一、发展趋势

在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法，早已无法满足现代科技发展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其他因素（大气压强、温度）的影响。此外，湿度的标准也是一个难题。国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。

近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度/温度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。

二、特性分类

线性电压输出式集成湿度传感器

典型产品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。

线性频率输出集成湿度传感器

典型产品为HF3223型。它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%RH时的输出频率为8750Hz（型值），当相对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。

频率/温度输出式集成湿度传感器

典型产品为HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，还增加了温度信号输出端，利用负温度系数（NTC）热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从NTC端引出，配上二次仪表即可测量出温度值。

单片智能化湿度/温度传感器

2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11、SHT15型智能化湿度/温度传感器，其外形尺寸仅为7.6（mm）×5(mm)×2.5（mm），体积与火柴头相近。出厂前，每只传感器都在温度室中做过精密标准，标准系数被编成相应的程序存入校准存储器中，在测量过程中可对相对湿度进行自动校准。它们不仅能准确测量相对温度，还能测量温度和露点。测量相对温度的范围是0～100%，分辨力达0.03%RH，最高精度为±2%RH。测量温度的范围是-40℃～+123.8℃，分辨力为0.01℃。测量露点的精度<±1℃。在测量湿度、温度时A/D转换器的位数分别可达12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高测量速率，减小芯片的功耗。SHT11/15的产品互换性好，响应速度快，抗干扰能力强，不需要外部元件，适配各种单片机，可广泛用于医疗设备及温度/湿度调节系统中。

三、封装方法

湿度传感器由于其工作原理的限制,必须采取非密封封装形式,即要求封装管壳留有和外界连通的接触孔或者接触窗,让湿敏芯片感湿部分和空气中的湿汽能够很好的接触。同时,为了防止湿敏芯片被空气中的灰尘或杂质污染,需要采取一些保护措施。目前,主要手段是使用金属防尘罩或者聚合物多孔膜进行保护。下面介绍几种湿度传感器的不同封装形式。

1.晶体管外壳(TO)封装

目前,用TO型封装技术封装湿敏元件是一种比较常见的方法。TO型封装技术有金属封装和塑料封装两种。金属封装先将湿敏芯片固定在外壳底座的中心,可以采用环氧树脂粘接固化法;然后在湿敏芯片的焊区与接线柱用热压焊机或者超声焊机将Au丝或其他金属丝连接起来;最后将管帽套在底座周围的凸缘上,利用电阻熔焊法或环形平行焊法将管帽与底座边缘焊牢。金属管帽的顶端或者侧面开有小孔或小窗,以便湿敏芯片和空气能够接触。根据不同湿敏芯片和性能要求,可以考虑加一层金属防尘罩,以延长湿度传感器的使用寿命。

2.单列直插封装(SIP)封装

单列直插封装(SIP)也常用来封装湿度传感器。湿敏芯片的输出引脚数一般只有数个,因而可以将基板上的I/O引脚引向一边,用镀Ni、镀Ag或者镀Pb-Sn的“卡式”引线(基材多为Kovar合金)卡在基板的I/O焊区上,将卡式引线浸入熔化的Pb-Sn槽中进行再流焊,将焊点焊牢。根据需要,卡式引线的节距有2.54 mm和1.27 mm两种,平时引线均连成带状,焊接后再剪成单个卡式引线。通常还要对组装好元器件的基板进行涂覆保护,最简单的是浸渍一层环氧树脂,然后固化。最后塑封保护,整修毛刺,完成封装。

单列直插封装的插座占基板面积小,插取自如,SIP工艺简便易行,适于多品种,小批量生产,且便于逐个引线的更换和返修。

3.小外形封装(SOP)

小外形封装(SOP)法是另一种封装湿度传感器的方法。SOP是从双列直插封装(DIP)变形发展而来的,它将DIP的直插引脚向外弯曲成90°,变成了适于表面组装技术(SMT)的封装。SOP基本全部是塑料封装,其封装工艺为:先将湿敏芯片用导电胶或环氧树脂粘接在引线框架上,经树脂固化,使湿敏芯片固定,再将湿敏芯片上的焊区与引线框架引脚的键合区用引线键合法连接。然后放入塑料模具中进行膜塑封装,出模后经切筋整修,去除塑封毛刺,对框架外引脚打弯成型。塑料外壳表面开有与空气接触的小窗,并贴上空气过滤薄膜,阻挡灰尘等杂质,从而保护湿敏芯片。相较于TO和SIP两种封装形式,SOP封装外形尺寸要小的多,重量比较轻。SOP封装的湿度传感器长期稳定性很好,漂移小,成本低,容易使用。同时适合SMT,是一种比较优良的封装方法。

4.其它封装形式

外部支撑框架是由高分子化合物形成,用预先设计的模子浇铸而成,其设计充分考虑了空间结构,保证湿敏芯片和空气能充分接触。湿敏芯片沿着滑道直接插入外框架,然后固定。从外框架另一端插入外引线,与湿敏芯片的焊区相接(也可以悬空),然后用导电胶热固法将湿敏芯片和外引线连接起来。最后,外框架的正反两面都贴上空气过滤薄膜。过滤薄膜由聚四氟乙烯制成的多孔膜,能够允许空气渗透进入传感器而能阻挡灰尘和水滴。

这种湿度传感器的封装有别于传统的湿度传感器封装,它不采用传统的引线键合的方法连接外引线和湿敏芯片,而是直接将湿敏芯片外引线连接,从而避免了因为内引线的原因而导致的失效问题。同时,它的封装体积较小,传感器性能稳定,能够长时间工作。不过,它对外框架制作要求较高,工艺相对比较复杂。

5.湿度传感器和其它传感器混合封装

很多时候,湿度传感器并不是单独封装的,而是和温度传感器、风速传感器或压力传感器等其它传感器以及后端处理电路集成混合封装,以满足相应的功能需求。其封装工艺为:先将湿敏芯片用导电胶或环氧树脂粘接在基板上,经树脂固化,使湿敏芯片固定。再将湿敏芯片上的焊区与基板键合区用引线键合法连接。然后封盖外壳(材料可选择水晶聚合物)。外壳的表面开有与空气接触的小窗,使湿度敏感元件和温度敏感元件芯片和空气充分接触,而其他部分与空气隔离,密封保护。小窗贴有空气过滤薄膜,以防止杂质的沾污。

LCC封装由于没有引脚,所以寄生电容和寄生电感均较小。同时它还具有电性能和热性能优良,封装体积小,适合SMT等优点。

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