CN109186819B

CN109186819B - 一种mems压力传感器模组

Info

Publication number: CN109186819B
Application number: CN201811050171.XA
Authority: CN
Inventors: 解渤; 尉长虹
Original assignee: Shanghai Pingmai Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai pingmai Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2018-09-10
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2038-09-10
Also published as: CN109186819A

Abstract

本发明提供了一种MEMS压力传感器模组，涉及压力传感技术领域。该MEMS压力传感器模组包括基板与多个压力传感单元，多个压力传感单元均安装于基板上，且基板与每个压力传感单元的对应的位置均设置有应变空腔，基板用于在受到外力时发生形变。本发明提供的MEMS压力传感器模组具有可以同时测量微小尺度下的多个面压力值，而且集成处理电路，减少电路安装体积的效果。

Description

一种MEMS压力传感器模组

技术领域

本发明涉及压力传感技术领域，具体而言，涉及一种MEMS压力传感器模组。

背景技术

目前，随着智能化检测的不断推广，越来越多的传感器进入了人们的视线，其中，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)传感器尤其受到了广泛的关注。

但是，以前的MEMS压力传感器均只设置单个压力传感单元，而且测量单元尺寸较大，不利于微小尺寸压力的测量；同时外围信号处理电路和传感器如果是分立元件，对于同时分布多个压力传感器时，外围信号处理电路会非常复杂，而且会占用大量PCB板空间。

有鉴于此，如何解决上述问题，是本领域技术人员关注的重点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种MEMS压力传感器模组，以达到同时测量多个微小尺度压力信号及整体电路小型化的目的。为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种MEMS压力传感器模组，所述MEMS压力传感器模组包括基板与多个压力传感单元，所述多个压力传感单元均设置于于所述基板上，且所述基板与每个所述压力传感单元的对应的位置均设置有应变空腔，所述基板用于在受到外力时发生形变。

进一步地，所述MEMS压力传感器模组还包括信号处理单元，所述信号处理单元分别与所述多个压力传感单元电连接。

进一步地，所述信号处理单元与所述多个压力传感单元均集成于所述基板上。

进一步地，所述信号处理单元包括模数转换器、放大滤波模块以及处理器，所述模数转换器、所述放大滤波模块以及所述处理器依次电连接，且所述模数转换器分别与所述多个压力传感单元电连接。

进一步地，每个所述压力传感单元均包括至少四个可变电阻，所述至少四个可变电阻均安装于所述基板的同一面，且所述至少四个可变电阻依次电连接，所述处理器用于依据所述至少四个可变电阻输出的电压偏压确定压力值。

进一步地，所述可变电阻的数量为四个，且四个所述可变电阻组成惠斯通桥结构。

进一步地，每个所述压力传感单元均包括上电极与下电极，所述上电极与所述下电极分别安装于所述基板的两面且相对设置以组成可变电容。

进一步地，每个所述压力传感单元均包括一个可变电阻。

进一步地，所述MEMS压力传感器模组还包括缓冲层，所述缓冲层铺设于所述基板与多个压力传感单元上。

进一步地，所述多个压力传感单元按阵列方式排布。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种MEMS压力传感器模组，该MEMS压力传感器模组包括基板与多个压力传感单元，多个压力传感单元均安装于基板上，且基板与每个压力传感单元的对应的位置均设置有应变空腔，基板用于在受到外力时发生形变。由于本实施例提供的MEMS压力传感器模组包括多个压力传感器，从而使得在对MEMS压力传感器模组施加压力时，能够使多个压力传感单元同时发生形变，即可同时测量多个微小尺度压力信号，进而达到通过多个压力传感单元同时测量压力的效果，测量更加精确，同时，由于通过多个压力传感单元实现测量，因此其温度系数能够相应的减小，从而能够达到测量精度更高的效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的MEMS压力传感器模组的结构示意图。

图2示出了本发明实施例提供的信号处理单元的模块示意图。

图3示出了本发明实施例提供的一种压力传感单元的结构示意图。

图4示出了本发明实施例提供的惠斯通桥结构的电路示意图。

图5示出了本发明实施例提供的另一种压力传感单元的结构示意图。

图标：100-MEMS压力传感器模组；110-压力传感单元；111-应变空腔；112-可变电阻；113-应变梁；114-上电极；115-下电极；120-基板；130-信号处理单元；131-模数转换器；132-放大滤波模块；133-处理器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种MEMS压力传感器模组100，该MEMS压力传感器模组100包括基板120、多个压力传感单元110以及信号处理单元130，信号处理单元130分别与多个压力传感单元110电连接，且信号处理单元130与压力传感单元110均安装于基板120上。

具体地，在本实施例中，信号处理单元130与压力传感单元110均集成于基板120上，一方面，通过将信号处理单元130与多个压力传感单元110均集成于基板120的方式，能够缩小信号处理单元130与压力传感单元110之间的距离，使得布线距离不至于过远，减小了一定的布线经费。另一方面，在进行布线时，需要将信号处理单元130与每个压力传感单元110均电连接，因此将多个压力传感单元110与信号处理单元130集成于一块基板120上，在布线时更加方便，且整体电路更加小型化。

进一步地，为了布线方便且检测压力精度更高，在实施例中，多个压力传感单元110按阵列方式排布，同时在进行布线时，也能够按照阵列方式进行布线，使得布线更加方便。

具体地，请参阅图2，在本实施例中，信号处理单元130包括模数转换器131、放大滤波模块132以及处理器133，模数转换器131、放大滤波模块132以及处理器133依次电连接，且模数转换器131分别与多个压力传感单元110电连接。通过将模数转换器131、放大滤波模块132以及处理器133集成于信号处理单元130内的方式，能够在接收到压力传感单元110传输的电信号后，电信号进行模数转换以及信号放大处理，同时能够实现减小电路体积，且无需多余的电路板进行电路的布置，因此能够达到整体体积较小的目的。

需要说明的是，在本实施例中，对压力传感单元110的数量并不做具体限定，例如，其可以为2～1000内的任意值，即在基板120上安装2～1000个压力传感单元110，并将所有压力传感单元110的输入输出整体封装为一整体传感器，形成一个可以检测2～1000个压力检测点的阵列面压力传感器，从而实现检测更加精确，温度系数相应的减小的优点。

其中，每相邻两个压力传感单元110之间的距离也并不做限定，于本实施例中，每两个压力传感单元110之间的距离可以设置为0.1mm～5mm，当然地，在其它的一些实施例中，每两个压力传感单元110之间的距离也可以为其它值，本实施例对此并不做任何限定。

具体地，在本实施例中，基板120与每个压力传感单元110的对应的位置均设置有应变空腔111，基板120用于在受到外力时发生形变，进而测量压力。

进一步地，作为本实施例的第一种实现方式，请参阅图3，每个压力传感单元110均包括至少四个可变电阻112，至少四个可变电阻112均安装于基板120的同一面，且至少四个可变电阻112依次电连接，处理器133用于依据至少四个可变电阻112输出的电压偏压确定压力值。其中，本实施例所述的可变电阻112指可形变的电阻，由于基板120与每个压力传感单元110的对应的位置均设置有应变空腔111，所以当受到压力时，基板120发生形变，同时在基板120发生形变的同时，可变电阻112也会发生形变。同时，需要说明的是，对于可变电阻112而言，其形变量不同，则阻值不同。

于本实施例中，可变电阻112的数量为四个，其中2个电阻设置在正应变区域，另外两个电阻设置在负应变区域。形成惠斯通电桥电路。例如，请参阅图4，可变电阻112包括第一电阻、第二电阻、第三电阻与第四电阻，其中，第一电阻与第三电阻为负应变电阻，第二电阻与第四电阻为正应变电阻，在第一电阻与第二电阻之间、及第三电阻与第四电阻之间输入U0电压。同时测量第一电阻与第四电阻、及第二电阻与第三电阻之间的U1电压，当可变电阻112收到压力变化时，U1的值会相应变化，检测U1的变化量即可获得压力值。

作为本实施例的第二种实现方式，每个压力传感单元110均包括一个可变电阻112，由于在受到压力时，可变电阻112能够发生形变使电阻值改变，因此，通过输入一恒流源或恒压源，相应测其电压的变化量或电流的变化量，也能够获取相应的压力值。

并且，需要说明的是，在本实施例中，对于可变电阻112的制作，实际采用在基板120上镀膜，然后采用掩膜刻蚀出相应的可变电阻112的方式制作可变电阻112，其制作工艺较为简单，生产方便。同时，对于基板120中的应变空腔111，也通过刻蚀制作而成，并在刻蚀完成后形成应变梁113，可变电阻112铺设于应变梁113上，其中，当压力传感单元110受力时，应变梁113弯曲，应变空腔111被压缩，同时使得铺设于应变梁113上的可变电阻112也产生弯曲形变，进而达到测量压力指的作用。

作为本实施例的第三种实现方式，请参阅图5，每个压力传感单元110均包括上电极114与下电极115，上电极114与下电极115分别安装于基板120的两面且相对设置以组成可变电容。其中，由电容的决定公式C＝εS/4πkd可知，在当压力传感器受力时，上电极114与下电极115之间的距离减小，电极之间的电容变大，因此会导致电容的容值改变，进而通过计算电容容值的改变量即可获取压力值。

其中，需要说明的是，在本实施例中，制作可变电容的方法为在基板120的两面均进行镀膜，然后利用掩膜进行刻蚀，以刻蚀出上电极114与下电极115。

并且，还需要说明的是，由于在实际使用过程中，若可变电阻112或可变电容直接受到压力发生形变，则有可能导致可变电阻112或可变电容损坏的情况产生，因此，在本实施例中，MEMS压力传感器模组100还包括缓冲层，缓冲层铺设于基板120与多个压力传感单元110上。其中，缓冲层的作用为外力传递以缓冲压力，从而起到保护每个压力传感单元110的目的。应当理解的，在本实施例中，缓冲层应选用柔性材料，例如缓冲层采用橡胶，当然地，在其它的一些实施例中，缓冲层也可以采用其它的材料，本实施例对此并不做任何限定。

进一步地，本实施例所述的基板120为硅基板120，当然地，在其它的一些实施例中，也可以采用其它的材料的基板120，本实施例对此并不做任何限定。

综上所述，本发明提供了一种MEMS压力传感器模组，该MEMS压力传感器模组包括基板与多个压力传感单元，多个压力传感单元均安装于基板上，且基板与每个压力传感单元的对应的位置均设置有应变空腔，基板用于在受到外力时发生形变。由于本实施例提供的MEMS压力传感器模组包括多个压力传感器，从而使得在对MEMS压力传感器模组施加压力时，能够使多个压力传感单元同时发生形变，进而达到通过多个压力传感单元同时测量压力的效果，测量更加精确，同时，由于通过多个压力传感单元实现测量，因此其温度系数能够相应的减小，从而能够达到测量精度更高的效果。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims

1.一种MEMS压力传感器模组，其特征在于，所述MEMS压力传感器模组包括基板与多个压力传感单元，所述多个压力传感单元均设置于所述基板上，且所述基板与每个所述压力传感单元的对应的位置均设置有应变空腔，所述基板用于在受到外力时发生形变；

每个所述压力传感单元均包括上电极与下电极，所述上电极与所述下电极分别安装于所述基板的两面且相对设置以组成可变电容。

2.如权利要求1所述的MEMS压力传感器模组，其特征在于，所述MEMS压力传感器模组还包括信号处理单元，所述信号处理单元分别与所述多个压力传感单元电连接。

3.如权利要求2所述的MEMS压力传感器模组，其特征在于，所述信号处理单元与所述多个压力传感单元均集成于所述基板上。

4.如权利要求2所述的MEMS压力传感器模组，其特征在于，所述信号处理单元包括模数转换器、放大滤波模块以及处理器，所述模数转换器、所述放大滤波模块以及所述处理器依次电连接，且所述模数转换器分别与所述多个压力传感单元电连接。

5.如权利要求1所述的MEMS压力传感器模组，其特征在于，所述MEMS压力传感器模组还包括缓冲层，所述缓冲层铺设于所述基板与多个压力传感单元上。

6.如权利要求1所述的MEMS压力传感器模组，其特征在于，所述多个压力传感单元按阵列方式排布。