1、 - 1 - 出处： Journal of Sensors, 2010, 10； 3363-3372； 3350 汉字 原位温湿度监测发光二极管传感器的制作方法 Chi-Yuan Lee *, Ay Su, Yin-Chieh Liu, Pin-Cheng Chan and Chia-Hung Lin 机械工程学院，元智燃料电池中心，元智大学，台湾桃园系 ； 摘要： 在这项工作中微温度和湿度传感器被用来测量 发光二极管（ LED）的结温度和湿度。用热敏电阻测量技术来 测量结温 度， 这种方法的缺点是数据采集的时间不受任何标准的规定。 本次调查开发了一种 能稳定和持续测量温度和湿度的设备，该设备
2、重量轻并且 可以实时监测结温湿度。使用微机电系统（ MEMS），本研究尽量减少微温湿度传感器的 不锈钢箔衬底（ 40 微米厚的 SS-304）构造的大小。微温湿度传感器可以固定在 LED 芯片和框架之间。 微温湿度 传感器的灵敏度 分别是 0.06 0.005（ /）和 0.033 PF /相对湿度。 关键字 ： LED； MEMS；灵活的微型温 湿度传感器 DOI: 10.3390/s100403363 1、 引言 发光二 极管是一种环保、低功耗 、寿命长的发光二极管，在第二十一世纪的 照明中引起了一场革命。 他们得到青睐是 因为他们的高可靠性，低功耗， 而且 几乎没有维护 需要 。 在各种
3、设备和计算机中作为信号完整性和操作状态的视觉指示器，他们已经被采用了很长一段时间。 发光二极管是一种固态半导体器件，直接转换电光的能量 ，它是 应用于下一代普通照明 的有力候选。继进一步的改进，发光二极管最近已被确定为照明设备。 因为其优良的颜色饱和度和长寿命， 在越来越多的照明中使用了高亮度 ，大功率 发光二极管 。防止它们过热是设计师们艰巨的任务， 封装的热管理依赖于外部的冷却机制，散热，和热接口。在一个固定的冷却条件下，随着热电阻 的增加，结温的速率增大， 发光效率下降， 因此， LED 封装热阻低有效的热设计是提高 LED 性能的关键 1,2。 交界处的温度会影响到一系列的性能， 二极
4、管的中心波长、光谱、光输出功率和二极管的可靠性直接取决于连接的温度。 目前在一个发光二极管的结温处没有用于测量的仪器 。程 3估计的离子注入 LED 的结温度，利用正向电压法测定，比常规的 LED 的显著降低。 Senewiratne4测量热阻来决定发光二极管的结温，随着驱动电流从 10 增加到 250 毫安。 以及温度，湿度因子显著影响 LED 封装。水分会导致电子封装分层 ，发光二极管 封装用聚合物材料成型，这样的水分扩散到包，因此膨胀，包吸湿后也会 膨胀。此外，水分膨胀（次 CME）的失配系数诱导水力机械应力 封装 - 2 - 5， 谭 6的 研究采用非破坏性故障分析工具和湿度加速测试，
5、混合 了统计分布，频谱分析和参数提取来确定 GaN 的封装白光 LED。 尽管 对所有的封装 集成电路进行湿度检测， 但是， 一些研究已经探索了湿度对封装的 LED 的影响 。此外，封装的 LED应用于多种潮湿的环境， 在这项工作中，灵活的微温湿度传感器被用来监测在现场的发光二极管的温度和湿度。 该传感器被制造在 不锈钢箔衬底（ SS-304，其厚度为 40 m）的 微机电系统（ MEMS）上。 使用这种技术制造的传感器是：（ 1）小，（ 2）高度敏感，（ 3）灵活，但具有精确的测量位置，（ 4）能够被大规模生产，和（ 5）多功能。 2、 方法论 2.1 微型温度传感器理论 在这项研究中，微型
6、温度传感器电阻温度检测器（ RTD）， 对薄膜 RTD 传感器阵列的各种优点，其中包括体积小、精度高、响应时间短、生产能力和质量。 Pt 和Au 是 采用的 传统的 传感材料 I 处的温度传感器，前者价格昂贵，后者具有更高的导电性和弹性。因此，在这项工作中，金是在设备中使用 7 。随着 环境温度的升高，RTD 的电阻也 增大，因为金属导体具有正温度系数（ PTC）。图 1 描述了微温度传感器的结构。 图 1。微温传感器结构。 - 3 - 当 RTD 温度呈线性变化，测得的电阻与温度变化之间的关系可以表示为： 在 RT 代表性 TC ； RI 在我 C 的阻力，和 T 的敏感性（ 1 /C ）。
7、方程（ 1）可以改写为： 2.2 微湿度传感器原理 湿度传感器的三个主要类别是陶瓷，电解质和聚合物为基础的。聚合物为基础的传感器是电容类型或电阻类型。 尽管基于聚合物的传感器的测量范围不如基于陶瓷传感器的大，但是 制造 简单 ，成本低，并且非常准确，因为是用 高度聚合物聚合的 。 这对 一个快速发展的 IC 工艺 是非常有用 的， 该聚合物必须具有高电阻和低的介电常数。由于聚合物的吸收的蒸汽量增加，介电常数的增加和电容的增加，可以使用方程（ 3） 其中 C 为电容（ F） ； 是真空的介电常数 ； 是环境的介电常数 ；A 是电极（ 2）的横截面 面积， d 为两个电极 之间的距离。 图 2。微湿度传感器图的结构
