一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的lc無源無線微型濕度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的LC無源無線微型濕度傳感器，該LC無源無線微型濕度傳感器第一層為柔性基板，第二層為LC金屬層，第三層為濕敏介質(zhì)層，第四層為石蠟保護層，柔性基板采用柔性PCB材料及PI材料制成，LC金屬層設(shè)置在柔性基板的上部，采用銅金屬材料制成，濕敏介質(zhì)層設(shè)置在LC金屬層的上部，石蠟保護層設(shè)置在濕敏介質(zhì)層的上部，用于進行絕緣隔離；本發(fā)明可通過調(diào)整柔性基板、LC金屬層和濕敏介質(zhì)層的厚度、叉指電容組數(shù)、叉指電容電極寬度、長度和間距、電感的圈數(shù)、電感的結(jié)構(gòu)尺寸，使?jié)穸葌鞲衅鞯闹C振頻率、測量范圍、靈敏度及精度可控，從而滿足不同測量環(huán)境對濕度傳感器的功能要求。
【專利說明】一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的LC無源無線微型濕度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的LC無源無線微型濕度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，為二十一世紀(jì)全球工業(yè)化、城市化進程提供了革命性的信息技術(shù)和智能技術(shù)。作為物聯(lián)網(wǎng)“金字塔”的塔座，物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點一傳感器，將是整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中需求總量最大和最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平和發(fā)展速度將直接影響物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度。
[0003]傳感器終端是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用載體，傳感器單元除了要滿足物品編碼、物理量采集與存儲、無線通信等基本功能要求外，還要考慮無源化、無功耗或低功耗、體積小型化和微型化等。因而新型低成本、高可靠性、寬用途的傳感器實現(xiàn)技術(shù)不僅是技術(shù)的制高點，同時也有著不可估量的市場化廣闊前景。
[0004]無源無線傳感器由電感和插值電容組成，可廣泛用于傳感量的測量如濕度、氣體濃度等，所有待測量基于對LC振蕩電路的電容影響，改變傳感器諧振頻率，來提取相關(guān)物理量。目前的LC無源傳感器包括三層，底部導(dǎo)體層置于基板之上構(gòu)成叉指電容與電感，中間絕緣層用以隔離兩個導(dǎo)體層，頂部導(dǎo)體層用于連接電容和電感的另一端，目前這種傳統(tǒng)的傳感器結(jié)構(gòu)和工藝復(fù)雜，成本增加，剛性基板材料也限制了傳感器的擴展應(yīng)用，而且測量范圍、靈敏度和精度有待于進一步提聞。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的LC無源無線微型濕度傳感器，旨在解決現(xiàn)有的LC無源傳感器的結(jié)構(gòu)及制備工藝復(fù)雜，制造成本較高，同時剛性基板材料的使用限制了此類傳感器的擴展應(yīng)用，測量范圍、靈敏度和精度較差的問題。
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的LC無源無線微型濕度傳感器，該LC無源無線微型濕度傳感器包括:
[0007]柔性基板，采用柔性PCB材料及PI材料制成；
[0008]LC金屬層，設(shè)置在所述柔性基板的上部，采用銅金屬材料制成；
[0009]濕敏介質(zhì)層，設(shè)置在所述LC金屬層的上部；
[0010]石蠟保護層，設(shè)置在所述濕敏介質(zhì)層的上部，用于進行絕緣隔離。
[0011]進一步，柔性基板的長度、寬度和厚度分別為46.5X31.5X0.35_。
[0012]進一步，所述LC金屬層的長度為38.2mm，寬度為23mm。
[0013]進一步，所述LC金屬層中銅金屬的厚度為0.02mm，叉指電容C為18組，叉指長為20.9mm,叉指寬度為0.5mm,叉指間距為0.1mm,叉指電容組的長度為23mm,寬度為13.2mm ；
[0014]螺旋電感線圈內(nèi)邊長為7.6mm,外邊長為23mm,線圈寬度為0.5mm,線圈間距為0.1mm,叉指電容組和螺旋電感線圈的間距為2mm ；[0015]所述濕敏介質(zhì)層為濕敏PI材料制成的薄膜，并均勻涂敷在所述LC金屬層中叉指電容組的銅金屬層間，所述濕敏介質(zhì)層的厚度為0.0Olmm ；
[0016]所述石蠟保護層完全覆蓋在所述LC金屬層上的螺旋電感線圈部分，厚度為0.1mnin
[0017]進一步，所述濕敏介質(zhì)層的介電常數(shù)為3.6。
[0018]本發(fā)明提供的應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的LC無源無線微型濕度傳感器，該LC無源無線微型濕度傳感器第一層為柔性基板，第二層為LC金屬層，第三層為濕敏介質(zhì)層，第四層為石蠟保護層，柔性基板采用柔性PCB材料及PI材料制成，LC金屬層設(shè)置在柔性基板的上部，采用銅金屬材料制成，濕敏介質(zhì)層設(shè)置在LC金屬層的上部，石蠟保護層設(shè)置在濕敏介質(zhì)層的上部，用于進行絕緣隔離；柔性基板的采用簡化了濕度傳感器的制備工藝流程，降低了生產(chǎn)成本，并拓寬了濕度傳感器的應(yīng)用環(huán)境，同時本發(fā)明可通過調(diào)整柔性基板、LC金屬層和濕敏介質(zhì)層的厚度、叉指電容組數(shù)、叉指電容電極寬度、長度和間距、電感的圈數(shù)、電感的結(jié)構(gòu)尺寸，使得濕度傳感器的諧振頻率、測量范圍、靈敏度、精度可控，從而滿足不同測量環(huán)境對濕度傳感器的功能要求，結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，具有較強的推廣與應(yīng)用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的LC無源無線微型濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的LC無源無線微型濕度傳感器的電路1吳型圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實施例提供的檢測電路模型圖。
[0022]圖中:11、柔性基板；12、LC金屬層；121、叉指電容組；122、螺旋電感線圈；13、濕
敏介質(zhì)層；14、石蠟保護層。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步的詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定發(fā)明。
[0024]圖1示出了本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的LC無源無線微型濕度傳感器的結(jié)構(gòu)。為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。
[0025]該LC無源無線微型濕度傳感器包括:
[0026]柔性基板11，采用柔性PCB材料及PI材料制成；
[0027]LC金屬層12，設(shè)置在柔性基板11的上部，采用銅金屬材料制成；
[0028]濕敏介質(zhì)層13，設(shè)置在LC金屬層12的上部；
[0029]石蠟保護層14，設(shè)置在濕敏介質(zhì)層13的上部，用于進行絕緣隔離。
[0030]在本發(fā)明實施例中，柔性基板11的長度、寬度和厚度分別為46.5X31.5X0.35mm。
[0031]在本發(fā)明實施例中，LC金屬層12的長度為38.2mm，寬度為23mm。
[0032]在本發(fā)明實施例中，LC金屬層12中銅金屬的厚度為0.02mm，叉指電容C為18組，叉指長為20.9mm，叉指寬度為0.5mm，叉指間距為0.1mm，叉指電容組121的長度為23mm，寬度為 13.2mm ；
[0033]螺旋電感線圈122內(nèi)邊長為7.6mm，外邊長為23mm，線圈寬度為0.5mm，線圈間距為
0.1mm，叉指電容組121和螺旋電感線圈122的間距為2mm ；
[0034]濕敏介質(zhì)層13為濕敏PI材料制成的薄膜，并均勻涂敷在LC金屬層12中叉指電容組121的銅金屬層間,濕敏介質(zhì)層13的厚度為0.0Olmm ；
[0035]石蠟保護層14完全覆蓋在LC金屬層12上的螺旋電感線圈122部分，厚度為
0.1mnin
[0036]在本發(fā)明實施例中，濕敏介質(zhì)層13的介電常數(shù)為3.6。
[0037]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進一步描述。
[0038]本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、無功耗、測量范圍大、高精度、高靈敏度基于柔性基板11的單層LC無源無線微型濕度傳感器，以滿足物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點對濕度傳感器的功能要求。
[0039]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0040]一種用于物聯(lián)網(wǎng)終端的無源無線LC微型濕度傳感器，如圖1和圖2所示，其特征在于，包括:
[0041]第一層為柔性基板11:選用具有耐高溫，重量輕，出色的機械性能，耐久性，杰出的抗輻射性，卓越的耐化學(xué)腐蝕性，優(yōu)異的阻隔和電氣特性，高純度，抗?jié)B透，低成本，易加工等特點的材料；
[0042]第二層為LC金屬層12:選用導(dǎo)電性好，電阻低，抗水汽侵蝕的金屬材料；
[0043]第三層為濕敏介質(zhì)層13:選用感濕特性好，性能穩(wěn)定，并與CMOS工藝相兼容的濕敏材料；
[0044]第四層為石蠟保護層14:用來保護電感線圈在工作過程發(fā)生短路，導(dǎo)致器件失效；
[0045]該基于柔性基板IILC無源無線單層微型濕度傳感器，柔性基板11選擇的材料為:APTIV薄膜1000系列，厚度為200微米，長度為45毫米，寬度為30毫米，介電常數(shù)為3.6 ；LC金屬層12材料選用銅，叉指電容C為18組。
[0046]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著優(yōu)點:
[0047](I)本發(fā)明由于采用柔性基板11，可簡化工藝流程，降低成本，并大大拓寬了濕度傳感器的應(yīng)用環(huán)境；
[0048](2)本發(fā)明由于采用了單層金屬層來實現(xiàn)濕度傳感功能的，可有效增加LC電路的電容值，從而降低傳感器的諧振頻率，同時有效減少制造和測試流程，并降低了生產(chǎn)和應(yīng)用成本；
[0049]( 3)本發(fā)明由于采用LC無源無線的方式進行濕度檢測的，可以應(yīng)用在特殊惡劣環(huán)境中進行遠(yuǎn)程監(jiān)測，同時也可以應(yīng)用到包裝內(nèi)物品的無損濕度檢測；
[0050](4)本發(fā)明采用與CMOS工藝相兼容的制備方法，可以在一個芯片上同時制備其他物理量檢測的傳感器件，組成多物理量傳感器系統(tǒng)，滿足物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點對物理量檢測的功能要求。
[0051](5)本發(fā)明可通過調(diào)整柔性基板11、LC金屬層12和濕敏介質(zhì)層13的厚度、叉指電容組121數(shù)、叉指電容電極寬度、長度和間距、電感的圈數(shù)、電感的結(jié)構(gòu)尺寸這些關(guān)鍵因素，使得濕度傳感器的諧振頻率、測量范圍、靈敏度、精度可控，從而滿足不同測量環(huán)境對濕度傳感器的功能要求。
[0052]參照圖1，本發(fā)明器件包括四層，第一層為柔性基板11，第二層為LC金屬層12，第三層為濕敏介質(zhì)層13，第四層為石蠟保護層14。
[0053]第一層為柔性基板11，選用柔性PCB材料及PI材料，長度、寬度和厚度分別為46.5X31.5X0.35mm ;
[0054]第二層為LC金屬層12，采用銅金屬材料，銅的厚度為0.02mm，叉指電容C為18組，叉指長為20.9mm，叉指寬度為0.5mm，叉指間距為0.1mm，叉指電容組121的長度為23mm，寬度為13.2mm ;螺旋電感線圈122內(nèi)邊長為7.6mm，外邊長為23mm，線圈寬度為0.5mm，線圈間距為0.1mm ;叉指電容組121和螺旋電感線圈122的間距為2mm，整個LC金屬層12的長度為38.2mm,寬度為23mm ；
[0055]第三層為濕敏介質(zhì)層13，采用濕敏PI材料構(gòu)成的薄膜，均勻涂敷在叉指電容組121金屬層間，厚度為0.001mm；
[0056]第四層為石蠟保護層14，完全覆蓋上螺旋電感線圈122部分，厚度為0.1_。
[0057]本發(fā)明的效果可以通過以下仿真進一步說明:
[0058]圖2示出了本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的LC無源無線微型濕度傳感器的電路模型，電容C與電阻R并聯(lián)后與電感L串聯(lián)連接。
[0059]采用電磁場仿真軟件Ansoft-HFSS和MATLAB對優(yōu)選實施例進行仿真分析，得到本發(fā)明器件的電磁耦合場仿真圖。
[0060]本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的LC無源無線微型濕度傳感器，該LC無源無線微型濕度傳感器第一層為柔性基板11，第二層為LC金屬層12，第三層為濕敏介質(zhì)層13，第四層為石蠟保護層14，柔性基板11采用柔性PCB材料及PI材料制成，LC金屬層12設(shè)置在柔性基板11的上部，采用銅金屬材料制成，濕敏介質(zhì)層13設(shè)置在LC金屬層12的上部，石蠟保護層14設(shè)置在濕敏介質(zhì)層13的上部，用于進行絕緣隔離；柔性基板11的采用簡化了濕度傳感器的制備工藝流程，降低了生產(chǎn)成本，并拓寬了濕度傳感器的應(yīng)用環(huán)境，同時本發(fā)明可通過調(diào)整柔性基板11、LC金屬層12和濕敏介質(zhì)層13的厚度、叉指電容組121數(shù)、叉指電容電極寬度、長度和間距、電感的圈數(shù)、電感的結(jié)構(gòu)尺寸，使得濕度傳感器的諧振頻率、測量范圍、靈敏度、精度可控，從而滿足不同測量環(huán)境對濕度傳感器的功能要求，結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，具有較強的推廣與應(yīng)用價值。
[0061 ] 以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的LC無源無線微型濕度傳感器， 其特征在于，該LC無源無線微型濕度傳感器包括: 柔性基板，采用柔性PCB材料及PI材料制成； LC金屬層，設(shè)置在所述柔性基板的上部，采用銅金屬材料制成； 濕敏介質(zhì)層，設(shè)置在所述LC金屬層的上部； 石蠟保護層，設(shè)置在所述濕敏介質(zhì)層的上部，用于進行絕緣隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的LC無源無線微型濕度傳感器，其特征在于，柔性基板的長度、寬度和厚度分別為46.5X31.5X0.35mm。
3.如權(quán)利要求1所述的LC無源無線微型濕度傳感器，其特征在于，所述LC金屬層的長度為38.2mm,寬度為23_。
4.如權(quán)利要求1所述的LC無源無線微型濕度傳感器，其特征在于，所述LC金屬層中銅金屬的厚度為0.02mm，叉指電容C為18組，叉指長為20.9mm，叉指寬度為0.5mm，叉指間距為0.1mm,叉指電容組的長度為23mm,寬度為13.2mm ； 螺旋電感線圈內(nèi)邊長為7.6mm,夕卜邊長為23mm,線圈寬度為0.5mm,線圈間距為0.1mm,叉指電容組和螺旋電感線圈的間距為2mm ； 所述濕敏介質(zhì)層為濕敏PI材料制成的薄膜，并均勻涂敷在所述LC金屬層中叉指電容組的銅金屬層間，所述濕敏介質(zhì)層的厚度為0.0Olmm ； 所述石蠟保護層完全覆蓋在所述LC金屬層上的螺旋電感線圈部分，厚度為0.1_。
5.如權(quán)利要求1所述的LC無源無線微型濕度傳感器，其特征在于，所述濕敏介質(zhì)層的介電常數(shù)為3.6。
【文檔編號】G01N27/00GK103543175SQ201310299010
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】婁利飛, 楊銀堂, 董剛, 李小菲 申請人:西安電子科技大學(xué)