PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE202007007387U1 06.09.2007
Titel Kapazitiver Feuchtesensor
Anmelder E+E Elektronik GmbH, Engerwitzdorf, AT
Vertreter Hofmann, E., Dipl.-Phys. Univ., Pat.-Anw., 83278 Traunstein
DE-Aktenzeichen 202007007387
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 06.09.2007
Registration date 02.08.2007
Application date from patent application 23.05.2007
IPC-Hauptklasse G01N 27/22(2006.01)A, F, I, 20070628, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven Feuchtesensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger kapazitiver Feuchtesensor ist etwa aus der WO 00/28311 der Anmelderin bekannt. In den 1a und 1b der vorliegenden Anmeldung ist eine Schnittansicht sowie eine Teil-Draufsicht auf einen derartigen Feuchtesensor dargestellt. Hierbei ist auf einem Trägersubstrat 1, beispielsweise einem Glasplättchen, eine Grundelektrode 2 angeordnet. Benachbart zur Grundelektrode 2 ist auf dem Trägersubstrat 1 eine Kontaktierungsfläche 3.1 angeordnet. Über der Grundelektrode 2 und zumindest über einem Teil der Kontaktierungsfläche 3.1 ist eine feuchteempfindliche Schicht 4 angeordnet, beispielsweise ein geeignetes Polymer, dessen Kapazität sich feuchteabhängig ändert. Im Bereich der Kontaktierungsfläche 3.1 besitzt die feuchteempfindliche Schicht eine Kontaktierungsausnehmung 4.1. Über dem Überdeckungsbereich der Grundelektrode 2 und der feuchteempfindlichen Schicht 4 ist eine Deckelektrode 3 als zweite Elektrode angeordnet. Die Deckelektrode ist durch die Kontaktierungsaunehmung 4.1 der feuchteempfindlichen Schicht mit der seitlichen Kontaktierungsfläche 3.1 elektrisch leitend verbunden. Die Grundelektrode 2 wird über eine weitere seitlich angeordnete Kontaktierungsfläche 2.1 auf dem Trägersubstrat 1 elektrisch leitend kontaktiert.

Wie aus der Draufsicht aus 1b erkennbar ist, besitzt die Kontaktierungsausnehmung 4.1 in der feuchteempfindlichen Schicht einen rechteckförmigen Querschnitt. Im Zuge der Fertigung der Deckelektrode kann es aufgrund innerer Spannungen zu Ablösungen im Durchkontaktierungsbereich kommen, die in der Praxis durch aufwändige Nachbehandlungsverfahren verhindert werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Spannungen in den Durchkontaktierungsbereichen derartiger Feuchtesensoren zu minimieren und damit eine Nachbehandlung derselben unnötig zu machen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen kapazitiven Feuchtesensors ergeben sich aus den Maßnahmen in den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, die Kontaktierungsausnehmung mit einer nicht durchgängig geraden Berandung zu versehen. Entsprechende Versuche haben gezeigt, dass sich damit die unerwünschten Ablösungserscheinungen der Metallschicht der Kontaktierungsfläche unterhalb der feuchteempfindlichen Schicht vermeiden lassen.

In einer möglichen Ausführungsform besitzt die Kontaktierungsausnehmung eine Vielzahl gerundeter Berandungsbereiche und weist keine längeren geradlinigen Berandungsbereiche auf.

In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Kontaktierungsausnehmung als kurzsegmentige Polygonzüge ausgebildete Berandungsbereiche und weist keine längeren geradlinigen Berandungsbereiche auf.

Ferner kann vorgesehen werden, dass die Berandung der Kontaktierungsausnehmung einen deutlich größeren Umfang aufweist als eine vergleichsweise ausschließlich geradlinig berandete Kontaktierungsausnehmung.

Vorzugsweise weist die Berandung der Kontaktierungsausnehmung einen mindestens doppelt so großen Umfang auf als eine vergleichsweise ausschließlich geradlinig berandete Kontaktierungsausnehmung.

In einer möglichen Variante sind im Bereich der Kontaktierungsausnehmung einzelne kleinere Teilbereiche aus dem Material der feuchteempfindlichen Schicht angeordnet.

Mit Vorteil ist auf dem Trägersubstrat eine weitere Kontaktierungsfläche für die Grundelektrode angeordnet und mit dieser elektrisch leitend verbunden.

Das Trägersubstrat ist vorzugsweise aus einem isolierenden oder einem isolierend-gemachten Material ausgebildet.

Beispielsweise kann das Trägersubstrat aus Glas oder Keramik oder Silizium mit einer darauf angeordneten Isolationsschicht ausgebildet werden.

In einer Ausführungsvariante ist ein Polymer als feuchteempfindliche Schicht vorgesehen, das in Abhängigkeit von der Umgebungsfeuchte Wasser aufnimmt und in Abhängigkeit von der Wasseraufnahme seine Dielektrizitätskonstante ändert.

Beispielsweise wird ein Polymer gewählt, das zur Klasse der Polyimide gehört.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung seien anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Figuren erläutert.

Es zeigt:

1a und 1b je eine Teilansicht eines kapazitiven Feuchtesensor, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist;

2a eine seitliche Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kapazitiven Feuchtesensors;

2b eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen kapazitiven Feuchtesensor aus 2a;

3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Berandung der Kontaktierungsausnehmung des erfindungsgemäßen kapazitiven Feuchtesensors aus den 2a und 2b;

4 eine alternative Ausgestaltung der Kontaktierungsausnehmung eines erfindungsgemäßen kapazitiven Feuchtesensors.

Anhand der 2a, 2b und 3 sei eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kapazitiven Feuchtesensors beschrieben. Während hierbei die 1a und 1b eine Draufsicht sowie eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels zeigen, ist in 3 eine stark vergrößerte Ansicht eines Teils der Berandung der Kontaktierungsausnehmung des erfindungsgemäßen kapazitiven Feuchtesensors aus den 2a und 2b gezeigt.

Der grundsätzliche Aufbau des erfindungsgemäßen kapazitiven Feuchtesensors entspricht i.w. demjenigen, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist und anhand der 1a und 1 bereits eingangs erläutert wurde. Der maßgebliche Unterschied zu bekannten Feuchtesensoren besteht in der Ausgestaltung der Kontaktierungsausnehmung 41, was nachfolgend noch im Detail erläutert wird.

Der erfindungsgemäße Feuchtesensor umfasst ein Trägersubstrat 10, beispielsweise ein Glasplättchen, auf dem eine Grundelektrode 20 in Form einer dünnen Metallschicht, angeordnet ist. Seitlich benachbart zur Grundelektrode 20 ist auf dem Trägersubstrat 10 eine Kontaktierungsfläche 31 platziert. Über der Grundelektrode 20 und zumindest über einem Teil der Kontaktierungsfläche 31 ist eine feuchteempfindliche Schicht 40 bzw. ein Dielektrikum angeordnet, etwa ein geeignetes Polymer, dessen Kapazität sich feuchteabhängig ändert. Üblicherweise dient ein Polymer aus der Klasse der Polyimide als geeignetes Material der feuchteempfindlichen Schicht 40; grundsätzlich ist hierfür ein Material zu wählen, das in Abhängigkeit von der Umgebungsfeuchte Wasser aufnimmt und in Abhängigkeit von der Wasseraufnahme seine Dielektrizitätskonstante ändert. Im Bereich der Kontaktierungsfläche 31 besitzt die feuchteempfindliche Schicht 40 eine Kontaktierungsausnehmung 41. Über dem Überdeckungsbereich der Grundelektrode 20 und der feuchteempfindlichen Schicht 40 ist eine Deckelektrode 30 als zweite Elektrode angeordnet. Die Deckelektrode 30 ist durch die Kontaktierungsausnehmung 41 der feuchteempfindlichen Schicht 40 mit der seitlichen Kontaktierungsfläche 31 elektrisch leitend verbunden. Die Grundelektrode 20 wird über eine weitere seitlich angeordnete Kontaktierungsfläche 21 auf dem Trägersubstrat 10 ebenfalls elektrisch leitend kontaktiert.

Wie aus der Draufsicht aus 1b ersichtlich ist, besitzt die Kontaktierungsausnehmung 41 in der feuchteempfindlichen Schicht 40 einen annähernd rechteckförmigen Querschnitt, jedoch weist die Kontaktierungsausnehmung 41 eine nicht durchgängig gerade Berandung 42 auf und besteht demzufolge im Unterschied zum Stand der Technik nicht aus überwiegend geradlinigen Teilabschnitten. Die Berandung 42 der Kontaktierungsausnehmung 41 weist erfindungsgemäß eine Vielzahl gerundeter Berandungsbereiche auf und besitzt insbesondere keine längeren geradlinigen Berandungsbereiche, wie etwa aus der vergrößerten Darstellung eines Teils der Kontaktierungsausnehmung 41 in 3 ersichtlich ist.

Alternativ zu den gerundeten Berandungsbereichen der 3 kann die Kontaktierungsausnehmung 41 auch als kurzsegmentige Polygonzüge ausgeführte Berandungsbereiche aufweisen.

Dies bedeutet, dass vorteilhafterweise die erfindungsgemäße nicht durchgängig gerade bzw. stark kurvige Berandung 42 der Kontaktierungsausnehmung 41 einen deutlich größeren Umfang aufweist als eine vergleichsweise geradlinig berandete Kontaktierungsausnehmung. Es hat sich in entsprechenden Versuchen gezeigt, dass eine nicht durchgängig gerade Berandung 42 mit einem mindestens doppelt so großen Umfang wie eine vergleichsweise ausschließlich geradlinige berandete Kontaktierungsausnehmung 42 die unerwünschten Ablösungseffekte der darunter befindlichen Metallschicht vermeidet bzw. zumindest minimiert.

Die vorteilhaften Eigenschaften im Fall der stark kurvigen Berandung der Kontaktierungsausnehmung 41 lassen sich darauf zurückführen, dass durch die Art der Kantengestaltung die mechanischen Spannungen zwischen den verschiedenen Materialien in diesem Bereich verringert werden können. Eine ansonsten nötige Nachbehandlung derartiger Feuchtesensoren kann demzufolge entfallen.

In 4 ist die Draufsicht auf eine alternative Ausgestaltung der Kontaktierungsausnehmung 410 in einer feuchteempfindlichen Schicht 400 eines erfindungsgemäßen kapazitiven Feuchtesensors gezeigt. Wie im vorherigen Beispiel besitzt die Kontaktierungsausnehmung 410 eine stark kurvige Berandung 420. Darüberhinaus sind im Innenbereich der Kontaktierungsausnehmung 420 einzelne Teilbereiche 423.1423.4 des feuchteempfindlichen Materials 400 nicht vollständig entfernt worden, sondern verblieben dort. Auf diese Art und Weise lassen sich die in diesem Bereich auftretenden mechanischen Spannungen zwischen den verschiedenen Schichten nochmals verringern und eine eventuelle Ablösung der unter dem Dielektrikum befindlichen Metallschicht des Kontaktierungsbereichs vermeiden.

Neben den erläuterten Beispielen gibt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich noch weitere Ausführungsformen.

So ist es etwa möglich, anstelle einer einzigen, großflächigen Kontaktierungsausnehmung an der vorgesehenen Stelle eine größere Anzahl kleinerer Kontaktierungsausnehmungen zu platzieren, die jeweils wiederum erfindungsgemäß ausgebildet sind und eine nicht durchgängig gerade bzw. stark kurvige Berandung aufweisen.

Ferner ist es möglich, das Trägersubstrat alternativ zum Glas auch aus einem anderen isolierenden oder isolierend-gemachten Material auszubilden. Beispielsweise kann es sich dabei auch um Keramik oder Silizium mit einer darauf angeordneten Isolationsschicht handeln etc..


Anspruch[de]
Kapazitiver Feuchtensensor mit

– einem Trägersubstrat (10),

– einer auf dem Trägersubstrat (10) angeordneten Grundelektrode (20),

– mindestens einer auf dem Trägersubstrat (10) benachbart zur Grundelektrode (20) angeordnetem Kontaktierungsfläche (31),

– einer feuchteempfindlichen Schicht (40; 400), die über der Grundelektrode (20) und über zumindest einem Teil der Kontaktierungsfläche (31) angeordnet ist und im Bereich der Kontaktierungsfläche (31) eine Kontaktierungsausnehmung (41; 410) besitzt,

– einer Deckelektrode (30), die zumindest über dem Überdeckungsbereich der Grundelektrode (20) und der feuchteempfindlichen Schicht (40; 400) angeordnet ist und die durch die Kontaktierungsausnehmung (41; 410) mit der Kontaktierungsfläche (31) elektrisch leitend verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Kontaktierungsausnehmung (41; 410) eine nicht durchgängig gerade Berandung (42; 420) aufweist.
Kapazitiver Feuchtensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsausnehmung (41; 410) eine Vielzahl gerundeter Berandungsbereiche besitzt und keine längeren geradlinigen Berandungsbereiche aufweist. Kapazitiver Feuchtensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsausnehmung (41; 410) als kurzsegmentige Polygonzüge ausgebildete Berandungsbereiche besitzt und keine längeren geradlinigen Berandungsbereiche aufweist. Kapazitiver Feuchtensensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berandung (42; 420) der Kontaktierungsausnehmung (41; 410) einen deutlich größeren Umfang aufweist als eine vergleichsweise ausschließlich geradlinig berandete Kontaktierungsausnehmung (41; 410). Kapazitiver Feuchtensensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Berandung (42; 420) der Kontaktierungsausnehmung (41; 410) einen mindestens doppelt so großen Umfang aufweist als eine vergleichsweise ausschließlich geradlinig berandete Kontaktierungsausnehmung (41; 410). Kapazitiver Feuchtensensor nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Kontaktierungsausnehmung (410) einzelne kleinere Teilbereiche (423.1423.4) aus dem Material der feuchteempfindlichen Schicht (400) angeordnet sind. Kapazitiver Feuchtensensor nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Trägersubstrat (10) eine weitere Kontaktierungsfläche (21) für die Grundelektrode (20) angeordnet und mit dieser elektrisch leitend verbunden ist. Kapazitiver Feuchtensensor nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (10) aus einem isolierenden oder einem isolierend-gemachten Material ausgebildet ist. Kapazitiver Feuchtensensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (10) aus Glas oder Keramik oder Silizium mit einer darauf angeordneten Isolationsschicht ausgebildet ist. Kapazitiver Feuchtensensor nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polymer als feuchteempfindliche Schicht (40; 400) vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von der Umgebungsfeuchte Wasser aufnimmt und in Abhängigkeit von der Wasseraufnahme seine Dielektrizitätskonstante ändert. Kapazitiver Feuchtensensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer zur Klasse der Polyimide gehört.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com