技术特征：
1.一种无存储模块的湿度传感器芯片，其特征在于：传感器芯片包括湿度敏感模块、测量电路模块、微处理单元mcu；不含有独立的存储模块；所述湿度敏感模块包括湿度敏感材料、衬底、第一电极、第二电极和第三电极；湿度敏感材料、衬底、第一电极、第二电极和第三电极构成三电极结构的湿度敏感型电容
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电阻复合结构；第一电极、第二电极之间构成湿度敏感电阻，第一电极、第三电极之间构成湿度敏感电容(湿敏电容)，第二电极、第三电极之间也构成湿度敏感电容，且第一电极、第二电极和第三电极互相之间为同一湿度敏感材料；湿度敏感材料制备在衬底的正面，第一电极、第二电极均位于湿度敏感材料的上面，第三电极位于衬底材料的背面；第一电极、湿度敏感材料、衬底、第三电极构成电容器结构，湿度敏感材料、衬底为电容器的复合介电层；第二电极、湿度敏感材料、衬底、第三电极也构成电容器结构，湿度敏感材料、衬底为电容器的介电层；第一电极、湿度敏感材料、第二电极构成湿度敏感电阻结构，湿度敏感材料作为湿度敏感电阻的湿度敏感材料；所述衬底是具备压电效应的晶体材料。2.如权利要求1所述的湿度传感器芯片，其特征在于：湿度敏感材料为疏水性材料，以避免湿敏传感层在较高的湿度条件下由于溶解在较高湿度下的水中而剥离。3.如权利要求1所述的湿度传感器芯片，其特征在于：湿度敏感模块、微处理单元mcu、测量电路模块、存储模块通过层叠封装技术集成在一片衬底材料上得到湿度传感器芯片。4.如权利要求1所述的湿度传感器芯片，其特征在于：第一电极、第二电极为一对互相围绕而不接触的、其间具有湿度敏感材料的双电极；优选地，第一电极、第二电极为一对叉指电极，或一对螺旋形电极，或一对回形电极；优选地，第一电极、第二电极、第三电极为金电极或银电极；优选地，第一电极、第二电极、第三电极均采用蒸镀工艺或溅射工艺或射频磁控溅射工艺制备得到；优选地，所述湿度敏感材料为有机材料，或无机材料，或有机/无机复合材料；优选地，所述衬底是石英薄片；优选地，第一电极、第二电极之间设置一个由微处理单元mcu控制的电子开关，在测量所述湿度敏感模块的谐振频率时，所述电子开关由微处理单元mcu控制处于导通状态，使得第一电极、第二电极短路连接，其余时间所述电子开关则保持断开状态；优选地，所述电子开关为一对pmos/nmos构成的传输门；传输门的控制端连接至微处理单元mcu。5.如权利要求1
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4任一项所述的湿度传感器芯片，其特征在于：湿度敏感模块中还集成有温度传感器，温度传感器连接至测量电路模块，测量电路模块将测量得到的湿度敏感材料的温度值传输至微处理单元mcu，微处理单元mcu根据所述温度值对测量得到的环境空气湿度值进行修正。6.如权利要求1
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4任一项所述的湿度传感器芯片，其特征在于：
测量电路模块用于在测量时执行如下两个测量操作，且两个测量操作的先后次序不作限制：(1)测量电路模块向湿度敏感模块的第一电极和第三电极施加预设频率范围的、频率变化的交流激励信号，测量湿度敏感模块的谐振频率；或，测量电路模块向湿度敏感模块的第二电极和第三电极施加预设频率范围的、频率变化的交流激励信号，测量湿度敏感模块的谐振频率；或，优选地，所述电子开关由微处理单元mcu控制处于导通状态，使得第一电极、第二电极短路连接，测量电路模块向湿度敏感模块的第一电极、第二电极和第三电极施加预设频率范围的、频率变化的交流激励信号，测量湿度敏感模块的谐振频率；(2)所述电子开关由微处理单元mcu控制处于断开状态，使得第一电极、第二电极断开连接，测量电路模块向湿度敏感模块的第一电极和第二电极施加直流电信号，测量湿度敏感模块的湿度敏感电阻(湿敏电阻)值；所述谐振频率和所述湿度敏感电阻(湿敏电阻)值随着湿度敏感材料含水率变化而变化；所述测量电路模块将测量得到的测量湿度敏感模块的谐振频率和湿度敏感电阻(湿敏电阻)值传输至微处理单元mcu；微处理单元mcu根据谐振频率和湿度敏感电阻(湿敏电阻)值分别计算得到两个环境空气湿度参考值，即环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b；优选地，环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方值或平均值作为结果输出。7.如权利要求6所述的一种三电极结构的湿度传感器芯片，其特征在于：微处理单元mcu根据预设公式，由谐振频率和湿度敏感电阻(湿敏电阻)值分别计算得到两个环境空气湿度参考值，即环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b。8.如权利要求7所述的一种三电极结构的湿度传感器芯片，其特征在于：湿度传感器芯片自我诊断、更换提醒，具体地：微处理单元mcu包括判别功能模块，判别功能模块执行如下判别功能：微处理单元mcu中的判别功能模块根据计算得到环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b进行自我诊断、判别湿度传感器芯片是否存在故障、或性能老化，具体实现为：预设第一判别阈值，计算前述环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的差的绝对值；判别环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的差的绝对值是否大于预设的第一判别阈值；若所述差的绝对值小于预设的第一判别阈值，则：环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出，且表示湿度传感器芯片工作正常；若所述差的绝对值等于或大于预设的第一判别阈值，则：微处理单元mcu进一步输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已老化，提示需要检修或更换；优选地，微处理单元mcu中的判别功能模块还预设有第二判别阈值，所述第二判别阈值大于所述第一判别阈值；若所述差的绝对值小于预设的第一判别阈值，则：
环境空气湿度参考值a和环境空气湿度参考值b的均方根值或平均值作为结果输出，且表示湿度传感器芯片工作正常；若所述差的绝对值等于或大于预设的第一判别阈值且小于第二判别阈值，则：微处理单元mcu输出警告信息，警告信息表示为湿度传感器芯片可能存在故障，或性能已轻微老化，推荐检修或更换；若所述差的绝对值等于或大于预设的第二判别阈值，则：微处理单元mcu输出错误信息，错误信息表示为湿度传感器芯片存在故障，或性能已严重老化，必须检修或更换。9.如权利要求1
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4任一项所述的一种三电极结构的湿度传感器芯片，其特征在于：所述湿度敏感材料的前驱体溶液为：由氧化亚铜、氧化锌、4
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环氧丙烷氧基咔唑(cas号：53
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95
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2)、苯甲酸苯酯组成的疏水性油状混合物；优选地，氧化亚铜为1
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10μm的颗粒状氧化亚铜，氧化锌为0.5
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5μm的棒状氧化锌；优选地，氧化亚铜的重量份为5
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8％，氧化锌的重量份为4
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7％，4
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环氧丙烷氧基咔唑的重量份为3
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6％，余量为苯甲酸苯酯。10.一种如权利要求1
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4任一项所述的三电极结构的湿度传感器芯片的制备方法，其特征在于：所述湿度敏感模块制备方法如下：(a)制备湿度敏感材料的前驱体溶液：在苯甲酸苯酯中加入重量份为5
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8％的氧化亚铜、重量份为4
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7％的氧化锌、重量份为4
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8％的4
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环氧丙烷氧基咔唑；将混合物加热至90
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110℃，采用磁力搅拌器进行强力搅拌30
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60分钟，形成疏水性油状混合液；(b)湿度敏感材料制备在衬底的正面：将步骤(a)得到的疏水性油状混合液在90
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110℃条件下旋涂在衬底的正面，然后自然冷却至室温；(c)采用蒸镀工艺或溅射工艺或射频磁控溅射工艺在衬底的背面制备得到第三电极；(d)采用掩膜版，通过蒸镀工艺或溅射工艺或射频磁控溅射工艺在衬底的正面的湿度敏感材料上制备得到第一电极和第二电极；可选地，步骤(c)调整到步骤(a)之前。
技术总结
本发明揭示了一种无存储模块的湿度传感器芯片，该湿度传感器芯片包括湿度敏感模块、测量电路模块、微处理单元MCU；湿度敏感模块包括湿度敏感材料、衬底、第一电极、第二电极和第三电极；湿度敏感材料、衬底、第一电极、第二电极和第三电极构成三电极结构的湿度敏感型电容
技术研发人员：尹海宏 施天宇 王志亮 宋长青 印川 赵晨媛
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2020.01.07
技术公布日：2021/11/2