CN107144378A - Mems压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及MEMS技术领域，提供了一种MEMS压力传感器。该MEMS压力传感器包括衬底，所述衬底中部设有上下贯通的空腔；薄膜，设于所述衬底上方且覆盖所述空腔；介质层，设于所述薄膜上方，所述介质层上设有电感线圈；固定电容，与所述电感线圈相连接。本发明提供的MEMS压力传感器，结构简单，灵敏度高，且电感线圈的电感值计算准确，测试方法简单，能够将压力信号转换为电信号，实现精准的压力测量。
Description
技术领域
本发明属于MEMS技术领域，更具体地说，是涉及一种MEMS压力传感器。
背景技术
微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)，是在半导体制造技术基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。在利用硅微加工技术实现的产品中，压力传感器是发展最早的一类。传统的压力传感器有压阻式，电容式，电感式等。其中电感式压力传感器具有性能稳定，重复性好，线性特性好等特点被广泛应用。然而目前的电感式压力传感器往往灵敏度较低，且电感变化量不易计算，这些方面仍需进一步改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MEMS压力传感器，旨在解决目前电感式压力传感器灵敏度较低且电感变化量不易计算的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种MEMS压力传感器，包括：
衬底，所述衬底中部设有上下贯通的空腔；
薄膜，设于所述衬底上方且覆盖所述空腔；
介质层，设于所述薄膜上方，所述介质层上设有电感线圈；
固定电容，与所述电感线圈相连接。
进一步地，在所述压力传感器的厚度方向上，所述介质层对应的区域包含并大于所述薄膜对应的区域，且所述介质层延伸出所述薄膜的部分与所述固定电容相连接。
进一步地，所述固定电容包括上极板和下极板，所述上极板和所述下极板分别设于所述介质层延伸出所述薄膜的部分的上方和下方。
进一步地，所述下极板底面与所述衬底底面位于同一平面。
进一步地，所述下极板的材质为硅。
进一步地，所述电感线圈为平面电感线圈。
进一步地，所述薄膜的厚度范围为10微米至20微米。
进一步地，还包括基板，所述基板设于所述衬底下方。
本发明实施例提供的MEMS压力传感器的有益效果在于：薄膜受到压力发生形变，致使位于薄膜上方的电感线圈的电感值发生变化，通过固定电容和电感线圈组成LC回路测量得出电感线圈的电感值，从而得到对应的压力值。该MEMS压力传感器结构简单，灵敏度高，且电感线圈的电感值计算准确，测量方法简单，能够将压力信号转换为电信号，实现精准的压力测量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的MEMS压力传感器的剖视示意图；
图2为本发明实施例提供的MEMS压力传感器的电感线圈的俯视示意图；
图3为本发明另一实施例提供的MEMS压力传感器剖视示意图。
图中：100、衬底；200、薄膜；300、介质层；400、电感线圈；500、固定电容；501、上极板；502、下极板；600、基板。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，现对本发明实施例提供的MEMS压力传感器进行说明。一种MEMS压力传感器，包括衬底100、薄膜200、介质层300和固定电容500。衬底100中部设有上下贯通的空腔。薄膜200设于衬底100上方且覆盖空腔。介质层300设于薄膜200上方。介质层300上设有电感线圈400。固定电容500与电感线圈400相连接。
在本实施例中，衬底100与薄膜200构成半封闭的空腔，使薄膜200受到压力能够向下凹陷；薄膜200形变造成薄膜200上方的介质层300及电感线圈400均发生形变；电感线圈400形变后电感线圈400的电感值发生变化。因此，电感线圈400的电感值与薄膜200所受到的压力值呈一一对应关系，通过测量电感线圈400的电感值能够得出薄膜200所受到的压力值。
固定电容500指电容值为固定值的电容。固定电容500与电感线圈400相连接构成LC谐振电路。电感线圈400、固定电容500和交流信号输出源串联形成回路后，能够形成LC谐振电路。通过测量得出LC谐振电路的谐振频率，根据LC谐振电路的谐振频率及电容的电容值能够求得电感线圈400的电感值，进而得出薄膜200所受到的压力值，实现对压力的测量。
本发明实施例提供的MEMS压力传感器的有益效果在于，薄膜200受到压力发生形变，致使位于薄膜200上方的电感线圈400的电感值发生变化，通过固定电容500和电感线圈400组成LC回路测量得出电感线圈400的电感值，从而得到对应的压力值。该MEMS压力传感器结构简单，灵敏度高，且电感线圈400的电感值计算准确，测量方法简单，能够将压力信号转换为电信号，实现精准的压力测量。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的MEMS压力传感器的一种具体实施方式，在压力传感器的厚度方向上，介质层300对应的区域包含并大于薄膜200对应的区域。介质层300延伸出薄膜200的部分与固定电容500相连接。在本实施例中，介质层300位于薄膜200上方。介质层300能够完全覆盖住薄膜200，且延伸出一部分。优选地，介质层300和薄膜200在宽度方向上重合，在长度方向上一端对齐，另一端介质层300相对于薄膜200延伸出一部分。固定电容500设于介质层300延伸出薄膜200的部分，能够避免因固定电容500位置影响薄膜200的形变的情况。优选地，介质层300的材质可以选用氮化硅或氧化硅等绝缘材料。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的MEMS压力传感器的一种具体实施方式，固定电容500包括上极板501和下极板502。上极板501和下极板502分别设于介质层300延伸出所述薄膜200的部分的上方和下方。在本实施例中，介质层300位于固定电容500的上极板501和下极板502之间，充当固定电容500的介质，使固定电容500的电容值受外界条件影响较小，电容值更为恒定，进而使根据电容值和谐振频率求出的电感值更为准确，提高MEMS压力传感器的准确度。
进一步地，参阅图1，作为本发明提供的MEMS压力传感器的一种具体实施方式，下极板502底面与衬底100底面位于同一平面。由此，能够使该MEMS压力传感器固定更为稳固，避免因MEMS压力传感器固定问题引起的压力测量错误。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的MEMS压力传感器的一种具体实施方式，下极板502的材质为硅。
进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的MEMS压力传感器的一种具体实施方式，电感线圈400为平面电感线圈400。在本实施例中，平面电感线圈400的导线可以为呈多个U型依次排列的形状，也可以为一圈圈从内向外盘旋的形状。平面电感线圈400的形变程度与平面电感线圈400的电感值一一对应。
进一步地，作为本发明提供的MEMS压力传感器的一种具体实施方式，所述薄膜200的厚度范围为10微米至20微米。如果薄膜200太厚，则薄膜200受到较大压力容易损坏；如果薄膜200太厚，则薄膜200受到压力后产生的形变过小，从而影响MEMS压力传感器的灵敏度。该范围内厚度的薄膜200能够使薄膜200灵敏度较高的同时减少薄膜200损坏的情况。
请参阅图3，作为本发明提供的MEMS压力传感器的一种具体实施方式，该MEMS压力传感器还包括基板600。基板600设于衬底100下方。基板600可以设于衬底100和固定电容500的下极板502的下方。由此使薄膜200、电感线圈400和固定电容500之间的连接更为稳固。基板600对MEMS压力传感器的空腔及薄膜200起到保护作用，并且能够增强MEMS压力传感器的稳固性，提高测量准确度。
本发明实施例提供的MEMS压力传感器的有益效果在于，薄膜200受到压力发生形变，致使位于薄膜200上方的电感线圈400的电感值发生变化，通过固定电容500和电感线圈400组成LC回路测量得出电感线圈400的电感值，从而得到对应的压力值。该MEMS压力传感器结构简单，灵敏度高，且电感线圈400的电感值计算准确，测量方法简单，能够将压力信号转换为电信号，实现精准的压力测量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种MEMS压力传感器，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底中部设有上下贯通的空腔；
薄膜，设于所述衬底上方且覆盖所述空腔；
介质层，设于所述薄膜上方，所述介质层上设有电感线圈；
固定电容，与所述电感线圈相连接。
2.如权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，在所述MEMS压力传感器的厚度方向上，所述介质层对应的区域包含并大于所述薄膜对应的区域，且所述介质层延伸出所述薄膜的部分与所述固定电容相连接。
3.如权利要求2所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述固定电容包括上极板和下极板，所述上极板和所述下极板分别设于所述介质层延伸出所述薄膜的部分的上方和下方。
4.如权利要求3所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述下极板底面与所述衬底底面位于同一平面。
5.如权利要求3所述的所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述下极板的材质为硅。
6.如权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述电感线圈为平面电感线圈。
7.如权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述薄膜的厚度范围为10微米至20微米。
8.如权利要求1-7任一项所述的MEMS压力传感器，其特征在于，还包括基板，所述基板设于所述衬底下方。
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