CN101322020A - 无线压力传感器及其形成方法 - Google Patents

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CN101322020A CN200680045328.9A CN200680045328A CN101322020A CN 101322020 A CN101322020 A CN 101322020A CN 200680045328 A CN200680045328 A CN 200680045328A CN 101322020 A CN101322020 A CN 101322020A
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Abstract

一种压力传感器系统，包含集成在基底中的压力传感电容器和电感器。所述压力传感电容器包含用于检测压力差的导电隔膜和通过形成在基底中的预定间隙与隔膜分离开的电极。所述电感器和压力传感电容器形成无源电感性－电容性(LC)振荡电路。以感应方式耦合到所述压力传感器电感器线圈的远程询问电路可以用于无线检测LC振荡电路的谐振频率的变化。使用逐层加工技术制造所述整体集成的压力传感器结构。

Description

无线压力传感器及其形成方法
技术领域
本发明的实施例总的来说涉及传感器，尤其涉及电容压力传感器和制造这种传感器的方法。本发明的实施例此外还涉及一次性压力传感器和用于远程检测压力的无线传感器。此外，本发明的实施例涉及微机电系统(MEMS)的压力传感器和微结构加工方法。
背景技术
在单次使用类型的应用中，例如医疗系统和仪器，需要能够以具有成本效益方式实现的一次性传感器。典型的压力传感器不太适合于这样的应用，因为组件数量相对较多、材料和/或操作必需品昂贵，和生产传感器和将其集成在应用仪器或设备中所需的制造-处理的步骤数量多。
尤其是，能够以无源方式操作而不需要专用局部电源和相关电路的无线压力传感器是作为一次性压力传感器最佳选择。以无线方式从传感器获得数据降低了传感器连接的成本，使得更易于将传感器集成为一次性/日用品部件，并且改善了最终应用中部件的处理和/或可交换性。而且，通过排除对制造和断开机械电连接的需求提高了任意的非一次性/多次使用组件的寿命。各种各样的设备被提出用作无源无线传感器，例如石英表面声波(SAW)传感器、聚偏二氟乙烯(PVDF)声波传感器和电感性-电容性(LC)谐振器(振荡)传感器。典型的石英SAW传感器能够准确测量压力，但通常昂贵并且不适合低压(～1巴)应用。PVDF声波传感器已经用于测量压力，但这种类型传感器的性能通常较高程度地依赖于温度和材料性质。LC谐振器(振荡)传感器的电容和/或电感能够改变，其用于多次检测应用，但现有的配置表现出高的材料和制造成本。
持续存在对提供单次使用/一次性压力传感应用中使用的传感器的需求，其可以更加有效地和/或低成本地制造和集成在设备中。类似地，在日用品和消费品应用中需要低成本的传感器用于监测压力。
因而这里公开的实施例致力于解决现有压力传感器的缺点，提供一种适合于很多对价格敏感的应用的低成本一次性压力传感器。
发明内容
提供下面关于本发明的概要是为了帮助对一些本发明所特有的创新性特征的理解，而不是完整的描述。对本发明各个方面的完整评价通过整个说明书、权利要求书、附图和摘要作为一个整体来获得。
因而，本发明的一个方面是提供改进的压力传感器和应用。
本发明的另一个方面是提供一种低成本的压力传感器。
本发明的再一个方面是提供一种适合于医疗应用的低成本压力传感器，例如用于体外血液监测和治疗设备。
本发明一个其它方面是提供一种形成低成本压力传感器的方法。
如这里所描述的，下面可以获得本发明前述的方面以及其它的目的和优点。
根据一个方面，压力传感器系统具有一起集成在基底或外壳中的压力传感电容器和电感器。所述压力传感电容器具有集成在或者形成在所述基底中的隔膜，该隔膜至少部分地由导电材料制成，用于检测压力差。在所述基底中形成有电极，该电极以形成在所述基底中的预定间隙与所述隔膜分离。压力传感电容器和同样形成在所述基底上或基底中的电感器一起构成LC振荡电路。当电磁信号施加到所述压力传感器时，可以检测LC振荡电路的谐振频率以实现对施加到所述隔膜的压力差的确定。
通过将所述压力传感电容器和电感器形成在相同基底中，减少了组件的数量以及生产所述传感器所需的制造步骤，从而能够提供一种低成本的无线压力传感器。
而且，所述压力传感电容器和所述电感器可以整套包含在所述基底中，从而形成易于使用的集成封装(package)。因此，与基底或芯片必须在使用之前封装的常规传感器情况不同，这里所述的传感器不需要进一步的封装。
在相同的基底上或其中同样提供有用于对压力感应介质(压力连接器)进行机械密封的表面，以及用于将传感器暴露于参考压力以进行压力差测量的装置。
形成在导电材料、例如金属层中的电感器可以形成为单层线圈而非多层线圈，以便减小传感器的寄生电容。同样，单层线圈的使用进一步减少了生产传感器所需的制造步骤，因而降低了传感器成本。
隔膜可以为金属层或薄片的形式。作为替代，隔膜可以为非导电薄片的形式，例如玻璃、陶瓷或聚合物薄片，在其上形成有导电层，例如金属层。
形成隔膜所使用的金属层或薄片可以由铜、铍-铜、不锈钢、银或铝或者其它合适的金属或金属合金制成。
相应的固定电极也可以为金属层的形式，例如铜(Cu)、铝(Al)、或银(Ag)层或者其它合适的金属或其合金。
隔膜和/或电极也可以镀以金(Au)、镍(Ni)、铬(Cr)、银(Ag)或者其它合适金属或及其合金的层或层的组合，以便实现高抗腐蚀性和低阻抗电连接。
所述金属层或镀层可以通过金属化步骤形成，例如物理气相沉积。作为替代，对于基于陶瓷的基底可以使用装满金属的印刷墨水来形成金属化。
可以在隔膜上布置保护层，用于将所述隔膜和外部压力感应介质进行化学隔离。所述保护层可以与外壳/基底的建立整体形成，或者在整体形成之前作为单独的层形成在隔膜的一侧或者两侧。
基底可以由聚合物、陶瓷或其它绝缘材料以逐层加工步骤的方式形成。如果使用聚合物形成基底，则可以通过光敏聚合物材料的微立体光刻术(microstereolithography)处理将所述基底形成为连续结构。如果需要，可以在基底中包含一层玻璃/陶瓷或者类似的非导电材料以便使基底坚硬。如果使用陶瓷形成整个基底，那么可以通过丝网印刷步骤或者通过陶瓷片的叠置将基底形成为连续结构。
可以在基底上或基底内包含校准电容器并且将其电耦合到压力传感电容器，从而可以对传感器进行校准/调谐。所述校准电容器可以具有以频率相对压力测量为基础所选择的数值，从而降低对于预定数值的压力传感器灵敏度。校准电容器可以是激光调谐电容器，因此其可以被激光调谐到所选的数值。
可以在隔膜和电极之间安排绝缘区域或层，用于限制隔膜的位移以及防止满压或过压情况下压力传感电容器的电短路。
传感器系统可以包含询问电路，用于发射询问电磁信号到电感器线圈(感应耦合)并且确定传感器LC振荡的谐振频率。这样的询问电路可以由天线线圈(回路)、振荡器和负载检测电路组成。
在另一个方面，电容压力传感器具有传感电容器和用于检测压力差的隔膜，所述压力传感电容器具有形成为连续结构的基底，所述隔膜集成在基底中并且至少部分地由导电材料形成。电极也集成在基底中，并且以形成在基底中的预定间隙与隔膜分离。在基底中还集成有电感器，其是单层线圈的形式。电感器和压力传感电容器形成LC振荡电路。当电磁信号施加到压力传感器时，可以检测LC振荡的谐振频率的变化以确定所施加到隔膜的压力差的变化。基底可以由聚合物或陶瓷以逐层加工步骤的方式制造。
在再一个方面，一种制造压力传感器的方法包括：形成基底材料的第一部分，在基底材料的第一部分上形成电感器线圈，在基底材料的第一部分和电感器线圈上形成基底材料的第二部分，在基底材料的第二部分上形成电极，在基底材料的第二部分上形成基底材料的第三部分，第三部分以台阶或肩部形式布置以形成邻近电极的预定间隙，在基底材料的第三部分上放置导电隔膜，隔膜和电极以预定间隙分离，在基底材料的第三部分和隔膜上形成基底材料的第四部分，从而隔膜固定到第三部分，基底材料的第一、第二、第三和第四部分形成基底，在隔膜和电感器线圈之间形成第一导电互连，以及在电极和电感器线圈之间形成第二导电互连。
基底材料的部分可以通过以下步骤形成：提供光敏聚合物材料，提供用于限定所述部分的基底光掩模，使用光掩模对光形成图案，将光敏聚合物材料暴光于形成图案的光以便逐层形成所述部分。
所述隔膜可以由放置在第三部分上的金属薄片形成。
第一和第二导电互连可以通过以下步骤形成：提供用于限定开口互连通道的互连光掩模，使用互连光掩模对光形成图案，将光敏聚合物材料暴光于形成图案的光以便形成具有所述开口通道的部分，在通道中沉积金属以形成第一和第二导电互连。
可以通过在第二部分上沉积金属形成电极。可以通过在第一部分上沉积金属形成电感器线圈。
制造电容压力传感器的方法可以包括在基底所述第一部分的下侧上放置调谐电容器，并且将调谐电容器电连接到电极和电感器线圈。在使用激光调谐电容器的情况下，可以在第一基底部分附上基底材料的额外部分，以便封装除了用于激光访问的窗口之外的调谐电容器。
附图说明
在附图中，所有各个视图中相似的标记指代相同的或功能类似的单元，这些标记结合在说明书中并且构成其一部分，进一步说明本发明并且与本发明的详细描述一起用于解释本发明的原理。
图1说明了从根据优选实施例的压力传感器的上面取得的透视图；
图2说明了图1中压力传感器的透视图，其中切除了传感器的一部分；
图3说明了沿着图1所示压力传感器的A-A线取得的截面图；
图4说明了图1中压力传感器的平面图，省略了电极和调谐电容器；
图5说明了图1中压力传感器以感应方式耦合到询问单元的天线线圈(回路)的等效电路图；
图6到14说明了在压力传感器制造步骤中处于各个阶段的压力传感器的截面图；以及
图15说明了根据另一个实施例的压力传感器的截面图。
具体实施方式
参见附图图1，其说明了依照一个实施例的压力传感器的透视图，压力传感器1具有集成在基底2上的隔膜3。在这个特定实施例中，压力传感器具有环形构造，然而本领域技术人员应当理解，传感器可以具有不同的外形和形状。
图2说明了与图1相同的视角但切掉传感器的一部分，图3说明了沿着图1中传感器的A-A线的截面图，如在图2和图3中最佳显示的，隔膜3形成为固定在凹槽10内的导电层或片，该凹槽10形成在基底2的最高部分中。固定电极7也位于凹槽中，在隔膜之下且与隔膜同心并且与其间隔开，从而预定的空气间隙或空腔4将隔膜和电极分开。形成在基底中的通道或通孔9连接空腔4到大气。
隔膜3、电极7和在其之间的预定空气间隙或空腔4一起构成压力传感电容器11，其中空腔和外部压力感应介质50之间压力差的变化改变了隔膜的变形，并且因此改变了固定电极和隔膜之间的电容。
在基底2中形成的电感器线圈5间隔离开压力传感电容器11，并且通过外部导电连线8和内部导电连线12与压力传感电容器11电连接，该外部导电连线8将隔膜3连接到线圈的外侧端，而内部导电连线12将线圈的内侧端连接到电极7。图4说明了压力传感器1的平面图，显示了线圈5和隔膜3，并且为了清楚而省略了电极7和调谐电容器6。如下面将更加详细地描述的，压力传感电容器11和电感器5一起构成LC振荡电路，其可以感应地耦合到相关联的询问电路，用于远程检测空腔4和外部介质50之间压力差的变化。
通过将压力传感电容器11和电感器5构成在同一个基底2之上或者其中，组件的数量和生产传感器所需的制造步骤得以减少，使得能够提供低成本的无线压力传感器。
基底2由适合于微加工的聚合物构成。可以使用替代基底材料，其对于装配压力传感器1来说是足够得刚性以防止空腔4的变形，并且可以在压力传感电容器11和电感器5的部件之间提供所需的电隔离。例如，陶瓷或者包括半导体的其它绝缘材料可以代替聚合物用作基底材料。当使用聚合物时，其厚度应该是大约1mm或者更厚以便提供必要的刚性。作为替代或者补充，基底可以包含一层玻璃或者其它类似的材料以提高硬度。
这个实施例中的隔膜3由板组成，所述板由金属的光蚀刻薄辊轧片构成，其中金属例如铜、铍-铜、不锈钢(例如17-7PH)、铝或者替代物。隔膜片必须具有大于空腔4的直径的直径。作为替代，隔膜可以由玻璃层或者其它绝缘材料层构成，该玻璃层或者其它绝缘材料层具有布置在其上的导电层、例如金属。
对于图1中所示的实施例，可以选择对于给定的材料或材料组合的隔膜的尺寸，从而该隔膜具有足够的硬度以便在传感器响应所需的最大压力差下偏离量小于空腔的厚度。例如，基于具有大约+1到-1barg的工作压力范围的大约10μm的空腔厚度，直径大约5mm的金属隔膜应当具有大约100微米的厚度。为了允许低阻抗电连接到隔膜，导电层可以被镀以Au、Ni、Cr、Ag、替代物或者其组合。
可以在隔膜3和电极7之间形成聚合物或其它绝缘材料的附加薄层(未示出)，以防止在全刻度压力或过度压力情况下发生短路。例如，附加层可以形成在电极的上表面上。
在这个特定实施例中，电感器5被设计为与隔膜共轴放置的平面线圈，从而易于制造、总尺寸最小并且易于与询问天线对准。线圈被形成为嵌入基底2中的单层，以最小化寄生电容。同样，使用单层线圈进一步减少了生产传感器所需的制造步骤，进而降低了传感器成本。然而，线圈可以改为采用多层的形式，并且/或者可以布置在基底的表面上。
在图1的实施例中，隔膜3、电极7、电感器线圈5和电互连线8、12整套装配在基底内，从而基底本身起到传感器外壳的作用，由此构成现成可用的集成封装。因此，不需要额外的传感器封装，与传统传感器中必须在使用之前对基底或芯片进行封装的情况不同。
压力传感器1可以通过各种微加工工艺被制造，例如通过微立体光刻技术和聚合物材料印刷、或陶瓷材料印刷中的逐层沉积工艺，或者使用半导体技术领域中所用的微加工技术。
快速原型法(rapid prototyping)广泛用在需要制造三维原型的汽车和航天工业和其它技术领域。尤其是，通过将由液态树脂的光诱导和空间溶解(space-resolved)聚合获得的规定数量的层叠加到固态聚合物中，使用微立体光刻机械来建造小尺寸、高分辨率的三维对象。在Arnaud Bertsch等2003年发表于Material Research Society Symp.Proc.第758卷LL1.1.1-13页的文章“Microstereolithography：aReview”中提供了微立体光刻技术的非限定性例子。
优选的大产量制造方法是以“整体”微立体光刻技术方法为基础的技术，由此通过暴露于穿过掩模或动态图案生成器的光来将液态单分子体逐层地选择性地硬化。在整体微立体光刻技术中，对象的每个层都是在一个照射步骤中制造，通过将其图像投射在光致聚合树脂上，而不是通过如逐个向量的微立体光刻技术加工中将光束精细聚焦在一个点上。图案产生器或者光掩模使光线成形，从而其可以包含待固化的层的图像。以与立体光刻技术中相同的方式完成构成对象的不同层的叠加。
如下面将更加详细描述的，为了加工依照一个实施例的压力传感器1，使用了以微立体光刻技术为基础的商业可获得的制造工艺。尤其是，中断聚合物结构的阶梯式生长以便放置每个组件，在此情况中为隔膜，如果需要则随后继续使用表面安装调谐电容器和液态单分子体的聚合来将每个组件密封在结构中。此外，中断阶梯式生长以允许通过金属沉积形成互连、电极和线圈。
加工压力传感器的一种微立体光刻技术是由德国的microTEC GmBH开发的Rapid Micro Product Development RMPDTM，其中“RMPD掩模”与3D芯片尺寸封装(3D-CSP)一起使用。
1998年4月19日公布给Reiner Goetzen的名称为“Mfg.Micro-mechanical and micro-optical components”的DE4420996C2对工序进行了详细描述，使用该工序在两个平行的板之间由于表面张力而保持少量的液态光硬化塑料，两个板中至少之一可以透过电磁波，该文献通过引用结合至此。对可透过电磁波的板下面的塑料液体表面进行照明，例如使用穿过所述可透过板的激光束，由此将激光束导向通过与3D计算机生成的结构模型的截面一致的表面。激光束按照3D层模型将塑料液体逐层硬化，由此板之间的距离每次增加大约一个层的厚度，从而新的塑料材料由于表面张力可以独自流入硬化层和板之间形成的间隙。以此方式，可以准确地产生微米范围内的结构。
系统组件通过液态、光硬化塑料的逐层固化进行机械和电互连的常规工序根据1999年11月11日公布给Reiner Goetzen的名称为“Improved  manufacture of micromechanical and micro opticaldevices”的DE19539039C2是已知的，通过引用将其结合至此。
同样通过引用将2005年3月14日公布给Reiner Goetzen等的名称为“Mechanical and electric coupling integrated circuits”的DE19826971C2结合至此，其涉及通过液态、光硬化塑料的逐层固化进行系统组件的机械和电互连工序，这些系统组件比如集成电路(IC)和其它有源/无源电子以及用于生产复杂电子、电-光、电-声或电-机械系统的机械系统组成部件，由此在模块的逐层加工过程中为容纳系统组件生成凹槽，以及为容纳嵌入系统组件之间的导电互连生成互连通道。
依照DE19826971C2所描述的工序，首先通过液态、光硬化塑料的逐层固化，为容纳IC形式的系统组件产生具有凹槽的基础模块。然后将IC插入凹槽，并且通过依照上述工序的基础模块的进一步逐层结构进行锁闭，从而将IC嵌入。同时在从IC的啮合面(结合面)到基础模块的表面生成互连通道。这些结合面可以任意排列在芯片上，并且具有接近20μm×20μm的尺寸。
在DE19826971C2进一步的工序中，通过蒸发、例如通过气相沉积，将目前为止所产生的基础模块的最高表面进行涂覆导电材料，由此通向结合面的通道壁也同样被涂覆，从而制成与结合面的电互连。用于导电通道的掩模同样通过液态、光硬化塑料的逐层固化来生产。通过例如等离子侵蚀，完全移除导电条带掩模并且至少部分地移除周围的引线材料(leading material)。
在DE19826971C2工序的进一步步骤中，现有基础模块被逐层建立，由此再次产生用于容纳一个或多个组件的至少一个凹槽，并且同时产生所需的结合通道。在将适当的组件插入一个和/或多个凹槽之后，进一步逐层建立模块，由此将凹槽锁闭并且将组件嵌入。
在2005年10月19日发布的Reiner Goetzen的名称为“Method forproduction of Three-Dimensionally arranged conducting andconnecting structures for volumetric and energy flows”的美国专利6805829B2中可以找到RMPDTM加工工艺的另一个例子，通过引用将其结合至此。
用于RMPDTM的材料为丙烯酸脂(尤其是聚甲基丙烯酸甲酯-PMMA)或环氧树脂。对于这一设计，为了刚性基底结构并且也为了与隔膜和金属化材料的良好粘附特性，这样的材料应当选则为具有高的杨式模量。
下面将参照图6到14说明依照一个实施例的使用微加工工艺加工压力传感器1的方法。
最初，产生包含切片2D层的3D CAD模型，用于限定UV曝光所需的光掩模以及用于设定待生长的聚合物和金属层的厚度。可以使用动态图案生成器来代替光掩模。
最初，通过将光敏聚合物曝光于由光掩模构图的光来完成光致聚合步骤，以生长外壳或基底的最低部分2a，这个部分显示于图6的截面图中。光掩模留下互连通道15、16和通孔通道9的开口(参见图12)。在图6所示的例子中，基底具有6mm的直径，并且使用具有大约3000MPa杨式模量的刚性光敏聚合物进行生长。
一旦生长成最低部分2a，中断聚合步骤从而可以使用构图掩模通过例如物理气相沉积的金属化步骤在部分2a的上表面上形成电感器线圈5。该线圈被设计为提供适当的谐振频率f、低寄生电容和高品质因数Q值，其中f反比例于
Figure A20068004532800121
，而Q反比利于
Figure A20068004532800122
。在这个特定例子中，线圈被形成为具有4.5mm直径、11匝、30μm的轨道间距、60μm的轨道宽度和15μm的厚度的单一铜层，从而对于工作于频率范围50-100MHz的传感器可以获得适当的电感器数值～500nH。图7说明了在通过金属化步骤形成线圈之后基底部分2a的截面图。
其后，恢复聚合步骤以使得聚合物层被叠加在基底部分2a和线圈5上，由此将线圈嵌入基底中同时保留互连通道开口。
继续聚合步骤，如图8中所示，形成第二基底部分2b，保留互连和通气通道开口。在形成基底部分2b之后，再次中断聚合步骤，这次是为了在基底部分2b的上表面上形成电极7，其与线圈同轴，如图9中所示。在图9的例子中，通过5μm厚度的铜层的沉积形成电极。在金属化步骤中使用掩模以留出直通的通道(通气)开口。
在电极7的形成之后，恢复聚合步骤，使用光掩模以在基底部分2b的外围上形成环形台阶2c，由此在电极7上面的基底中定义凹槽或空腔4，如图10中所示。如果需要，在形成环形台阶2c之前，可以在整个电极7上面继续聚合步骤以形成绝缘层(未示出)，以防止在高的正向压力施加到隔膜时在隔膜3和电极之间出现短路。这样的层也可以起到机械过压停止的作用，在隔膜朝向电极移位时限制灵敏性增加以及隔膜和聚合物-隔膜界面中的机械应力。
其后，再一次中断聚合步骤从而可以与电极7同轴地在基底上放置金属隔膜3。隔膜的外围被支撑在环形台阶2c上，从而在电极7和隔膜之间存在空气间隙，如图11中所示。间隙是由环形台阶2c的高度预定的。在图11所示的例子中，间隙为10μm厚并且具有4.4mm的直径。
隔膜3可以通过冲压或者通过光蚀刻形成，以形成松散连接的多个隔膜的大面积阵列。形成隔膜阵列允许以成批的方式或者连续线卷轴-卷轴方式制造压力传感器1。隔膜可以由辊轧的金属片形成。可以在片上使用光蚀刻步骤以形成金属隔膜的阵列，金属隔膜之间通过相同材料的窄条带连接，使得在传感器制造之后易于单个化分离。可以在制造过程中在片区域施加恰当的力，以便保证隔膜周围的所有区域和环形台阶2之间的紧密接触。
在图11所示的例子中，使用具有5.1mm直径、71μm厚度的铜-铍隔膜和用于互连到外部互连8的接头。
在隔膜3的放置之后，再次恢复聚合步骤，在环形台阶上建立多个层以将隔膜外围保护在基底中，形成最上面的基底部分2d，这提供装配表面以用于对压力容器或类似组件的密封(参见图12)。例如，可以通过柔韧性环氧化物将基底结合到内部待测压力的腔，由此形成简单的压力连接。作为替代，例如如图15中所示的，可以使用“O”环密封将压力传感器密封到不固定外壳(fluid housing)。
如果需要，可以在隔膜3上面形成用于附加的介质绝缘的保护区域(未示出)以便将隔膜和介质绝缘。可以使用与基底的其它部分相同的聚合物或者作为替代的不同聚合物或硅酮橡胶通过聚合步骤形成保护区域。作为替代或者附加的，可以在隔膜上形成涂覆层，例如聚对亚苯基二甲基、硅树脂、PTFE(聚四氟乙烯)。
一旦建立基底部分2d并且已经形成任何保护区域，将基底翻转从而可以通过开口互连通道15、16的金属化以导电通路的形式提供外侧和内侧互连8、12(图12)。在图13中以截面图显示了互连形成之后产生的结构。其后，在基底上放置表面安装焊盘(未示出)以与互连8、12相连。
然后可以将表面安装激光调谐电容器6装配在焊盘上，并且应用金属喷镀以将焊盘和电容器电连接，如图14所示。然后可以使用聚合步骤建立聚合物层(未示出)，以便将激光调谐电容器集成，保留校准过程中用于激光调谐的窗口，如下面将更加详细解释的。
为了大量一次性传感器的可互换性，需要对偏移/零值变化和灵敏性变化进行校正，前者主要由空气间隙变化以及寄生电容和电感变化控制，后者主要由隔膜厚度容限和空气间隙变化控制。一种优选的零值校正方法简单地为：在应用中测量未知压力之前即刻测量0bar g大气压力下的传感器谐振频率，并且进而在询问电路中将所测的偏移量应用到适当的补偿算法，即单点校正或自动调零。对于应用环境中无法提供的灵敏性校正、即两点校正，需要分立的调谐电容器6。
参见图5，其说明了调谐电容器6，以及图1中压力传感器电路布置和相关询问单元30的读取天线35。与压力传感电容器11并列电连接的调谐电容器6具有以制造过程中所进行的频率对比压力测量为基础选择的数值，以减小对可以由询问单元获知的预定数值的敏感性。
对本领域技术人员来说显而易见，也可以使用其它校准/调谐校正方法，包括但不限于灵敏性和/或偏移校准因子的存储，比如光学条形码或RFID设备或类似的数字无线设备。通过这样的校准，为了提高广泛操作状态的精确性，也可以计入温度效应。
在图6到14所示的压力传感器1制造方法中，通过施加已知压力并且测量传感器输出对压力传感器进行校准。可以使用激光对激光调谐电容器6、例如Johanson Technology公司的LASERtrimTM芯片电容器进行调谐，直到提供所需的输出。作为替代，在将电容器6装配在基底上之前，可以通过施加已知压力、测量输出并且计算提供所期望灵敏度所需的电容来对压力传感器进行校准。然后可以选择具有所需电容的电容器并且焊接到基底。如果需要，可以以预定灵敏性数值的范围为目标，并且可以根据在大气压力下测量的频率由询问电路选择适当的范围。
为了完成压力传感器1的制造，可以在基底上应用钝化层(未示出)(例如聚对亚苯基二甲基、硅树脂、PTFE(聚四氟乙烯)涂覆层)，用于调谐电容器和互连线的环境绝缘。
可以使用其它的RMPDTM方法对压力传感器1进行校准，例如可以通过聚合步骤形成基底而不形成空腔4和通路孔9。可以替代使用“RMPD-multimat”，其中通过在这些区域中首先沉积第二种聚合物来形成空腔4和通路孔9，其优选通过化学蚀刻或溶剂进行移除。
在根据再一个实施例的制造压力传感器的方法中，使用陶瓷和装载金属的墨水为替代材料形成压力传感器1，例如在低温共烧结陶瓷技术(LTCC)中使用的那些材料。在2005年2月24日公开的Amir I.Zaghloul的名称为“LTCC-Based Modular MEMS Phased Array”的美国专利申请公开号No.2005/0040988A1中提供了这种陶瓷制造技术的一种非限定性例子，通过引用将其结合至此。用于基于陶瓷的结构的适当大批量制造方法的另一个非限定性例子是大批量印刷成形法(HVPFTM)，在公开于2004年9月2日的Taylor等人的名称为“High Volume Print-Forming System”的美国专利申请公开号No.2004/0170459A1中描述，通过引用将其结合至此。HVPFTM由3698-A Haven Avenue，Redwood City，CA 94063的EoPlexTechnologies公司提供。在这种情况下，可以由第二牺牲(或“负性”)材料形成空腔和对大气的参考，所述第二牺牲材料在完成外壳和金属化的所有其它层之后选择性地被移除。
下面将参照图1和5描述压力传感器1的操作方法，用于测量外部介质50和空腔4之间的压力差。当传感器处于其工作位置，从询问单元30的读取天线31将询问电磁信号传送到电感器线圈5，优选是以垂直于线圈的平面的方式进行，从而在其中引起单向电流。传感器LC电路对读取天线线圈31的耦合阻抗由询问单元分析，以远程检测传感器LC电路的谐振频率。这种询问电路的一个非限定性例子将使用grid-dip振荡器电路以允许确定传感器谐振频率。由空腔4和外部介质50之间压力差的变化引起的压力传感电容器11的电容变化，其作为谐振频率的对应变化被询问单元远程检测。以无线方式从压力传感器获得数据，降低了传感器的成本，使得传感器更易于集成在一次性/日用品部件中并且更加便宜，改善了最终应用中部件的处置和/或可交换性，而且通过免除制造和断开机械电连接的需要而提高了任何非一次性/多次使用组件的寿命。
图15说明了依照另一个实施例的压力传感器20的截面图。压力传感器20类似于压力传感器1，其具有基底22、隔膜23、电极27、空腔或间隙24、导电互连28和32以及调谐电容器26，以类似于图1中压力传感器元件的方式布置。然而在这个实施例中，通过逐层聚合步骤将调谐电容26集成在基底中。此外，在隔膜上面形成保护性区域35用于附加的介质绝缘，以将隔膜23和介质36绝缘。使用与基底22的其余部分相同或替代的聚合物，保护性区域35通过聚合步骤整体形成在基底22中。通过聚合步骤在最顶部基底部分的上表面形成环形槽34，为“O”形环33提供位置，该环用于将传感器密封到具有整体夹子38的不固定外壳。也可以使用将传感器密封到不固定外壳的替代方法，例如使用粘合剂、柔性环氧树脂固定、超声焊接、激光焊接等。作为另外的替代，传感器可以包含在介质36中并且将下表面密封，使通气孔29暴露于大气，同时隔膜23的上表面经受介质36的压力，如前所述。
上面所进行的说明并非穷举的，也不是为了限定本发明的范围。在不脱离下面权利要求范围的情况下根据上面的教导可能进行很多修改和变化。本发明的使用可以设想包含具有不同特性的组件。本发明的范围确定为由所附的权利要求限定，在所有方面允许承认全部等价物。
这里所说明的实施例和例子是为了最好地解释本发明和其实际应用，从而允许本领域技术人员制造和使用本发明。然而本领域技术人员应当认识到，前述的说明和例子仅用于说明和例子的目的而展现。其它的变形和修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且所附权利要求意图覆盖这样的变形和修改。

Claims (10)

1.一种压力传感器系统，包括：
压力传感电容器，其包括：
基底或外壳
隔膜，其形成在所述基底上或者容纳在所述基底中，用于检测压力差，所述隔膜包括导电材料，以及
电极，其形成在所述基底上或者所述基底中，所述电极通过形成在所述基底中的预定间隙与所述隔膜分开，以及
电感器，其形成在所述基底上或者所述基底中，所述电感器和所述压力传感电容器形成LC振荡电路，
由此当施加电磁信号到压力传感器时，所述LC振荡电路的谐振频率的变化能够被检测以确定施加到所述隔膜的压力差的变化。
2.权利要求1所述的系统，其中所述压力传感电容器和所述电感器整套包含在所述基底中，由此形成易于使用的集成封装。
3.权利要求1所述的系统，其中所述电感器包括作为在所述基底上或者基底中的至少一个层而形成的电感器线圈。
4.权利要求1所述的系统，其中所述隔膜进一步包括金属层或板以及可选的玻璃层或板。
5.权利要求4所述的系统，进一步包括：保护层，其用于保护所述隔膜不受压力感应介质的影响，所述层整体形成在所述基底中或者作为单独层形成在所述隔膜上。
6.一种电容压力传感器，包括：
压力传感电容器，其包括：
基底，其被形成为连续结构，
隔膜，其集成在所述基底中，用于检测压力差，所述隔膜包括导电材料，以及
电极，其集成在所述基底中，所述电极通过形成在所述基底中的预定间隙与所述隔膜分离开，以及
电感器，其形成为集成在所述基底中的至少一层线圈，所述电感器和所述压力传感电容器形成LC振荡电路，所述压力传感电容器和所述电感器整套包含在所述基底中，由此形成易于使用的集成封装；
由此当施加电磁信号到所述压力传感器时，所述LC振荡电路的谐振频率的变化能够被检测以确定施加到所述隔膜的压力差的变化。
7.一种制造压力传感器的方法，包括以下步骤：
形成基底材料的第一部分，
在基底材料的所述第一部分上形成电感器线圈，
在基底材料的所述第一部分和所述电感器线圈上形成基底材料的第二部分，
在所述基底材料的所述第二部分上形成电极，
在基底材料的所述第二部分上形成基底材料的第三部分，所述第三部分以台阶或肩部形式布置以形成邻近于所述电极的预定间隙，
在基底材料的所述第三部分上形成导电隔膜，所述隔膜和所述电极通过所述预定间隙被分离开，
在基底材料的所述第三部分和所述隔膜上形成基底材料的第四部分，从而所述隔膜被固定到所述第三部分，基底材料的所述第一、第二、第三和第四部分形成基底，
在所述隔膜和所述电感器线圈之间形成第一导电互连，以及
在所述电极和所述电感器线圈之间形成第二导电互连。
8.权利要求7所述的方法，其中形成所述基底材料的所述各部分的步骤包括：
提供光敏聚合物材料，
提供基底光掩模，用于限定所述各部分，
使用所述光掩模对光形成图案，
将所述光敏聚合物材料暴露于所述形成图案的光以便逐层形成所述各部分。
9.权利要求7所述的方法，其中形成所述第一和所述第二导电互连的步骤包括：
提供互连光掩模，用于限定开口互连通道，
使用所述互连光掩模对光形成图案，
将所述光敏聚合物材料暴露于所述形成图案的光以便形成具有所述开口通道的所述各部分，
在所述通道中沉积金属以形成所述第一和所述第二导电互连。
10.权利要求9所述的方法，其中形成所述电极的步骤包括：
在所述第二部分上沉积金属。
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