CN114072651A - 电容式压力传感器和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请部分实施例提供了一种电容式压力传感器和电子设备。电容式压力传感器包括：衬底(101)；第一电极(103)，第一电极为含有镂空区域的环状电极，第一电极固定于衬底的上表面；第一支撑结构(104)，第一支撑结构为绝缘的空心柱体结构，第一支撑结构固定于衬底的上表面，并环绕于第一电极的周围，第一支撑结构的上表面与所述第一电极之间具有一高度差；以及第二电极(105)，所述第二电极为实心电极，所述第二电极的外围部分固接于所述第一支撑结构的上表面，并与所述第一电极、所述第一支撑结构以及所述衬底围合出第一空腔(106)。采用本申请的实施例，有利于在不增加电容式压力传感器的尺寸的同时，提高电容式压力传感器的线性度。

Description

电容式压力传感器和电子设备

技术领域

本申请实施例涉及压力传感器技术领域，特别涉及一种电容式压力传感器和电子设备。

背景技术

压力传感器是一种将压力信号转化为电信号的器件，广泛应用于消费、工业、汽车、医疗等领域。根据目前的应用原理，压力传感器主要分为压阻式和电容式，与压阻式压力传感器相比，电容式压力传感器具有更高的温度稳定性，低功耗，高灵敏度等优势。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有的电容式压力传感器的线性度较差。

发明内容

本申请部分实施例的目的在于提供一种电容式压力传感器和电子设备，有利于在不增加电容式压力传感器的尺寸的同时，提高电容式压力传感器的线性度。

本申请实施例提供了一种电容式压力传感器，包括：衬底；第一电极，所述第一电极为含有镂空区域的环状电极，所述第一电极固定于所述衬底的上表面；第一支撑结构，所述第一支撑结构为绝缘的空心柱体结构，所述第一支撑结构固定于所述衬底的上表面，并环绕于所述第一电极的周围，所述第一支撑结构的上表面与所述第一电极之间具有一高度差；以及第二电极，所述第二电极为实心电极，所述第二电极的外围部分固接于所述第一支撑结构的上表面，并与所述第一电极、所述第一支撑结构以及所述衬底围合出第一空腔。

本申请实施例还提供了一种电子设备，包括电容检测电路、处理器和上述的电容式压力传感器；所述电容检测电路与所述压力传感器连接，用于检测所述压力传感器的第一电极和第二电极之间的电容值；所述处理器与所述电容检测电路连接，用于将所述电容值转换为压力值。

本申请的发明人发现，传统的电容式压力传感器的上电极和下电极完全正对重叠排布，都是实心电极，且面积相等，相互正对，上电极和下电极之间形成的电场线与上电极和下电极垂直。根据电容的计算公式

可以看出，电容大小与板间有效距离成反比，对应于电容式压力传感器，板间有效距离的变化可以对应于外界压力的变化，外界压力越大时，上电极形变越大，板间有效距离越小，检测到的电容越大。即，上电极的形变量与板间有效距离成反比，因此，传统的电容式压力传感器的线性度较差。

本申请实施例相对于现有技术而言，电容式压力传感器中，第一电极为含有镂空区域的环状电极，且固定于衬底的上表面；第一支撑结构，为绝缘的空心柱体结构，第一支撑结构固定于衬底的上表面，并环绕于第一电极的周围，第一支撑结构的上表面与第一电极之间具有一高度差；第二电极为实心电极，第二电极的外围部分固接于第一支撑结构的上表面，并与第一电极、第一支撑结构以及衬底围合出第一空腔。通过对第一电极的镂空设计，可以减小第一电极与第二电极之间的有效正对面积，使得第一电极与第二电极之间的场强方向与第一、第二电极之间呈非垂直角度，增大了沿场强方向的第一电极与第二电极之间的有效距离。即，如果受到同样的外界压力，设置有镂空区域的第一电极相比于未设置有镂空区域的第一电极，沿场强方向的第一电极与第二电极之间的有效距离增大，使得检测到的电容减小。而且，第一电极设置有镂空区域时，针对相同的外界压力变化量，检测到的电容的变化幅度降低，从而有利于在不增加电容式压力传感器的尺寸的同时，提高电容式压力传感器的线性度。

例如，电容式压力传感器，还包括：感应薄膜；所述感应薄膜与所述第二电极的表面固定。感应薄膜有一定的强度和模量，受到反复形变不容易失效，有利于增加电容式压力传感器的可靠性。

例如，感应薄膜与所述第二电极的下表面固定，所述感应薄膜的介电常数大于空气的介电常数。即第一电极和第二电极之间存在介电常数大于空气的介电常数的感应薄膜，此时感应薄膜的介电常数会影响检测的电容值，感应薄膜的介电常数大于空气的介电常数，根据电容的计算公式

即ε大于预设阈值，有利于增大检测到的电容值，减少杂散电容的影响，从而有利于更好的进行压力检测，提高压力检测的准确度。

例如，第一电极所在的平面与所述第二电极所在的平面平行；所述第一电极与所述第二电极的中心点，位于与所述衬底垂直的同一垂线上。也就是说，第一电极和第二电极所在平面平行，且第一电极、第二电极在垂直方向上共心，使得第一电极和第二电极之间形成的电场更加均匀，电容式压力传感器在测量时的线性度更高。

例如，所述镂空区域的面积处于所述第一电极的面积的0.2倍至1.5倍之间，有利于同时兼顾电容式压力传感器的灵敏度和线性度。

例如，所述第一电极至少部分正对所述第二电极。也就是是说，即使第一电极存在镂空区域，第一电极和第二电极之间也存在正对的实心区域，有利于在提高线性度的同时不至于损失太多灵敏度。

例如，所述第一支撑结构环绕于所述第一电极的周围，且与所述第一电极接触，有利于充分、合理利用属于空心柱体结构的第一支撑结构的内部空间，从而有利于减小电容式压力传感器的尺寸，方便了电容式压力传感器的微型设计，从而有利于使得电容式压力传感器能够适用于微型器件中。

例如，电容式压力传感器还包括：第三电极、第二支撑结构和第四电极；所述第三电极为含有镂空区域的环状电极，所述第三电极固定于所述衬底的上表面并与所述第一电极相互分隔设置；所述第二支撑结构为绝缘的空心柱体结构，所述第二支撑结构固定于所述衬底的上表面，并环绕于所述第三电极的周围，所述第二支撑结构的上表面与所述第三电极之间具有一高度差；所述第四电极为实心电极，所述第四电极的外围部分固接于所述第二支撑结构的上表面，并与所述第三电极、所述第二支撑结构以及所述衬底围合出第二空腔；所述第一电极与所述第三电极连接，所述第二电极与所述第四电极连接。通过在衬底上设置至少两组环状电极、实心电极以及支撑结构，有利于提高电容式压力传感器的灵敏度。

例如，所述第一支撑结构的上表面和下表面的外轮廓形状与所述第二电极的形状相同，使得第一支撑结构和第二电极更加适配，方便了合理的利用第一支撑结构对第二电极进行支撑，还有利于节省空间。

例如，所述第一电极的外轮廓为：圆形或多边形；所述镂空区域的形状为：圆形或多边形；所述第二电极的形状为：圆形或多边形，有利于根据实际需要灵活设置第一电极、第二电极和镂空区域的形状，以方便满足不同的设计需求。

例如，所述感应薄膜的形状为：圆形或多边形，有利于根据实际需要灵活设置感应薄膜的形状，以方便满足不同的设计需求。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本申请第一实施例中的电容式压力传感器的截面示意图；

图2是根据本申请第一实施例中的形状为圆形的第一电极和第二电极的俯视图；

图3是根据本申请第一实施例中的形状为矩形的第一电极和第二电极的俯视图；

图4是根据本申请第一实施例中的形状为正六边形的第一电极和第二电极的俯视图；

图5A、5B、5C是根据本申请第一实施例中的第二电极的面积固定，第一电极中镂空区域的面积逐渐减小的对比示意图；

图6A、6B、6C是根据本申请第一实施例中的第一电极和镂空区域的面积固定，第二电极的面积逐渐减小的对比示意图；

图7是根据本申请第二实施例中的电容式压力传感器的截面示意图；

图8是根据本申请第二实施例中的电容式压力传感器进行仿真的仿真结果示意图；

图9是根据本申请第三实施例中的电容式压力传感器的截面示意图；

图10是根据本申请第四实施例中的电子设备的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请部分实施例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申请，并不用于限定本申请。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本申请的发明人发现，现有技术中，传统的电容式压力传感器的上电极和下电极完全正对重叠排布，都是实心电极，且面积相等，相互正对，上电极和下电极之间形成的电场线与上电极和下电极垂直。根据电容的计算公式

可以看出，电容大小与板间有效距离d成反比，对应于电容式压力传感器，即板间有效距离的变化对应于外界压力的变化，外界压力越大时，上电极形变越大，板间有效距离越小，检测到的电容越大。即，上电极的形变量与板间有效距离成反比，因此，传统的电容式压力传感器的线性度较差。为了解决传统的电容式压力传感器的线性度较差的技术问题，本申请实施例提供一种电容式压力传感器，以提高其线性度。

本申请第一实施例涉及一种电容式压力传感器，下面对本实施例的电容式压力传感器的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

本实施例中的电容式压力传感器的截面示意图可以参考图1，包括：衬底101；第一电极103，第一电极103为含有镂空区域的环状电极，第一电极103固定于衬底103的上表面；第一支撑结构104，第一支撑结构104为绝缘的空心柱体结构，第一支撑结构104固定于衬底101的上表面，并环绕于第一电极103的周围，第一支撑结构104的上表面与第一电极之间具有一高度差；以及第二电极105，第二电极105为实心电极，第二电极105的外围部分固接于第一支撑结构104的上表面，并与第一电极103、第一支撑结构104以及衬底围合出第一空腔106。其中，第一电极103、第二电极105、第一支撑结构104、第一空腔106之间组成的结构可以称为模组102。

其中，衬底101的材料可以选择Si、玻璃、石英等导电性很弱的材料或绝缘材料。

在一个例子中，可以利用固定件，将第一电极103固定在衬底101的上表面上。在具体实现中，可以在衬底101上蒸镀一层金属薄膜，就相当于将第一电极103固定在衬底101上，其中，蒸镀的金属薄膜即可以理解为第一电极103，有利于将第一电极103稳固的固定在衬底101上。

在另一个例子中，衬底101为硅衬底，第一电极103也可以通过在硅衬底进行选择离子注入，形成重参杂区域来实现。比如，在硅衬底预先确定第一电极103的位置，然后选择在第一电极103的位置上进行离子注入，形成重参杂区域。该重参杂区域的离子浓度高，导电性强，电阻率较低，从而可以视为第一电极103。

在具体实现中，第一电极103和第二电极105的材料可以为金属材料，比如Au。第一电极103为含有镂空区域的环状电极，也就是说，第一电极103为镂空环状电极，也可以称为空心环状电极。与第一电极103对应的第二电极105为实心电极。其中，第一电极103也可以称为下电极，第二电极105也可以称为上电极。也就是说，下电极为空心环状电极，上电极为实心电极。

在一个例子中，上、下两个电极可以通过是否为感应压力作用的电极来区分，其中，用于感应压力作用的电极为上电极，另一个电极即为下电极。在另一个例子中，上、下两个电极也可以通过是否为固定在衬底上的电极来区分，其中，固定在衬底上的电极为下电极，另一个电极即为上电极。

在一个例子中，第一电极103所在的平面与第二电极105所在的平面平行，第一电极103与第二电极105的中心点位于与衬底垂直的同一垂线上。比如，图1为电容式压力传感器的截面图，图2为电容式压力传感器中的第一电极103和第二电极105的俯视图，通过图1和图2可以看出第一电极103、第二电极105、镂空区域1031在垂直方向上共心，且第一电极103和第二电极105所在平面与衬底101所在平面平行，使得第一电极103和第二电极105之间形成的电场更加均匀，电容式压力传感器在测量时的线性度更高。其中，衬底101所在平面可以理解为衬底101的上表面。

可以理解的是，理论上电极属于立体结构，包括上表面和下表面，电极所在的平面可以理解为：电极的上表面所在的平面，也可以理解为电极的下表面所在的平面。考虑到电极的厚度较薄，即电极的上表面和下表面之间的距离十分接近，因此，电极也可以近似理解为平面结构，即本实施方式中第一电极和第二电极均为薄膜电极。

参考图1，第一电极103的下表面可以理解为与衬底101接触的表面，第一电极103的上表面可以理解为：与第一电极103的下表面相对的表面。第二电极105的下表面可以理解为与衬底101相对的表面，第二电极105的上表面可以理解为：与第二电极105的下表面相对的表面。

在一个例子中，第一电极103的外轮廓可以为圆形或多边形，镂空区域的形状也可以为圆形或多边形。第二电极105的形状可以为圆形或多边形。在具体实现中，第一电极103的外轮廓、镂空区域1031的形状以及第二电极105的形状可以相同也可以不同，可以根据实际需要进行设置，本实施方式对此不做具体限定。

在一个例子中，第一电极103为含有中心镂空区域的环状电极，镂空区域1031的形状可以和第一电极103的外轮廓相同。也就是说，第一电极103在各个位置的环宽均相同。

在一个例子中，第一电极103和第二电极105的俯视图可以参考图2，图2中，第一电极103为含有中心镂空区域1031的环状电极。图2中，第一电极103的外轮廓、镂空区域1031的形状、以及第二电极105的形状均为圆形。也就是说，第一电极103的形状可以为圆环形，第一电极103可以称为圆环形电极103，第二电极105可以称为圆形电极105。在具体实现中，圆环形电极103和圆形电极105可以为同心圆，即圆环形电极103和圆形电极105的中心点位于与衬底101垂直的同一垂线上，即圆环形电极103和圆形电极105同心设置；其中，同心设置有利于使圆环形电极103和圆形电极105之间形成的电场更加均匀，从而进一步提高电容式压力传感器的线性度。可选的，圆环形电极103和圆形电极105也可以为非同心圆，然而本实施方式对此不做具体限定。

在一个例子中，第一电极103和第二电极105的俯视图可以参考图3，图3中，第一电极103为含有中心镂空区域1031的环状电极。图3中，第一电极103的外轮廓、镂空区域1031的形状、以及第二电极105的形状均为矩形。也就是说，第一电极103的形状可以理解为空心矩形，第一电极103可以称为空心矩形电极103，第二电极105可以称为实心矩形电极105。在具体实现中，空心矩形电极103和实心矩形电极105可以为同心矩形；其中，同心矩形可以理解为：空心矩形电极103和实心矩形电极105的中心点位于与衬底101垂直的同一垂线上，即空心矩形电极103和实心矩形电极105同心设置；其中，同心设置有利于使空心矩形电极103和实心矩形电极105之间形成的电场更加均匀，从而进一步提高电容式压力传感器的线性度。可选的，空心矩形电极103和实心矩形电极105也可以为非同心矩形，然而本实施方式对此不做具体限定。

另外，图3中，假设将第一电极103的外轮廓称为第一矩形、将镂空区域1031的形状称为第二矩形、将第二电极105的形状称为第三矩形，则第一矩形、第二矩形和第三矩形之间可以互为相似矩形，然而在具体实现中并不以此为限。

在一个例子中，第一电极103和第二电极105的俯视图可以参考图4，图4中，第一电极103为含有中心镂空区域1031的环状电极。图4中，第一电极103的外轮廓、镂空区域1031的形状、以及第二电极105的形状均为正六边形。

需要说明的是，上述示例中只是以第一电极的外轮廓、镂空区域的形状、以及第二电极的形状相同为例，在具体实现中并不以此为限。第一电极的外轮廓、镂空区域的形状、以及第二电极的形状相同时，方便了第一电极以及第二电极的批量生产制造，从而可以降低量产成本，。

在一个例子中，第一电极103的外轮廓、第二电极105的形状和镂空区域1031的形状均为圆形，第一电极103的半径可以包括内环半径和外环半径，第一电极103的内环半径可以理解为镂空区域1031的半径，第一电极103的外环半径可以理解为第一电极103的外轮廓的半径。

可选的，第一电极103的外环半径和第二电极105的半径可以相同，第一电极103的内环半径可以根据实际需要进行设置，即镂空区域1031的面积可以根据实际需要进行设置。比如可以参考图5A、5B、5C，图5A、5B、5C为第二电极105的面积固定，镂空区域1031的面积逐渐减小的对比示意图。图5A、5B、5C中第一电极103的外环半径和第二电极105的半径相同，图5A中第一电极103的内环半径、图5B中第一电极103的内环半径、图5C中第一电极103的内环半径逐渐减小，也就是说，图5A中的镂空区域1031的面积、图5B中的镂空区域1031的面积、图5C中的镂空区域1031的面积逐渐减小。其中，镂空区域1031的面积越大，沿场强方向的第一电极与第二电极之间的有效距离越大，线性度越高，损失的灵敏度越高。但由于电容式结构具有天然的高灵敏度，因此本实施方式中的电容式压力传感器，即使会损失部分灵敏度，损失后的灵敏度通常也高于压阻式压力传感器的灵敏度。

其中，沿场强方向的第一电极103与第二电极105之间的有效距离，可以参考图1中第一电极103与第二电极105之间的连线。可以理解的是，现有技术中，由于上下电极均为实心电极，因此，上下电极之间的场强方向即为与上下电极垂直的垂线方向，沿场强方向的有效距离即为上下电极之间的垂直距离。本实施方式中，由于下电极即第一电极为镂空电极，因此，参考图1，第一电极103与第二电极105之间的场强方向为上下电极之间的非垂线方向，沿场强方向的有效距离为上下电极之间的非垂直距离。而且，第一电极103中的镂空区域的面积越大，第一电极103与第二电极105之间的场强方向偏离垂直方向的程度越大，沿场强方向的有效距离也就越大。

可选的，第一电极103的外环半径和第二电极105的半径可以不相同。第二电极105的半径可以根据实际需要进行设置，即第二电极105的面积可以根据实际需要进行设置。比如可以参考图6A、6B、6C，图6A、6B、6C为第一电极103和镂空区域1031的面积固定，第二电极105的面积逐渐减小的对比示意图。图6A、6B、6C中，第一电极103的外环半径均大于第二电极105的半径，图6A中第二电极105的半径、图6B中第二电极105的半径、图6C中第二电极105的半径逐渐减小，也就是说，图6A中第二电极105的面积、图6B中第二电极105的面积、图6C中第二电极105的面积逐渐减小。其中，第二电极105的面积越小，沿场强方向的第一电极与第二电极之间的有效距离越大，线性度越高。在具体实现中，如果需要极高的线性度还可以设置为第二电极105的面积小于镂空区域1031的面积。

可选的，镂空区域1031的面积可以处于第一电极103的面积的0.2倍至1.5倍之间，有利于同时兼顾电容式压力传感器的灵敏度和线性度。

在一个例子中，第一电极103可以至少部分正对第二电极105。也就是说，即使第一电极存在镂空区域，第一电极和第二电极之间也存在正对的实心区域，有利于在提高线性度的同时不至于损失太多灵敏度。

在一个例子中，第一支撑结构104的材料可以为Si、SiO2等绝缘材料，第一支撑结构104可以用于支撑第二电极105，使得第一电极103、第二电极105、衬底101、第一支撑结构104之间围合成第一空腔106，该第一空腔106可以为第二电极105提供可形变的空间。第一空腔106的高度可以在0.2微米至5微米之间，第一空腔的高度为第二电极105的下表面与衬底101的上表面之间的距离。在具体实现中，第一电极103可以固定在衬底101上，且位于空腔106内。

在一个例子中，第一支撑结构104环绕于第一电极103的周围，且与第一电极103接触，有利于充分、合理利用属于空心柱体结构的第一支撑结构的内部空间，从而有利于减小电容式压力传感器的尺寸，方便了电容式压力传感器的微型设计，从而有利于使得电容式压力传感器能够适用于微型器件中。

在一个例子中，第一支撑结构104的上、下表面的外轮廓形状可以和第二电极105的形状相同，使得第一支撑结构104和第二电极105更加适配，方便了利用第一支撑结构104对第二电极105进行支撑，还有利于节省空间。比如第二电极105的形状为圆形，则第一支撑结构104可以为空心圆柱体结构，且空心圆柱体结构的上下表面的内环半径小于第二电极105的半径。再比如，第二电极105的形状为五边形，则第一支撑结构104可以为空心五棱柱体结构，即第一支撑结构104的上、下表面的外轮廓为五边形。

可选的，第二电极105可以为金属薄膜，该金属薄膜的厚度可以在0.1微米至0.3微米之间，该金属薄膜在受到外界压力后可以发生形变，使得金属薄膜与第一电极103之间的电容发生变化。

在具体实现中，第一电极103可以理解为平行板电容器的上极板，第二电极105可以理解为平行板电容器的下极板。当第一电极103受到外界压力发生形变时，第一电极103和第二电极105之间的有效距离发生变化，从而引起平行板电容器的电容值会发生变化。可选的，第一电极103上可以设置有上电极端子，第二电极105上可以设置有下电极端子，上电极端子和下电极端子接入一个电容检测电路，该电容检测电路可以检测出第一电极103和第二电极105构成的平行板电容器的电容值。进一步的，电容检测电路可以和一处理器连接，处理器将电容值转换为压力值。

在具体实现中，本实施方式中的电容式压力传感器可以应用在汽车胎压监测、工业领域的液体压力检测、气体压力检测等。例如在胎压监测中，本实施方式中的电容式压力传感器改善了传统电容结构线性度差的问题，同时与压阻式相比，具有更高的灵敏度可以更加有效的检测轮胎压力状况，如轮胎缓慢漏气等问题。与压阻式压力传感器相比，本实施方式中的电容式压力传感器还具有良好的温度稳定性和低功耗。比如，外界压力作用在电容式压力传感器时，会与电容式压力传感器中的空腔存在压力差，压力差使上电极发生形变，下电极由于固定在衬底上不会发生形变，从而上下电极之间电容发生变化，根据电容的变化可以进一步确定外界压力的大小。

需要说明的是，本实施方式中的上述各示例均为为方便理解进行的举例说明，并不对本发明的技术方案构成限定。

本实施例相对于现有技术而言，通过对第一电极的镂空设计，可以减小第一电极与第二电极之间的有效正对面积，使得第一电极与第二电极之间的场强方向与第一、第二电极之间呈非垂直角度，增大了沿场强方向的第一电极与第二电极之间的有效距离。即，如果受到同样的外界压力，设置有镂空区域的第一电极相比于未设置有镂空区域的第一电极，沿场强方向的第一电极与第二电极之间的有效距离更大，检测到的电容更小。第一电极设置有镂空区域时，针对相同的外界压力变化量，检测到的电容的变化幅度降低，从而有利于在不增加电容式压力传感器的尺寸的同时，提高电容式压力传感器的线性度。

本申请第二实施例涉及一种电容式压力传感器，本实施例的电容式压力传感器与第一实施例相比，本实施例中的压力检测模组还包括感应薄膜。下面对本实施例的电容式压力传感器的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

本实施例中的电容式压力传感器的截面示意图可以参考图7，包括：第一电极103，第一电极103为含有镂空区域的环状电极，第一电极103固定于衬底103的上表面；第一支撑结构104，第一支撑结构104为绝缘的空心柱体结构，第一支撑结构104固定于衬底101的上表面，并环绕于第一电极103的周围，第一支撑结构104的上表面与第一电极之间具有一高度差；第二电极105，第二电极105为实心电极，第二电极105的外围部分固接于第一支撑结构104的上表面，并与第一电极103、第一支撑结构104以及衬底101围合出第一空腔106；以及，感应薄膜702，感应薄膜702与第二电极105的表面固定。可以理解为，第二电极105的外围部分通过感应薄膜702固接于第一支撑结构104的上表面，第一支撑结构104用于支撑感应薄膜702，感应薄膜702上固定有第二电极105，第一空腔106由第一电极103、第一支撑结构104、衬底101以及固定有感应薄膜702的第二电极围合形成。其中，第一电极103、第二电极105、第一支撑结构104、感应薄膜702，第一空腔106之间组成的结构可以称为模组701。

具体的说，感应薄膜702与第二电极105的表面固定。感应薄膜有一定的强度和模量，受到反复形变不容易失效，有利于增加电容式压力传感器的可靠性，有利于进一步提高电容式压力传感器的线性度和灵敏度。

在一个例子中，感应薄膜702可以与第二电极105的下表面固定，感应薄膜702的介电常数大于空气的介电常数。在具体实现中，可以在感应薄膜702上沉积一层金属层，或者通过镀膜工艺在感应薄膜702上形成一层金属层，该金属层即为第二电极105。当感应薄膜702受到外界压力时，感应薄膜702发生形变使得第二电极105和第一电极103之间的电容发生变化。

在一个例子中，感应薄膜702可以采用介电常数相对较高的材料，比如：Si3N4，Poly Si等。感应薄膜702的厚度可以在0.5微米到10微米之间，第二电极105的厚度可以在0.1微米到0.3微米之间。

在一个例子中，感应薄膜702的形状可以为圆形或多边形。在具体实现中，感应薄膜702的形状、第一电极103的形状以及第二电极105的形状可以完全相同、也可以部分相同、还可以完全不同。形状的选取可以根据实际需要和工艺要求确定，本实施方式对此不做具体限定。

在一个例子中，可以预先采用comsol仿真软件对图7中的结构进行仿真。比如，仿真采用的参数可以包括：感应薄膜702的材料采用Si3N4，厚度设置为0.8微米，直径为50微米，空腔106的高度设置为0.2微米，第一电极103、镂空区域1031和第二电极105的形状均为圆形。仿真结果曲线可以参考如图8所示，横坐标为外界施加压力，纵坐标为感应电容。图8中的4条曲线分别为第一电极103中间的镂空区域1031的半径依次为0微米、5微米、10微米、15微米时，感应电容与外界施加压力的曲线图。仿真结果可以如表1所示：

表1

半径(微米)	0	5	10	15
					灵敏度(fF/kpa)	0.056	0.047	0.027	0.010
非线性度(％)	4.18	3.71	2.47	1.16

通过表1和图8可以看出，在压力范围为100-500kpa时，随着中间镂空区域的半径的增加，即随着镂空区域的面积的增加非线性度和灵敏度下降，即随着镂空区域的面积的增加，电容式传感器的线性度增加，灵敏度下降。

在具体实现中，可以参考上述的仿真结果，以及实际应用中对于线性度和灵敏度的要求，确定第一电极103中镂空区域1031的面积大小。

本实施例相对于现有技术而言，第一电极和第二电极之间存在介电常数大于空气的介电常数的感应薄膜，此时感应薄膜的介电常数会影响检测的电容值，感应薄膜的介电常数大于空气的介电常数，根据电容的计算公式

即ε大于预设阈值，有利于增大检测到的电容值，减小杂散电容的影响，从而有利于更好的进行压力检测，提高压力检测的准确度。

本申请第三实施例涉及一种电容式压力传感器。本实施例为第一或第二实施例上的进一步改进，本实施例中的电容式压力传感器还包括：第三电极、第二支撑结构和第四电极；第三电极为含有镂空区域的环状电极，第三电极固定于衬底的上表面并与第一电极相互分隔设置；第二支撑结构为绝缘的空心柱体结构，第二支撑结构固定于衬底的上表面，并环绕于第三电极的周围，第二支撑结构的上表面与第三电极之间具有一高度差；第四电极为实心电极，第四电极的外围部分固接于第二支撑结构的上表面，并与第三电极、第二支撑结构以及衬底围合出第二空腔；第一电极与第三电极连接，第二电极与第四电极连接。下面对本实施例的电容式压力传感器的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

在一个例子中，可以参考图9，电容式压力传感器包括：衬底101；第一电极103，第一电极103为含有镂空区域的环状电极，第一电极103固定于衬底103的上表面；第一支撑结构104，第一支撑结构104为绝缘的空心柱体结构，第一支撑结构104固定于衬底101的上表面，并环绕于第一电极103的周围，第一支撑结构104的上表面与第一电极之间具有一高度差；以及第二电极105，第二电极105为实心电极，第二电极105的外围部分固接于第一支撑结构104的上表面，并与第一电极103、第一支撑结构104以及衬底围合出第一空腔106。第二电极105的下表面固定有感应薄膜702；第三电极903，第三电极903为含有镂空区域的环状电极，第三电极固定于衬底101的上表面并与第一电极103相互分隔设置；第二支撑结构904，第二支撑结构904为绝缘的空心柱体结构，第二支撑结构904固定于衬底101的上表面，并环绕于第三电极903的周围，第二支撑结构904的上表面与第三电极903之间具有一高度差；第四电极905为实心电极，第四电极905的外围部分固接于第二支撑结构904的上表面，并与第三电极903、第二支撑结构904以及衬底101围合出第二空腔906；第一电极103与第三电极903连接(图中未示出)，第二电极105与第四电极905连接(图中未示出)。第二支撑结构904的上表面与第三电极903之间的高度差，与第一支撑结构104的上表面与第一电极之间的高度差相同。

其中，第一电极103与第三电极903可以通过导线连接，连接后可以引出下电极并联端子。第二电极105与第四电极905可以通过导线连接，连接后可以引出上电极并联端子。在具体实现中，可以使下电极并联端子接地，上电极并联端子连接电压输入端，或者使下电极并联端子连接电压输入端，上电极并联端子接地。第二电极105与第四电极905可以共同感应外界压力，从而发生形变，有利于提高电容式压力传感器的灵敏度。

在一个例子中，可以将第一电极103、第二电极105、第一支撑结构104、感应薄膜702，第一空腔106之间组成的结构可以称为模组701；第三电极903、第四电极805、第二支撑结构904、感应薄膜902，第二空腔906之间组成的结构可以称为模组901。可以理解的是，模组901和模组701的具体构成类似，分别设置在衬底101上的不同位置。也就是说，图9中衬底101上设置有两个模组。在具体实现中，模组的数量也可以超过两个，多个模组在衬底上可以呈阵列排布。

本实施例相对于现有技术而言，通过在衬底上设置至少两组环状电极、实心电极以及支撑结构，即设置至少两个上述的模组，有利于提高电容式压力传感器的灵敏度。

压力检测模组的数量为多个，多个压力检测模组在衬底上呈阵列排布，有利于提高电容式压力传感器的灵敏度。

本申请第四实施例涉及一种电子设备，如图10所示。该电子设备包括第一至第三实施例中任意一个实施例提到的电容式压力传感器1001、电容检测电路1002、处理器1003。电容检测电路1002与压力传感器1001连接，用于检测电容式压力传感器的第一电极和第二电极之间的电容值；处理器1003与电容检测电路1002连接，用于将电容值转换为压力值。

需要说明的是，为了突出本申请的创新部分，本实施例中并没有将与解决本申请所提出的技术问题关系不太密切的器件引入，但这并不表明本实施例中的电子设备中不存在其它的器件。

由于本实施例中的电子设备包括第一至第三实施例中任意一个实施例提到的电容式压力传感器，因此，第一至第三实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，在第一至第三实施例中所能达到的技术效果在本实施例中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (14)

1.一种电容式压力传感器，其特征在于，包括：

衬底；

第一电极，所述第一电极为含有镂空区域的环状电极，所述第一电极固定于所述衬底的上表面；

第一支撑结构，所述第一支撑结构为绝缘的空心柱体结构，所述第一支撑结构固定于所述衬底的上表面，并环绕于所述第一电极的周围，所述第一支撑结构的上表面与所述第一电极之间具有一高度差；以及

第二电极，所述第二电极为实心电极，所述第二电极的外围部分固接于所述第一支撑结构的上表面，并与所述第一电极、所述第一支撑结构以及所述衬底围合出第一空腔。

2.如权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，还包括：感应薄膜；

所述感应薄膜与所述第二电极的表面固定。

3.如权利要求2所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述感应薄膜与所述第二电极的下表面固定，所述感应薄膜的介电常数大于空气的介电常数。

4.如权利要求1至3任一项所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述第一电极所在的平面与所述第二电极所在的平面平行；

所述第一电极与所述第二电极的中心点，位于与所述衬底垂直的同一垂线上。

5.如权利要求4所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述镂空区域的面积处于所述第一电极的面积的0.2倍至1.5倍之间。

6.如权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述第一电极至少部分正对所述第二电极。

7.如权利要求1至6任一项所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述第一电极为含有中心镂空区域的环状电极。

8.如权利要求1至7任一项所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述第一支撑结构环绕于所述第一电极的周围，且与所述第一电极接触。

9.如权利要求1至8任一项所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述第一空腔的高度处于0.2微米至5微米之间，所述第一空腔的高度为所述第二电极的下表面与所述衬底的上表面之间的距离。

10.如权利要求1至9任一项所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述第一支撑结构的上表面和下表面的外轮廓形状与所述第二电极的形状相同。

11.如权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，还包括第三电极、第二支撑结构和第四电极；

所述第三电极为含有镂空区域的环状电极，所述第三电极固定于所述衬底的上表面并与所述第一电极相互分隔设置；

所述第二支撑结构为绝缘的空心柱体结构，所述第二支撑结构固定于所述衬底的上表面，并环绕于所述第三电极的周围，所述第二支撑结构的上表面与所述第三电极之间具有一高度差；

所述第四电极为实心电极，所述第四电极的外围部分固接于所述第二支撑结构的上表面，并与所述第三电极、所述第二支撑结构以及所述衬底围合出第二空腔；

所述第一电极与所述第三电极连接，所述第二电极与所述第四电极连接。

12.如权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述第一电极的外轮廓为：圆形或多边形；所述镂空区域的形状为：圆形或多边形；所述第二电极的形状为：圆形或多边形。

13.如权利要求2所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述感应薄膜的形状为：圆形或多边形。

14.一种电子设备，其特征在于，包括：电容检测电路、处理器和如权利要求1至13任一项所述的电容式压力传感器；

所述电容检测电路与所述压力传感器连接，用于检测所述电容式压力传感器的第一电极和第二电极之间的电容值；

所述处理器与所述电容检测电路连接，用于将所述电容值转换为压力值。

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