen in einer geeigneten Phase ausgeführt.The sensors described above are manufactured as follows. On a glass substrate with relatively A plurality of bottom electrode assemblies are metallized on to a large extent. Afterward the glass plate is immersed in a solution of the polymer with a suitable content. By varying the speed, with which the glass plate is lifted out of the solution. and / or by controlling the solution concentration a polymer layer of the desired thickness is achieved on the support pad. Furthermore achieved good adhesion between the polymer layer and the support pad. After evaporation of the solvent are applied to the polymer layer in the manner described above for water vapor permeable and electrically conductive surface layers applied. The glass plate is then in cut up suitable pieces, each of which contains a finished probe construction. Furthermore, the Connection of the contact lines carried out in a suitable phase.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: !. Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven Feuchtigkeitsfühlers, bei dem auf eine hygrophobe Stützunterlage zunächst eine Elektrodenanordnung •nd anschließend eine Schicht aus hygrophilem Material aufgebracht wird, dadurch gekenn· C e i c h η e t, daß die Schicht aus hygrophilern Material durch Eintauchen der mit der Elektrodenanordnung versehenen Stützunterlage in eine Lösung eines Polymeren erzeugt wird und die Dicke der entstehenden Polymerschicht durch Steuern der Geschwindigkeit, mit der die Stützunterlage aus der Lösung entfernt wird, und/oder durch Steuern der Lösungskonzentration festgelegt wird.! Method for producing a capacitive humidity sensor, in which a hygrophobic Support pad first an electrode arrangement • and then a layer of hygrophilous material is applied, characterized in that the layer of hygrophilern material by immersing the support pad provided with the electrode arrangement in a solution of a polymer is generated and the thickness of the resulting polymer layer by controlling the The speed at which the support pad is removed from the solution and / or by controlling the Solution concentration is determined. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Polymerschicht eine Oberflächenschicht aus leitendem Material aufgebracht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a surface layer on the polymer layer made of conductive material is applied.