从两款E+E产品（HC103M2和HMC03M）看MEMS湿度传感器技术特点

益加义公司（E+E Elektronik）总部位于奥地利，专注于研发和制造与温度、湿度、CO2、油中水分，露点温度、风速、风量和压力相关的各种传感器、变送器、手持表和记录仪。其电容式湿度传感器HC103M2和HMC03M具有优异的线性度、高敏感性和长期稳定性以及出色的重复性。

HC103M2为探空型湿度传感器，它的薄膜技术保证极快的响应时间，即使非常低的温度下依然保持非常快的响应速度，是探空仪和气象应用的理想选择。本款传感器尺寸为4.8mm x 2.85mm，采用的是玻璃衬底，功能层为三明治结构，上下为2层金属电极，中间为有机高分子湿度敏感层。上电极尺寸为1.45mm x 1.1mm（图1灰色区域），湿度敏感层尺寸为2.2mm x 1.75mm（图1绿色区域），下电极尺寸为3.2mm x 2.55mm（图1粉色区域）。

图1 HC103M2湿度传感器OM

HC103M2技术特点包含2个方面：第一，上电极采用疏松多孔的金属Cr层（金属黑工艺），通过制备工艺形成上电极材料稀疏多孔结构，增大其与外界空气接触面积，提高传感器吸收和释放水气的响应速度，同时不影响其电容特性，从而优化湿度传感器性能。下电极采用金属AuNi，焊盘采用的是纯Au。第二，中间湿度敏感层用的是有机高分子材料，推测为聚酰亚胺，由于其探空型的应用，启芯微纳推测其使用的定制的聚酰亚胺。

图2 HC103M2湿度传感器局部SEM和EDS

HMC03M为加热型无线电探空仪用湿度传感器，对较短湿度响应时间进行了优化，尤其在较低温度下的上层大气中更显其优化特性。加热电阻专门用于快速恢复结露和结冰后的湿度敏感元件。因此在高端气象观测中，能够体现出优越的测量特性。HMC03M整体尺寸为5.85mm x 2.85mm，结合了一个硅片上的电容式湿度传感器和一个加热电阻。电容功能层为三明治结构，上下为2层金属电极，中间为有机高分子湿度敏感层。上电极尺寸为1.4mm x 0.95mm（图3灰色区域），下电极尺寸为1.55mm x 1.1mm（图3黄色区域），湿度敏感层与上电极几乎重叠。四个焊盘，其中2个为传感器用，2个为加热电阻用。加热电阻为旁热式加热，电阻为100Ω，最大功耗为100mW，加热电极线宽约为60μm，间距约为20μm。

图3 HMC03M湿度传感器OM

HMC03M技术特点包含2个方面：第一，上电极同样采用疏松多孔的金属Cr层（金属黑工艺），上电极与湿度敏感层几乎重叠，下电极采用是Pt，湿度敏感层同样是有机高分子聚合物。第二，采用加热器可以的作用为快速脱水，且能保持湿度敏感层保持在室温下工作，提高可靠性，电阻加热器推测采用金属Pt，从SEM中可以看出工艺顺序为先制备加热器，加热器上覆盖绝缘层后制备电容式湿度传感器。

图4 HMC03M湿度传感器局部SEM和EDS

将2款湿度传感器对比，可以看出虽然技术路径完全不同，但性能对比较为相似。启芯微纳从部分使用客户实际使用反馈，加热型的HMC03M实际使用效果，包括灵敏度和响应时间和恢复时间都好于非加热型的HC103M2。

表1 HC103M2和HMC03M对比

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