湿敏元器件管控规范 1目的 明确所有湿度敏感元件〈MSD〉的管控 2适用范围 适用于深圳合信达控制系统有限公司 3参考文件 无 4定义 湿敏元件（MSD）：指供应商来料时，使用防潮包装，且包装袋上有如下图1标记 或有特别注明为湿敏元器件。 元件的湿度敏感等级(MSL)：IPC将其分为1、2、2a、3、4、5、5a、6共8个等 级，其湿度敏感级别逐级递增. 防潮包装袋(MBB)：一种为了阻止水蒸气进入而设计用来包装湿敏元件的袋子。 干燥剂（Desiccant）：一种能够维持较低的相对湿度的吸附性材料。 湿度指示卡（HIC）：一张印有对湿度敏感的化学材料的卡片，当环境湿度发生变化 时，印在卡片上的化学材料的颜色也相应的改变〔一般由蓝色 （干燥时）变为粉红色（潮湿时）〕，用于对湿度监控。 暴露时间(Floor Life): 元件从拆除真空包装到焊接之前的时间，元件须暴露在不超 过30°C和60% RH的环境中。 保存限期(Shelf Life): 湿敏元件在真空且未开封的防潮包装袋的环境中可维持的有效时间。 5职责
5.1研发部负责制定或项目部负责接收和跟催相关单位（供应商、研发部）提供湿敏元 件清单. 5.2IQC验收供应商来料和对仓库储存的湿敏元件进行检验,确保状态良好。 5.3IPQC对生产线的湿敏元件的使用、贮存、烘烤进行实时稽查。 5.4仓库负责湿敏元件的接收,贮存和发放的控制。 5.5生产线人员在生产过程中对湿敏元件实施管控。 5.6工程部负责对湿敏元件清单的审核和转化为内部格式发行，负责对湿敏元件的管控 提供技术支持。 6内容 6.1湿敏元件识别： 6.1.1检查元件外包装的标签, 如果在外包装标签上有如图1的雨滴状标识，可认 定为湿敏元件。 图1 6.1.2湿度指示卡的识别与说明 6.1.2.1第一种湿度指示卡上有一“三角形箭头”（如下图2）,其对应所指向的 圆圈里化学物质若改变为粉红色则表示元件已受潮，需要烘烤。
DHR01-3035型 高分子高分子湿敏电阻湿敏电阻湿敏电阻规格规格规格说明说明说明书书 一、原理 阻抗型高分子湿度传感器（湿敏电阻）, 采用功能高分子膜涂敷在带有导电电极陶瓷衬底上，形成阻抗随相对湿度变化成对数变化的敏感部件，导电机理为水分子的存在影响高分子膜内部导电离子的迁移率。 二、应用 适合电气电力设备、仪器仪表、除湿加湿设备、电子温湿表、制冷、干燥、气象等需湿度测量的场所。 三、特性 高精度，高可靠，高耐水性，高、低湿适应性； 稳定，低漂移，反应快速。 四、电气规格 工作电压 1V AC（50Hz ～ 2 K Hz） 检测范围 20%～ 95% RH 检测精度 ±5% 储存温度 -20℃～﹢60℃ 95%RH 以下（无结露） 工作温度范围 -20℃～﹢80℃ 95%RH 以下（无结露） 特征阻抗 30 KΩ (60%RH, 25℃) 响应时间 ≤12 s (20%～ 90%) 湿度飘移（/年） ≤±2% RH 湿滞 ≤ 1.5% RH 五、外型尺寸及内部结构示意图如下：
六、型号命名 D HR HR 010101 —— XXXX XXXX 公司代号公司代号 湿敏电阻湿敏电阻湿敏电阻 编号编号编号 阻值阻值阻值((30-35KΩ) ) 备注： 1、标称阻值是指在温度为25℃，相对湿度为60%RH 下所测量阻抗值 2、本规格书所有参数均由LCR 数字电桥在（1K Hz，1V）下所测阻抗 3、基本参数:温度为25℃下,特征阻抗值 (单位：KΩ) 型号 湿度rh 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% DHR01-3035 阻值KΩ 352.8 166.6 60.6 29.9 15.4 9.13 4.6 4、各温度下，不同湿度/阻抗数据表 见表1 5、各温度下，不同湿度/阻抗3D 图 见图3 七、可靠性测试： 1、热测试：放置在50℃，30%RH 环境1000小时后，在通常环境下1小时后，阻抗变化不超过初始值对应湿度的±5%RH； 2、冷测试：放置在-10℃环境1000小时后，在通常环境下1小时后，阻抗变化不超过初始值对应湿度的±5%RH。 八、应用电路建议 1、如使用模拟电路，建议将湿度信号变为电压信号输出，请向厂家索取； 2、可采用555时基或RC 振荡电路，将湿度传感器等效为阻抗值，测量振荡频率输出，振荡频率在1K Hz 左右，（在60%RH，25℃）（建议串联电容采用温度系数低，精度在±5% J 级有机聚合物电容，例如涤纶或聚丙烯类电容）； 3、对于采用单片机电路采集信号，可参考厂家提供的《湿度传感器单片机应用指南》 。 九、引用标准 GB/T15768-95 电容式湿敏元件及湿度传感器总规范； SJ/T10431-93 湿敏元件用湿度发生器和湿度测试方法； SJ20760-99 高分子湿度传感器总规范。 十、注意事项 1.不要对元件使用直流电源，检测时请使用电桥阻抗（LCR）测试设备； 2.避免硬物或手指直接接触元件表面，以免划伤或污染感湿膜； 3.焊接时温度不能过高（<180℃，2S 膜表面），使用低温烙铁或用镊子保护； 4.尽量避免在以下环境中直接使用： 盐雾，腐蚀性气体：强酸（硫酸，盐酸），强碱，有机溶剂（酒精，丙酮）等； 5.推荐储存条件：温度：10℃～40℃ 湿度：20%RH --60%RH 。
电子器件 Chinese Journal of Electron Devices 第39卷第3期2016年6月 Vol 39 No.3 June 2016 Research on High Polymer Capacitive Humidity Sensor TANG Chen ，WAN Heng *，WANG Kaikai （School of Electrical and Electronic Engineering ，Shanghai Institute of Technology ，Shanghai 201418，China ） Abstract ：With the rapid development of industry ，the temperature sensing and controling are increasingly strin?gent.Temperature sensors are hard to keep up with people ’s needs.This article through the micropore surface struc?ture optimization design of the humidity sensor and the humidity sensitive material improves the humidity sensing properties.The measurement of humidity sensor circuit optimization is improved ，and finally verified by experi?ments measuring the effect of humidity sensor improved superior.Key words ：high polymer ；humidity sensitive capacitor ；moisture measurement ；humidity sensor EEACC ：7230；7320R doi ：10.3969/j.issn.1005-9490.2016.03.014 高分子电容型湿度传感器研制 汤 辰，万 衡*，王凯凯 （上海应用技术学院电气与电子工程学院，上海201418） 摘 要：随着工业的快速发展，对温度检测和控制日益严格，温度传感器已无法跟上人们的需求，通过优化湿度传感器的表 面结构和对感湿材料微孔设计提高了感湿特性，增强感湿材料的感湿特性，并对湿度传感器测量电路进行改进，提高微小电容测量，设计湿度测试系统。通过实验验证了改进后的湿度传感器测量效果更优越。 关键词：高分子；湿敏电容；湿度测量；湿度传感器中图分类号：TP253 文献标识码：A 文章编号：1005-9490（2016）03-0571-05 随着我国的经济快速发展，许多行业诸如电力、电子石化、冶金、医疗、航空航天等对湿度测量的精度要求越来越严格，湿度测量逐渐成为一门重要的研究领域。湿度传感器从简单化向集成化、多参数化、智能化方向迅速发展［1］。高分子湿敏电容作为第三代的湿度传感器迅速发展起来，但目前电容型湿度传感器在实际应用中常存在线性差、湿滞大、精度低、成品率低、性能不稳定等缺点，特别在低湿范围（0.2%RH~10%RH ）内电容量几乎上没有变化，易出现失灵现象。鉴于此，本文重点从湿敏电容结构设计和对湿度测量电路改进两个方面提高湿度传感器测量特性。 1 湿敏电容结构设计 1.1 微孔设计 根据Fick 扩散第二法则和Darcy 流动法则，水 分子在微孔中的扩散过程可用式（1）表示： M t /M sat =1-8π2∑m =0∞ 1(2m +1) 2exp é?ù?-π2D (2m +1)2t l （1） 式中：M t 为t 时的吸收量；M sat 为完全浸润时的吸收量；l 为厚度；m 为微孔的数量；D 为扩散系数，其 中D 与微孔的直径和体积的分布相关。 从上述公式可以看出水分子在感湿材料扩散，和感湿材料微孔的数量和大小有直接关系。同时再根据聚酰亚胺的感湿机理，发现当环境湿度改变以后，有效介电常数的变化由式（2）给出： Δεr ≈KPR H εH 2 o （2） 式中：K 为比例系数，R H 为相对湿度，P 为感湿膜的 气孔率。又因电容的变化与εr 有关，也就与相对湿度有关，可以给出当相对湿度改变时，电容发生的相对变化为： ΔC p =ε0Δεr A d =KPR H εH 2 O ε0A d （3） 感湿材料的微孔设计对湿度测量结果有直接 ————————————收稿日期：2015-07-15 修改日期：2015-08-14
1.根据信息材料的功能，可把信息材料主要分为信息收集材料,信息存储材料,信息处理材料,信息传递材料,信息显示材料2还有一类重要的信息材料是半导体激光器材料。 光信息的存储、处理、传递和显示并不是基于半导体激光材料在外场作用下发生某种物理或化学变化来实现，但这些功能都必须有半导体激光器产生的激光参与才得以实现。 3.半导体激光器是信息功能器件的核心器件和通用器件，半导体激光材料也是信息材料中重要的部分。 4.信息收集材料是指用于信息传感和探测的一类对外界信息敏感的材料。 在外界信息如力、热、光、磁、电、化学或生物信息的影响下，这类材料的物理或化学性质(主要是电学性质)会发生相应变化，通过测量这些变化可方便精确地探测、接收和了解外界信息变化。 5.信息传感材料主要包括力敏传感材料、热敏传感材料、光敏传感材料、磁敏传感材料、气敏材料、湿敏材料、压敏材料、生物传感材料等。 6.力敏传感材料是指在外力作用下电学性质会发生明显变化的材料，主要分为金属应变电阻材料和半导体压阻材料两大类。金属应变电阻材料主要有康铜系合金、锰铜合金、镍铁铝铁合金、镍铬合金、铁铬铝合金等。半导体压阻材料主要是单晶硅。(半导体压阻材料便于力敏传感器件的微型化和集成化，在常温下有大量应用，逐步取代金属型应变计。金属应变电阻材料的电阻温度系数、温度灵敏度系数等都比半导体好，具有很高的延展性和抗拉强度，在耐高温、大应变、抗辐射等场合得到广泛使用。) 7.热敏传感材料是指对温度变化具有灵敏响应的材料,主要是电阻随温度显著变化的半导体热敏电阻陶瓷。根据电阻温度系数的正负，可分为正温度系数(BaTiO3、V2O5为基的热敏陶瓷)和负温度系数(过渡金属氧化物为基的热敏陶瓷)热敏材料两类。 8.光敏传感材料在光照下会因各种效应产生光生载流子，用于制作光敏电阻、光敏三极管、光电耦合器和光电探测器。最常用的光学敏感材料是锗、硅和II-VI族、IV-VI族中的一些半导体化合物等，如CdS、CdSe和PbS等半导体化合物，9.磁敏电阻材料是指具有磁性各向异性效应的磁敏材料。这类材料在磁化方向平行电流方向时，阻值最大；在磁化方向垂直于电流方向时，阻值较小。改变磁化方向与电流方向夹角，即可改变磁敏电阻材料的阻值。强磁性簿膜磁敏电阻材料主要是NiCo和NiFe合金薄膜，可制备磁敏二极管或三极管，灵敏度高、温度特性好，可用于磁场测量。 10.巨磁阻效应是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象(巨磁阻效应读出磁头，磁头存储密度迅速提高到3Gb/in2，磁盘记录从4Gb提升到600Gb或更高) 11.气敏材料是对气体敏感，电阻值会随外界气体种类和浓度变化的材料，如SnO2、ZnO、Fe2O3、ZrO2、TiO2和WO2等n 型或p型金属氧化物半导体。气敏材料用于制作气敏传感器，吸附气体后载流子数量变化将导致表面电阻率变化，进而对气体的种类和浓度进行探测。 12.湿敏材料是指电阻值随环境湿度增加而显著增大或降低的一些材料。陶瓷湿敏材料主要有MgCr2O3系、ZnCr2O3系和MnWO4、NiWO4等。高分子湿敏材料是指吸湿后电阻率或介电常数会发生变化的高分子电解质膜，如吸湿性树脂、硝化纤维系高分子膜。 13.信息存储材料是指用来制作各种信息存储器的一些能够记录和存储信息的材料。 在外加物理场（如电场、磁场、光照等）的影响下，信息存储材料发生物理或化学变化，实现对信息的存储。 14.磁记录材料 磁记录材料可方便地进行数据的存储和读取工作。磁性存贮器具有容量大、成本低等优点； 磁记录装置可将记录下来的信号进行放大或缩小，使科研中的数据处理更为方便灵活；磁卡可用于存取款、图书保存以及乘坐交通工具的票证等，方便人们生活。 15.颗粒涂布型磁记录介质是将磁粉、非磁性胶粘剂和少量添加剂等形成的均匀磁性浆料，涂布于聚酯薄膜上制成。 磁粉包括γ-Fe2O3、BaO-Fe2O3、金属粉等。 16.金属磁粉特点是具有较高的磁感应强度和矫顽力。纯铁磁化强度达1700emu/cm3，可在较薄的磁层内得到较大的读出信号；小针状铁粒子可提供较高矫顽力，使磁记录介质承受较大的外场作用。金属磁粉缺点是稳定性差，易氧化或发生其它反应，常用表面钝化或合金化等办法控制表面氧化，但降低粒子的磁化强度 17.钡铁氧体来源丰富，成本低，有较高的矫顽力和磁能积，抗氧化能力强，是一种应用广泛的永磁材料。钡铁氧体矫顽力高达398kA/m，本不适于作磁记录介质，以下特点使其可成为理想高密度磁记录材料：六方形平板结构和垂直于平板
《电子功能材料及元器件》教学大纲 课程编码：07151038 课程名称：电子功能材料及元器件 英文名称：Electronic Functional Materials and Devices 开课学期：第二学期 学时/学分：48学时/3学分 课程类型：专业必选课 开课专业：电子科学与技术、微电子学（选修） 选用教材：《电子功能材料及元器件》 主要参考书：1．康昌鹤等编：《气、湿敏感材料及应用》，科学出版社，1988年。 2．周东祥等编：《半导体陶瓷及其应用》，华中理工大学出版社，1991年。执笔人：全宝富 一．课程性质、目的与任务 本课程为电子科学与技术及微电子学专业的专业选修课。通过本课的学习使学生了解和掌握各种敏感功能材料、光电材料的基本性质、制备技术及各种敏感器件和典型光电器件的基本结构、工作原理及应用等专业知识。 二．教学基本要求 本课程讲授50学时，以多媒体课件为辅助手段。每章留有一定数量的作业题，以加深学生对课堂讲授内容的理解，每周留有3-4道作业题，最后通过闭卷考试检查学生的学习效果。此外，还设有5-6个实验题目，有粉体材料和薄膜材料制备、敏感元件制作及特性测量等内容。 三．各章节内容及学时分配 第一章电子功能材料概述（9学时） 第一节概述 一．绪论：课程内容框架、作用 二．功能材料的分类（例子） 第二节形状记忆合金 一．马氏体相变和形状记忆效应 二．形状记忆原理 三．温度变化对形状记忆合金电导的影响 第三节超导材料 一．超导体的主要特征 二．超导机理（BCS理论） 三．超导材料简介 四．超导应用简介 第四节半导体超晶格材料 一．超晶格材料的分类 二．超晶格的主要特征 三．应变超晶格材料 四．超晶格材料简介
CHR-01阻抗型高分子湿度传感器 （湿敏电阻）产品规格书 一.应用范围： 本资料适用于阻抗型高分子湿度传感器,型号CHR-01 二.外型尺寸及内部结构示意图: 1—外壳(ABS) 2—基片(AL2O3) 3—电极4—感湿材料5—引脚 三.电性能参数表1 工作电压1V AC（50Hz ～ 2 K Hz） 检测范围20%～ 90% RH 检测精度±5% 工作温度范围最高使用温度0℃～＋85℃120℃ * 特征阻抗范围30 (21 ～ 40.5) KΩ ( 60%RH, 25℃) 响应时间≤12 s (20%～ 90%) 湿度飘移（/年）≤±2% RH 湿滞≤ 1.5%RH * 元件使用在(85 - 120℃)时,需在高温下标定,器件外壳需另制 ** 25℃标准曲线见图2 *** 0-60℃阻抗特性数据见表2及图3
表2：0~60℃湿度阻抗特性数据 单位: KΩ * 所有数据均由LCR数字电桥在1VAC/1KHZ测试所得。 四、应用电路建议 1、如使用模拟电路，建议将湿度信号变为电压信号输出，请向厂家索取。 2、可采用555时基或RC振荡电路，将湿度传感器等效为阻抗值，测量振荡频率输出，振荡频率在1K Hz左右，（在60%RH，25℃）（建议串联电容采用温度系数低，精度在±5% J级有机聚合物电容，例如涤纶或聚丙烯类电容） 3、对于采用单片机电路采集信号，可参考厂家提供的《湿度传感器单片机应用指南》 五.引用标准 GB/T15768-95 电容式湿敏元件及湿度传感器总规范 SJ/T10431-93 湿敏元件用湿度发生器和湿度测试方法 SJ20760-99 高分子湿度传感器总规范 六.注意事项 1.不要对元件使用直流电源，检测时请使用电桥阻抗（LCR）测试设备 2.避免硬物或手指直接接触元件表面，以免划伤或污染敏感膜 3.焊接时温度不能过高（<180℃，2S 膜表面），使用低温烙铁或用镊子保护 4.尽量避免在以下环境中直接使用：盐雾，腐蚀性气体：强酸（硫酸，盐酸）， 强碱，有机溶剂（酒精，丙酮等）
湿敏电阻 湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制 成的。 工业上流行的湿敏电阻主要有:氯化锂湿敏电阻,有机高分子膜湿敏电阻 氯化锂湿敏电阻 多片电阻组合式氯化锂湿敏传感器是利用湿敏元件的电气特性（如电阻值），随湿度的变化而变化的原理进行湿度测量的传感器，湿敏元件一般是在绝缘物上浸渍吸湿性物质，或者通过蒸发、涂覆等工艺制各一层金属、半导体、高分子薄膜和粉末状颗粒而制作的，在湿敏元件的吸湿和脱湿过程中，水分子分解出的离子H+的传导状态发生变化，从而使元件的电阻值随湿度而变化。 氯化锂湿度传感器具有稳定性、耐温性和使用寿命长多项重要的优点，氯化锂湿敏传感器已有了五十年以上的生产和研究的历史，有着多种多样的产品型式和制作方法，都应用了氯化锂感湿液具备的各种优点尤其是稳定性最强。 氯化锂湿敏器件属于电解质感湿性材料，在众多的感湿材料之中，首先被人们所注意并应用于制造湿敏器件，氯化锂电解质感湿液依据当量电导随着溶液浓度的增加而下降。电解质溶解于水中降低水面上的水蒸气压的原理而实现感湿。 氯化锂感湿基片的结构为选用绝缘材料的衬底，在上方制作一对金属电极，涂覆一层电解质溶液感湿膜，氯化锂是典型的离子晶体，属于非亲合型电解质，氯化锂溶液中，Li+对极性水分子的吸引力极强，离子水分程度最高。氯化锂感湿膜由氯化锂和聚乙烯醇混合制作，其主要特性： 1、是可在120度高温环境中稳定工作，这一点是其他高分子电容是湿度传感器不可比拟的； 2、氯化锂湿敏元件线性测湿量程较窄大约在20%RH左右，在该测量范围内，其线性误差小于2%RH。所以，在全范围湿度测量环境中要想达到高精度的湿度测量，目前普遍采用的单片湿敏元件测量方法就很难实现了。
1目的 明确所有湿度敏感元件〈MSD〉的管控 2适用范围 适用于科盟（福州）电子科技有限公司 3参考文件 无 4定义 湿敏元件（MSD）：指供应商来料时，使用防潮包装，且包装袋上有如下图1标记或有特别注明为湿 敏元器件。 元件的湿度敏感等级(MSL)：IPC将其分为1、2、2a、3、4、5、5a、6共8个等级，其湿度敏感级别逐 级递增. 防潮包装袋(MBB)：一种为了阻止水蒸气进入而设计用来包装湿敏元件的袋子。 干燥剂（Desiccant）：一种能够维持较低的相对湿度的吸附性材料。 湿度指示卡（HIC）：一张印有对湿度敏感的化学材料的卡片，当环境湿度发生变化时，印在卡片上 的化学材料的颜色也相应的改变〔一般由蓝色（干燥时）变为粉红色（潮湿时）〕， 用于对湿度监控。 暴露时间(Floor Life): 元件从拆除真空包装到焊接之前的时间，元件须暴露在不超过30°C和60% RH的环境中。 保存限期(Shelf Life): 湿敏元件在真空且未开封的防潮包装袋的环境中可维持的有效时间。 5职责 5.1研发部负责制定或项目部负责接收和跟催相关单位（供应商、研发部）提供湿敏元件清单. 5.2IQC验收供应商来料和对仓库储存的湿敏元件进行检验,确保状态良好。 5.3IPQC对生产线的湿敏元件的使用、贮存、烘烤进行实时稽查。 5.4仓库负责湿敏元件的接收,贮存和发放的控制。 5.5生产线人员在生产过程中对湿敏元件实施管控。 5.6工程部负责对湿敏元件清单的审核和转化为内部格式发行，负责对湿敏元件的管控提供技术支持。6内容 6.1湿敏元件识别：
6.1.1 检查元件外包装的标签, 如果在外包装标签上有如图1的雨滴状标识，可认定为湿敏元件。 6.1.2 湿度指示卡的识别与说明 6.1.2.1 第一种湿度指示卡上有一“三角形箭头”（如下图2 ）,其对应所指向的圆圈里化学 物质若改变为粉红色则表示元件已受潮，需要烘烤。 6.1.2.2 第二种湿度指示卡只有三个湿度等级的圆圈组成（如下图3），其使用说明如下表 6.1.3 湿敏元件标志 湿敏元件的等级 保存期限
湿敏元件控制程序 1目的 为潮湿敏感元件的包装、处理、搬运、储存提供指引。 2范围 适用于潮湿敏感元件的包装、处理、搬运、储存的整个过程。 3定义 车间寿命(Floor life) ——潮湿敏感元器件从防潮包装里取出后到进行干燥处理或生产流程的时间段 货架期(Shelf life) ——存储在未开封的防潮包装中的潮湿敏感元器件可以在内部湿度不超标的条件下保存的最小期限 MSL —— Moisture Sensitive Level 潮湿敏感等级 4职责、权限 PIE——提供、维护湿敏元件清单，维护保养干燥柜及湿敏元件烘烤炉。 QA——定期巡检湿敏元件控制情况，检查干燥柜及湿敏元件的校准、维护是否按要求实施，是否在有效期内 IQC——确保所有湿敏元件均按相应要求包装，确保所有湿敏元件的货架期在本文件所规定的有效期内 PD——按本控制方法操作、处理、使用湿敏元件。
5程序 5.1设备 干燥柜：柜内温度能控制在25+/-5o C之间，开柜后柜内温度能在1个 小时内恢复控制水平；柜对相对湿度≤10%。 烘烤柜：柜内相对湿度<5%，具通风/换气功能。 抽真空机 5.2来料检验/发放 5.2.1 在对湿敏元件进行来料检验时需要检查其包装是否符合湿敏 元件封装要求（表1），如果不符合此包装要求的元件应拒收。 表1、潮湿敏感元件包装要求 5.2.2 检查湿敏元件的货架期是否在自包装日起的6个月内，如果 超过此期限应当拒收。 5.2.3 原则上湿敏元件不能开封检查，如因特殊要求需要开封检查 时，检查环境必须控制在<30o C/60%RH以下，暴露时间不超过 30分钟。检查完成后仍然使用原包装材料如防潮剂等重新进
基金项目:部级预研项目基金资助(323030411)收稿日期:2004-10-18 收修改稿日期:2005-06-24 高分子湿度传感器的研制 陈翠萍,蒋 波,谢光忠,蒋亚东 (电子科技大学光电子信息学院新型传感器教育部重点实验室,四川 成都 610054) 摘要:通过对湿敏材料—聚酰亚胺(PI )的湿敏机理的分析,设计了高分子电容式湿度传感器的芯 片结构,并对其制作工艺进行了详细讨论。在此基础上,对传感器变送电路进行了研究,设计了以双时基电路为主的信号处理电路,并最终制备出了输出电压随环境相对湿度线性变化的湿度传感器。对湿度传感器的湿敏特性的测试表明:在1182%～91104%RH 范围内,带湿度处理电路的湿度传感器输出的信号与环境的相对湿度成线性变化,电路能对湿度电容输出电容量进行放大。关键词:聚酰亚胺;传感器;湿度中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2005)10-0004-03 R esearch on H igh Polymer C apacitive H umidity Sensor CHEN Cui 2ping ,JIANG ,Xie G uang 2zhong ,JIANG Ya 2dong (Ministry of Education K ey Laboratory of N ovel T ransducers ,School of Optical and E lectrical In formation ,University of E lectronic Science &T echnology of China ,Chengdu ,610054,China ) Abstract :Through the analysis of the polyimide humidity sensitive mechanism ,the structure of humidity sens or was designed and the humidity sens or manu facture process was discussed in detailed.Through the research of the sens or transducer circuit ,the signal process circuit was designed mainly through dual timer IC.Finally ,the humidity sens or ,which the change of output v oltage followed was fabricated.The test for the sensitivity of humidity sens or shows that the humidity sensitive curve is very linear corresponding to en 2vironment humidity from 1.82%RH to 91.04%RH ,and the signal process circuit could amplify the output capacity which represents change of environment humidity.K ey Words :P olyimide ;Sens or ;Humidity 1 引言 湿度的检测和控制不容忽视[1-4],高分子电容型薄膜湿度传感器是最优秀的一类湿度传感器,它响应范围宽、响应速度快、湿滞小、精度高、温度系数小、长期稳定性好[5],而聚酰亚胺是高分子电容型湿度传感器中研究的最广泛的材料之一[6]。聚酰亚胺(PI )高分子薄膜传感器具有耐热、高温介电稳定性好、耐化学腐蚀、温度系数小、与硅工艺兼容等特性[7]。而且,敏感薄膜聚酰亚胺的预聚物聚酰胺酸是可以溶于有机溶剂的,这种具有一定粘性的混合溶液可用类似半导体工艺中匀胶的方法旋涂在叉指电极上,再在一定的温度下使有机溶剂挥发,再升温,使聚酰胺酸脱水固化形成聚酰亚胺薄膜。运用该工艺,聚酰亚胺薄膜的膜厚容易控制,重复性很高,制作的湿度传感器成本低,精度高,有利于大批量生产。2 传感器的工作原理、敏感结构与制作工艺 当空气湿度发生变化时,PI 膜暴露于空气的部分可通过吸湿、脱湿和水分子的扩散作用使上、下电极之间的PI 层的含水量发生变化,达到平衡时,PI 膜 微孔隙中水分子浓度与空气中水分子浓度相当。实 践证明:PI 膜的电容量与空气湿度在很大范围内存在一线性关系,所以测量介质膜电容的变化量可知空气的湿度。电容式湿度传感器的工作原理是基于两电极之间介质膜的介电常数εr 随环境湿度的变化而变 化,从而导致电容C 的变化。 [8]C = ε0εr S (%RH )d 式中:S 为电极的有效面积;d 为两电极之间的距离;ε0为真空电容率;%RH 为相对湿度。 图1 聚酰亚胺湿度传感器芯片结构 基于此原理,设计了如图1所示的聚酰亚胺湿度传感器芯片结构。采用图1结构制成的聚酰亚胺湿度传感器芯片(以下简称湿敏电容),由于采用了与集成电路兼容的工艺制作,有利于批量生产,所以该产 2005年 第10期 仪表技术与传感器 Instrument T echnique and Sens or 2005 No 110
1 目的 明确所有湿度敏感元件〈MSD〉的管控 2 适用范围 适用于深圳合信达控制系统有限公司 3 参考文件 无 4 定义 湿敏元件（MSD ）:指供应商来料时，使用防潮包装，且包装袋上有如下图1标记或有特别注明为 湿敏元器件。 元件的湿度敏感等级（MSL）: IPC将其分为1、2、2a、3、4、5、5a、6共8个等级，其湿度敏感级别 逐级递增? 防潮包装袋（MBB）: —种为了阻止水蒸气进入而设计用来包装湿敏元件的袋子。 干燥剂（Desiccant）:—种能够维持较低的相对湿度的吸附性材料。 湿度指示卡（HIC）: —张印有对湿度敏感的化学材料的卡片，当环境湿度发生变化时，印在卡片上的化学 材料的颜色也相应的改变〔一般由蓝色（干燥时）变为粉红色（潮湿时）〕，用于 对湿度监控。 暴露时间（Floor Life）:元件从拆除真空包装到焊接之前的时间，元件须暴露在不超过30°C和60% RH 的环境中。 保存限期（Shelf Life）:湿敏元件在真空且未开封的防潮包装袋的环境中可维持的有效时间。 5 职责 5.1 研发部负责制定或项目部负责接收和跟催相关单位（供应商、研发部）提供湿敏元件清单 IQC验收供应商来料和对仓库储存的湿敏兀件进行检验，确保状态良好。 IPQC对生产线的湿敏元件的使用、贮存、烘烤进行实时稽查。 仓库负责湿敏元件的接收，贮存和发放的控制。 5.5 生产线人员在生产过程中对湿敏元件实施管控。 5.6 工程部负责对湿敏元件清单的审核和转化为内部格式发行，负责对湿敏元件的管控提供技术支持。 6 内容 6.1 湿敏元件识别：
6.1.1检查元件外包装的标签，如果在外包装标签上有如图 1的雨滴状标识，可认定为湿敏元件。 6.1.2 湿度指示卡的识别与说明 6.121 第一种湿度指示卡上有一“三角形箭头”（如下图 2）,其对应所指向的圆圈里化学 物质若改变为粉红色则表示元件已受潮，需要烘烤。 图2 6.1.2.2 第二种湿度指示卡只有三个湿度等级的圆圈组成（如下图 3），其使用说明如下表 6.1.3防潮包装袋上“ Caution Label ”的内容介绍（见图4） 2. Peat package body temperature: 9 tF jrik, >ac|4KCH- bar code Ljbel 3. Arier t>ag 宙 opened, devices that will be subjecied to reflow solder or oilier high temperiiture process must t>e HUMIDITY INDICATOR COmphes win IPC/jeCJEC J-STOOQ3B LEVEL 2 PARTS 湿度指示 卡（HIC ） 指示湿度 环境为 2%RH 指示湿度 环境为 5%RH 指示湿度 环境 为 10%RH 指示湿度 环境 为 55%RH 指示湿度 环境 为 60%RH 指示湿度 环境 为 65%RH 5% 色 淡紫色 粉红色 粉红色 粉红色 粉红色 10% 色 蓝色 淡紫色 粉红色 粉红色 粉红色 60% 色 蓝色 蓝色 蓝色 淡紫色 粉红色 使用条件 Level 2-5a 可直接使用 Level 2可直接使用 Level 2a-5a 需烘烤后方 可使用 Level 2-5a 需烘烤后使用 湿敏元件标志 保存期限 湿敏元件的等级 ' Calculated shelf life in sealed bag: 12 months al <40H C and <50% relative numidity (RH) 文案元件最高耐温值烘 Bake parts 帥％ rf 60% NOT blue 湿度指示卡颜色与使用要求对照表 蓝色说明干燥，粉红色说明受潮了 Caution inis bag contains MOISTURE-SENSITIVE DEVICES LEVEL
第四章 阻抗型传感器 ４.1 电阻式传感器 ４.1.1 电位器式传感器 一、组成原理 图４－1-1 二、输入—输出特性 1．线性特性——线性电位器 x L R R x ?= x L U R R U U x x ?=?= 式中L ——触点行程 x ——触点位移? ??角位移线位移 2．非线性特性——非线性电位器 )(x f R x = 非线性函数 )(x f R U U x ?= 三、结构形式 2．非接触式――光电电位器 图4－1－2 五、用途：①测量位移； ②测量可转化为位移的其他非电量 4.1.2 电阻式应变传感器和固态压阻式传感器 一、电阻式应变传感器 （一）应变电阻效应——应变使电阻变化 1、 应变：图4-1-3 纵向线应变l dl /=ε 横向线应变με-=r dr / l dr r dr //- =μ泊松比
面应变 με22 /-==r dr A dA 体应变 εμ)21(/-=+=A dA L dl V dV 2、导体电阻及其变化 A L R ?=ρ ρ ρ εμd A dA L dL R dR + +=-=)21( 金属材料 εμρ ρ)21(-==c v dv c d 半导体材料 επρ ρ E d = π——压阻系数 E ——弹性模量 3、应变效应表达式： ε00 K R R =? ε 0/R R K ?= （应变材料的灵敏系数）： 金属材料 μμμ21)21()21(0+≈-++=c K 约1.0~2 半导体材料 E E K ππμ≈++=)21(0 约50~100 （二）电阻应变片 1、组成结构——图4-1-4 3、安装——粘贴在试件表面（应使应变片轴向与所测应变方向一致） 4、应变片灵敏系数――应变片电阻相对变化与粘贴处试件表面应变之比 ε R R K /?= y y x x k k R R εε+=?x x H k εα)1(+=x k ε= x ε——试件表面纵向线应变 y ε——试件表面横向线应变 )0(<-== αμεεαx y
目录 1目的 (3) 2范围 (3) 3定义 (3) 4职责、权限 (3) 5程序 (3) 6参考文件 (9) 7记录 (9) 8附件 (9)
1 目的 为潮湿敏感元件的包装、处理、搬运、储存提供指引。 2 范围 适用于潮湿敏感元件的包装、处理、搬运、储存的整个过程。 3 定义 车间寿命(Floor life) ——潮湿敏感元器件从防潮包装里取出后到进行干燥处理或生产流程的时间段 货架期(Shelf life) ——存储在未开封的防潮包装中的潮湿敏感元器件可以在内部湿度不超标的条件下保存的最小期限 MSL —— Moisture Sensitive Level 潮湿敏感等级 4 职责、权限 PIE——提供、维护湿敏元件清单，维护保养干燥柜及湿敏元件烘烤炉。 QA——定期巡检湿敏元件控制情况，检查干燥柜及湿敏元件的校准、维护是否按要求实施，是否在有效期内 IQC——确保所有湿敏元件均按相应要求包装，确保所有湿敏元件的货架期在本文件所规定的有效期内 PD——按本控制方法操作、处理、使用湿敏元件。 5 程序 5.1 设备 干燥柜：柜内温度能控制在25+/-5o C之间，开柜后柜内温度能在1个小时内恢复控 制水平；柜对相对湿度≤10%。 烘烤柜：柜内相对湿度<5%，具通风/换气功能。 抽真空机 5.2 来料检验/发放 5.2.1 在对湿敏元件进行来料检验时需要检查其包装是否符合湿敏元件封装要 求（表1），如果不符合此包装要求的元件应拒收。 应当拒收。 5.2.3 原则上湿敏元件不能开封检查，如因特殊要求需要开封检查时，检查环
境必须控制在
<30o C/60%RH以下，暴露时间不超过30分钟。检查完成后仍然使用原包 装材料如防潮剂等重新进行真空包装并填写《湿敏元件时间控制卡》（附 件1）。 5.2.4 在进行物料发放时如果需要将湿敏元件拆开包装后分发，需要在满足 5.2.3所要求环境中拆分并填写《湿敏元件时间控制卡》并分别按表1 的要求进行真空包装。 5.2.5 如果在检查湿敏元件时发现包装破损、漏气等应拒收此物料。 5.3 5.3.1 开始使用湿敏元件之前需要检查元件的真空包装是否完好，有没有漏气 的情况。开封后检查湿度指示卡（图1）的读数，并根据表3或湿度指示 卡上的说明进行判定。如果指示卡显示物料受潮则需要进行烘烤或干燥 柜常温去湿。 图1 典型湿度指示卡 用完毕后的剩余物料在退仓或退线时必须重新进行真空包装并需要按表
插件贴片湿敏元器件管理与储存程序 1 目的 为规范对湿度有特殊要求或包装上有湿敏组件标记的组件进行有效的管理；以提供物料储存及制造环境的温湿度管制范围，以确保温湿度敏感元器件性能的可靠性。 2 范围 适用于所有对湿敏组件的储存；适用于PCB及IC(BGA、QFP)等温湿度敏感组件储存环境的管制。 3 定义 湿敏组件是指对湿度有特殊要求的组件； 湿敏识别标签=MSD； SMT工厂确认防潮区域的温湿度计显示环境温度不能超过20℃～27℃，防潮箱相对湿度不能超过15%。(PCB专用防潮箱相对湿度>30%)； MBB：Moisure Barrier Bag即防潮真空包装袋，该袋同时要考虑ESD保护功能；HIC：Humidity Indicator Card，即湿度显示适配器。作用为显示包装内的潮湿程度，一般有若干圆圈分别代表相对湿度10%，20%，30%等。各圆圈内原色为蓝色，当某圆圈内由蓝色变为紫红色时，则表明袋内已达到该圆圈对应的相对湿度；当某圆圈内再由紫红色完全变为粉红色时，则表明袋内已超过该圆圈对应的相对湿度。若湿度显示超过20%，即20%的圆圈同HIC卡颜色完全成了淡红色，表明生产前需要进行烘烤警告标签；
MSL：Moisure Sensitive Level，即湿度敏感等级，在防潮包装袋外的标签上有说明，分为：1、2、2a、3、4、5、5a、6 八个等级； 4 职责 4.1仓库----仓库区域环境温湿度的管制，和防潮箱的环境温湿度管制，温湿度敏感组件的管制。 4.2 IQC---- IQC验货区域的环境温湿度的管制，温湿度敏感组件的管制。 4.3制造部----生产区域、物料暂存区域温湿度敏感组件的管制。 4.4其他部门----维修及有涉及到温湿度组件的部门要做好温湿度敏感组件的管制。 4.5 IPQC----稽核各单位对环境温湿度的管制情况；稽核《湿敏组件控制卷标》的规范使用，对IC/PCB等湿敏组件的开封、使用过程、烘烤作业、贮存规范进行确认。 5 湿敏组件的识别 5.1湿敏组件列表中的所有组件类别； 5.2组件不在湿敏组件列表中，但外包装有湿敏组件标志的组件也视为湿敏组件。 5.3客户有要求的湿敏组件。 6 湿敏组件来料检查
第四章 阻抗型传感器 ４.1 电阻式传感器 ４.1.1 电位器式传感器 一、组成原理 二、输入—输出特性 1．线性特性——线性电位器 x L R R x ?= x L U R R U U x x ?=?= 式中L ——触点行程 x ——触点位移?? ?角位移 线位移 2．非线性特性——非线性电位器 )(x f R x = 非线性函数 )(x f R U U x ?= 三、结构形式 2．非接触式――光电电位器 图4－1－2（c ） 五、用途：①测量位移； ②测量可转化为位移的其他非电量 4.1.2 电阻式应变传感器和固态压阻式传感器 一、电阻式应变传感器 （一）电阻应变效应——应变使电阻变化 1．应变：图4-1-3 纵向线应变l dl /=ε 横向线应为με-=r dr / l dr r dr //-=μ泊松比 面应变 με22 /-==r dr A dA 体应变 εμ)21(/-=+=A dA L dl V dV
2．导体电阻及其变化 A L R ? =ρ ρρεμd A dA L dL R dR ++=-=)21( 金属材料 εμρ ρ)21(-==c v dv c d 半导体材料 επρ ρ E d = π——压阻系数 E ——弹性模量 3．应变效应表达式： ε00 K R R =? ε 0/R R K ?= （应变材料的灵敏系数）： 金属材料 μμμ21)21()21(0+≈-++=c K 约1.0~2 半导体材料 E E K ππμ≈++=)21(0 约50~100 （二）电阻应变片 1、组成结构——图4-1-4 3、安装——粘贴在试件表面（应使应变片轴向与所测应变方向一致） 4、应变片灵敏系数――应变片电阻相对变化与粘贴处试件表面应变之比 ε R R K /?= y y x x k k R R εε+=?x x H k εα)1(+=x k ε= x ε——试件表面纵向线应变 y ε——试件表面横向线应变 )0(<-==αμεεαx y x k ——纵向灵敏系数，y k ——横向灵敏系数 x y k k H /=——横向效应系数
. Q/HX XXXX-XX/XX-XXXX Q/HX- 湿敏元件管理规范A本：版 受控状态：
月XX年2014XX日发布年2014XX月XX日实施 . . 目录 .................................................................................................................................... II 言前.................................................................................................................................... 3 1目的.................................................................................................................................... 32 范围.................................................................................................................................... 3 定义3，即湿敏元件，指对湿度敏感的元件。：................ 3 3.1MSD.Moisture Sensitive Device：，即湿敏等级，分为：、、、、、、、八6 252a3.25a3MSL4Moisure Sensitive Level1个等级。................................................................................................................................ 3. ：车间寿命，指湿敏元件拆封后暴露在车间环境条件下允许的时间。 ......... 3Floor life3.3，即防潮包装袋。：........................................................... 3Moisure Barrier BagMBB3.4 ，即湿度显示卡。：....................................................... 3HIC3.5 Humidity Indicator Card.................................................................................................................................... 3 4职责仓储部........................................................................................................................ 3.4.1 全面质量管理部外检组................................................................................................ 34.2制造中心 ..................................................................................................................... 34.3其它部 门 ..................................................................................................................... 34.4全面质量管理部巡检组................................................................................................ 34.5............................................................................................................................ 3.5工作程序 湿敏元件识别.............................................................................................................. 3 5.1湿敏元件包装要求...................................................................................................... 4 5.2.湿敏元件标示.............................................................................................................. 45.3 ...................................................................... 45.3.2从湿敏警告标签上可以得到以下信息： 来料检验管控.............................................................................................................. 55.4 仓库管控 ..................................................................................................................... 55.5制程管控 ..................................................................................................................... 55.6湿敏元件的烘烤处理 ................................................................................................... 65.7鉴于客供物料的特殊性，对湿敏元件： ...................................................................... 75.8湿敏元件等级一览 表 ................................................................................................... 75.9元件储存控制卡》样卡：《 ...............................................................................