CN117842926B - 微差压传感器、封装结构、测试方法及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微差压传感器、封装结构、测试方法及电子设备，其中，所述微差压传感器包括MEMS芯片，MEMS芯片包括以层叠方式设置的基底、振膜以及背极板，背极板包括相互隔离的第一电极区域和第二电极区域，第一电极区域构成第一电极，第二电极区域构成第二电极，振膜构成第三电极，第一电极与第三电极构成第一电容，第二电极与第三电极构成第二电容；通过第一电连接端向第一电极施加电压激励信号或者高电压信号等方式，驱使振膜产生形变，以改变振膜和背极板之间的间距，来模仿加气流检测；然后通过第三电连接端输出感测到的所述第二电容的变化量，以根据第一预设阈值确定MEMS芯片是否处于劣化状态。
Description
技术领域
本发明涉及微差压传感器技术领域，更为具体的说涉及一种微差压传感器、封装结构、测试方法及电子设备。
背景技术
在微差压产品市场，基于微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）制造的MEMS芯片微差压产品日益被市场接受，MEMS芯片主要包括振膜与背极板，并且振膜与背极板之间具有间隙。气压的改变会导致振膜变形，振膜与背极板之间的电容值发生改变，从而转换为电信号输出。为了确认MEMS芯片微差压产品是否达到预设要求，通常在出厂前会需要加气流进行测试。
但是，随着市场容量的增大，因需求量的激增，MEMS芯片微差压产品的测试产能爬坡受限，加气流测试需要花费大量的设备和成本。
因此，希望提供一种改进的微差压传感器、封装结构、测试方法及电子设备，以解决微差压传感器或者具有微差压传感器的产品在测试时稳定性不高以及测试效率低下的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种微差压传感器、封装结构、测试方法及电子设备。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
根据本发明的第一方面，提供一种微差压传感器，所述微差压传感器包括MEMS芯片，所述MEMS芯片包括以层叠方式设置的基底、振膜以及背极板，所述基底具有在其厚度方向上贯通的背腔，所述背极板包括相互隔离的第一电极区域和第二电极区域，所述第一电极区域构成第一电极，所述第二电极区域构成第二电极，所述振膜构成第三电极，所述第一电极与所述第三电极构成第一电容，所述第二电极与所述第三电极构成第二电容；
其中，所述MEMS芯片包括第一电连接端、第二电连接端和第三电连接端；
其中，所述第一电连接端与所述第一电极电连接，所述第一电连接端被配置为提供电压激励信号或者高电压信号；所述第二电连接端与所述第二电极电连接，所述第二电连接端被配置为提供接地信号；所述第三电连接端与所述第三电极电连接，所述第三电连接端作为所述MEMS芯片的信号输出端，输出所述第二电容的变化量，以根据第一预设阈值确定所述MEMS芯片是否处于劣化状态。
进一步地，所述第一预设阈值的范围为所述第二电容的变化量占总信号链路电容总值的比例是1%-10%；其中，所述总信号链路电容总值为MEMS芯片的电容、与MEMS芯片电连接的线路板的寄生电容、以及检测芯片的参考电容的三者之和。
进一步地，所述第一电连接端、第二电连接端和第三电连接端均设置在所述MEMS芯片的表面。
在一些实施方式中，以穿过所述振膜的几何中心为轴线，所述第一电极区域上任意一点到所述振膜的几何中心的轴向距离大于所述第二电极区域上任意一点到所述振膜的几何中心的轴向距离。
可选地，所述第一电极区域和所述第二电极区域中的一者被另一者环绕。
可选地，所述第一电极区域和所述第二电极区域中的一者包括第一部分和第二部分，所述第一部分被另一者环绕，所述第二部分环绕另一者。
可选地，所述第一电极区域和所述第二电极区域呈同心设置。
进一步地，所述微差压传感器还包括用于信号放大的ASIC芯片，所述ASIC芯片的输入端与所述第三电连接端电连接。
根据本发明的第二方面，提供一种微差压传感器封装结构，所述封装结构包括基板、壳体和前述的任一所述的微差压传感器；
所述基板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述基板的所述第一表面与所述壳体固定连接以形成腔体，所述MEMS芯片与所述第一表面固定连接并且位于所述腔体内，所述基板上开设有第一通孔，所述MEMS芯片覆盖所述第一通孔；
所述第一表面具有间隔设置的第一信号端子、接地端子和第二信号端子；
其中，所述第一信号端子被配置为与所述第一电连接端电连接，所述接地端子被配置为与所述第二电连接端电连接，所述第二信号端子被配置为与所述第三电连接端电连接。
进一步地，所述第二表面具有间隔设置的第一焊盘、接地焊盘和第二焊盘；
其中，所述第一焊盘被配置为与所述第一信号端子电连接；所述接地焊盘被配置为与所述接地端子电连接；所述第二焊盘被配置为与所述第二信号端子电连接。
在一些实施方式中，所述第二焊盘呈环形且环绕所述第一通孔设置，
所述接地焊盘和所述第一焊盘均呈块形，所述接地焊盘和所述第一焊盘均位于所述第二焊盘远离所述第一通孔的一侧。
在一些实施方式中，所述第二焊盘呈环形；
所述接地焊盘和所述第一焊盘均呈块形，所述接地焊盘、所述第一焊盘以及所述第一通孔均被所述第二焊盘环绕。
在一些实施方式中，所述第一焊盘、所述接地焊盘和所述第二焊盘均呈环形；
所述第二焊盘环绕所述接地焊盘，且所述接地焊盘环绕所述第一焊盘。
在一些实施方式中，所述接地焊盘呈环形且环绕所述第一通孔设置，
所述第一焊盘呈块形，所述第一焊盘位于所述接地焊盘远离所述第一通孔的一侧。
在一些实施方式中，所述接地焊盘和所述第一焊盘处于环状断开状态且所述接地焊盘和所述第一焊盘均围绕所述第一通孔设置，环状断开部分为绝缘部。
进一步地，所述接地焊盘和所述第一焊盘围合所形成的平面图案的外轮廓呈多边形。
进一步地，所述接地焊盘和所述第一焊盘之间具有间隔距离小于或者等于预设值的隔离带，所述隔离带的延伸路径穿过所述多边形中的其中一个角。
进一步地，所述接地焊盘和所述第一焊盘通过预设方式短接，以使所述第一电容和所述第二电容并联。
根据本发明的第三方面，提供一种测试方法，用于对前述的任一所述的微差压传感器进行测试，或者用于对前述的任一所述的封装结构进行测试，所述测试方法包括：
向所述第一电极施加电压激励信号，基于所述电压激励信号的变化引起所述第一电容的电容值变化，驱使所述振膜从平衡位置朝向靠近所述背极板的一侧作吸附运动；或者，向所述第一电极施加高电压信号，基于所述高电压信号引起所述振膜变形，随之逐步降低所述高电压信号，使得所述振膜从变形位置回到平衡位置；
获得所述第二电容的变化量，并判断所述第二电容的变化量是否达到第一预设阈值，若是，则确定MEMS芯片处于非劣化状态，反之，则确定所述MEMS芯片处于劣化状态。
根据本发明的第四方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括前述的任一所述的封装结构。
本发明实施例提供的微差压传感器、封装结构、测试方法及电子设备，能够替代传统的MEMS芯片微差压产品的加气流测试方式，而且具有良好的测试稳定性以及较高的测试效率。
其中，所述微差压传感器包括MEMS芯片，MEMS芯片包括以层叠方式设置的基底、振膜以及背极板，背极板包括相互隔离的第一电极区域和第二电极区域，第一电极区域构成第一电极，第二电极区域构成第二电极，振膜构成第三电极，第一电极与第三电极构成第一电容，第二电极与第三电极构成第二电容；通过第一电连接端向第一电极施加电压激励信号或者高电压信号等方式，驱使振膜产生形变，以改变振膜和背极板之间的间距，来模仿加气流检测；然后通过第三电连接端输出感测到的所述第二电容的变化量，以根据第一预设阈值确定MEMS芯片是否处于劣化状态。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的实施方式。
图1是本发明一实施例提供的微差压传感器中的MEMS芯片的结构示意图。
图2A是本发明一实施例提供的微差压传感器中的MEMS芯片的电路结构示意图。
图2B是本发明又一实施例提供的微差压传感器中的MEMS芯片与ASIC芯片连接的电路结构示意图。
图3是本发明一实施例提供的一种微差压传感器封装结构的侧视结构示意图。
图4是本发明又一实施例提供的一种微差压传感器封装结构的俯视结构示意图。
图5是本发明另一实施例提供的一种微差压传感器封装结构的俯视结构示意图。
图6是本发明实施例提供的一种微差压传感器封装结构的仰视结构示意图一。
图7是本发明实施例提供的一种微差压传感器封装结构的仰视结构示意图二。
图8是本发明实施例提供的一种微差压传感器封装结构的仰视结构示意图三。
图9是本发明实施例提供的一种微差压传感器封装结构的仰视结构示意图四。
图10是本发明实施例提供的一种微差压传感器封装结构的仰视结构示意图五。
图11是本发明实施例提供的一种微差压传感器封装结构的仰视结构示意图六。
图12是本发明实施例提供的一种微差压传感器封装结构的仰视结构示意图七。
图13是本发明实施例提供的一种微差压传感器封装结构的电路结构示意图。
附图标记含义如下：
40-MEMS芯片；410-振膜；420-背极板；430-基底；431-背腔；421-第一电极区域；422-第二电极区域；401-第一电连接端；402-第二电连接端；403-第三电连接端；510-第一支撑体；520-第二支撑体；30-ASIC芯片；
1000-封装结构；10-壳体；20-基板；20A-第一表面；20B-第二表面；101-腔体；60-第一通孔；110-第一透气结构；201-第一信号端子；202-接地端子；203-第二信号端子；
301-第一焊盘；302-接地焊盘；303-第二焊盘；701-隔离带；
C1-第一电容；C2-第二电容。
具体实施方式
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1是本发明一实施例提供的微差压传感器中的MEMS芯片的结构示意图，图2A是本发明一实施例提供的微差压传感器中的MEMS芯片的电路结构示意图。
请参阅图1、图2A，根据本发明的第一方面，本发明实施例提供了一种微差压传感器。
所述微差压传感器包括MEMS芯片40，所述MEMS芯片40包括以层叠方式设置的基底430、振膜410以及背极板420，所述基底430具有在其厚度方向上贯通的背腔431，所述背极板420包括相互隔离的第一电极区域421和第二电极区域422，所述第一电极区域421构成第一电极，所述第二电极区域422构成第二电极，所述振膜410构成第三电极，所述第一电极与所述第三电极构成第一电容，所述第二电极与所述第三电极构成第二电容；
所述MEMS芯片40包括第一电连接端401、第二电连接端402和第三电连接端403；
其中，所述第一电连接端401与所述第一电极电连接，所述第一电连接端401被配置为提供电压激励信号或者高电压信号；所述第二电连接端402与所述第二电极电连接，所述第二电连接端402被配置为提供接地信号；所述第三电连接端403与所述第三电极电连接，所述第三电连接端403作为所述MEMS芯片40的信号输出端，输出所述第二电容的变化量，以根据第一预设阈值确定MEMS芯片40是否处于劣化状态。
需要说明的是，在本发明实施例中，当所述MEMS芯片处于劣化状态时，即所述MEMS芯片输出的第二电容的变化量不在第一预设阈值的范围之内，不满足设计的要求。
采用本发明实施例提供的技术方案，通过第一电连接端向第一电极施加电压激励信号或者高电压信号等方式，驱使振膜产生形变，以改变振膜和背极板之间的间距，来模仿加气流检测；然后通过第三电连接端输出感测到的所述第二电容的变化量，以根据第一预设阈值确定所述MEMS芯片是否处于劣化状态。能够替代传统的MEMS芯片微差压产品的加气流测试方式，而且具有良好的测试稳定性以及较高的测试效率。
在本发明实施例中，假若所述第一预设阈值的设定得过大的话，则可能由于振膜的形变量比较大，会对振膜产生一定的影响，甚至发生振膜黏附到背极板上的情形；而假若所述第一预设阈值的设定得过小的话，则有可能会导致振膜的形变量过小，使得MEMS芯片过于灵敏，从而导致MEMS芯片有误触发的风险。因此，所述第一预设阈值的范围为所述第二电容的变化量占总信号链路电容总值的比例是1%-10%；其中，所述总信号链路电容总值为MEMS芯片的电容、与MEMS芯片电连接的线路板的寄生电容、以及检测芯片的参考电容的三者之和。在此范围内，能够既兼容MEMS芯片的灵敏度，又能够防止振膜发生黏附的现象，同时还能够避免MEMS芯片误触发的风险。
在一些实施例中，当通过所述第一电连接端401向所述第一电极施加电压激励信号时，基于所述电压激励信号的变化引起所述第一电容的电容值变化，驱使所述振膜410从平衡位置朝向靠近所述背极板420的一侧作吸附运动；此时，第二电容感测到的电容逐渐变大，进而通过检测第二电容的变化量是否达到微差压传感设定的第一预设阈值时，即可确定所述MEMS芯片40是否处于劣化状态。
在另一些实施例中，当通过所述第一电连接端401向所述第一电极施加稳定的高电压信号时，基于该稳定的高电压信号引起所述振膜410和背极板420之间的间隙瞬间变小，然后逐步降低高电压信号的值，使得振膜410逐渐弹开（即使得所述振膜410从变形位置回到平衡位置），在振膜410弹开的过程中，振膜410和背极板420之间的间距是逐渐变大的过程，此时，感测到的第二电容的电容逐渐变小，进而通过检测第二电容的变化量是否达到微差压传感设定的第一预设阈值时，即可确定所述MEMS芯片40是否处于劣化状态。示例性地，该稳定的高电压信号为10V~50V。
示例性地，在本发明实施例中，所述背极板420包括绝缘层（图未示出）和与所述绝缘层固定连接的导电层（图未示出），在所述基底430的厚度方向上，所述导电层位于所述绝缘层的远离所述振膜410的一侧，所述导电层包括相互隔离的第一电极区域421和第二电极区域422，其中，所述第一电极区域421构成第一电极，所述第二电极区域422构成第二电极。在所述振膜410和所述基底430之间还设置有第一支撑体510以支撑所述振膜410，在所述振膜410和所述背极板420之间还设置有第二支撑体520以支撑所述背极板420。所述第一支撑体510和所述第二支撑体520为绝缘支撑体，例如可为氧化硅或者氮化硅等。所述第一支撑体510和所述第二支撑体520的厚度在2~3μm之间，例如，所述第一支撑体510和所述第二支撑体520的厚度在2.5μm附近。示例性地，在本发明实施例中，所述振膜410和所述背极板420的导电层的材料均为多晶硅。
示例性地，所述第一电连接端401、所述第二电连接端402以及所述第三电连接端403均设置在所述MEMS芯片40的表面。可选地，所述第一电连接端401、所述第二电连接端402以及所述第三电连接端403均由所述背极板420上的导电层制作形成。
在一些实施方式中，以穿过所述振膜410的几何中心为轴线，所述第一电极区域421上任意一点到所述振膜410的几何中心的轴向距离大于所述第二电极区域422上任意一点到所述振膜410的几何中心的轴向距离。
可选地，所述第一电极区域421和所述第二电极区域422中的一者被另一者环绕。
可选地，所述第一电极区域421和所述第二电极区域422中的一者包括第一部分和第二部分，所述第一部分被另一者环绕，所述第二部分环绕另一者。
可选地，所述第一电极区域421和所述第二电极区域422呈同心设置。
优选地，在一些实施方式中，所述第一电极区域421和所述第二电极区域422的投影均位于所述振膜410的振动敏感区域的投影范围之内。
图2B是本发明又一实施例提供的微差压传感器中的MEMS芯片与ASIC芯片连接的电路结构示意图。
如图2B所示，所述微差压传感器还包括用于信号放大的ASIC（ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路）芯片30，此时，所述ASIC芯片30的输入端与所述第三电连接端403电连接，以用于将所述第二电容的变化量进行检测分析。
根据本发明的第二方面，提供一种微差压传感器封装结构。
图3是本发明一实施例提供的一种微差压传感器封装结构的侧视结构示意图。
如图1-图3所示，所述封装结构1000包括基板20、壳体10和前述的任一所述的微差压传感器；所述基板20具有相对设置的第一表面20A和第二表面20B，所述基板20的所述第一表面20A与所述壳体10固定连接以形成腔体101，所述MEMS芯片40与所述第一表面20A固定连接并且位于所述腔体101内，所述基板20上开设有第一通孔60，所述MEMS芯片40覆盖所述第一通孔60，所述第一通孔60与所述背腔431相连通；所述第一表面20A具有间隔设置的第一信号端子201201、接地端子202202和第二信号203203；其中，所述第一信号端子201被配置为与所述第一电连接端401电连接，所述接地端子202被配置为与所述第二电连接端402电连接，所述第二信号203被配置为与所述第三电连接端403电连接。
示例性地，在本发明实施例中，基板20为PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）板。PCB板是电子元器件（例如MEMS器件和ASIC器件）的支撑体，也是电子元器件电气相互连接的载体，例如，在PCB板进行布铜设计以作为连接导线。
示例性地，在本发明实施例中，所述壳体10为金属壳体，也称之为屏蔽壳体，该金属壳体固定在基板20上以形成腔体101，以屏蔽外界的电磁场干扰。
示例性地，在本发明实施例中，所述封装结构1000还包括第一透气结构110，在将所述壳体10与所述基板20粘接固定后，所述MEMS芯片40的一侧表面与所述第一通孔60连通，所述MEMS芯片40的另一侧表面经由所述第一透气结构110所在的位置处与封装结构1000之外的空间连通，使得所述MEMS芯片40能够感测到所述第一通孔60与所述第一透气结构110之间的压差信号。
示例性地，如图3所示，在本实施例中，所述ASIC芯片30也位于所述腔体101内并固定于所述基板20的第一表面20A。应理解，在其他一些实施例中，所述ASIC芯片30也可以位于所述腔体101之外，即位于所述壳体10之外。本发明实施例在此不做限制。
图4是本发明又一实施例提供的一种微差压传感器封装结构的俯视结构示意图。
如图4所示，在本实施例中，所述封装结构仅包括用于压力转换的MEMS芯片40，仅作为气流传感器检测电容信号。所述第一信号端子201、所述接地端子202和所述第二信号203均设置于所述MEMS芯片40的一侧。
图5是本发明另一实施例提供的一种微差压传感器封装结构的俯视结构示意图。
为了避免相邻两条信号线之间的距离过近所引起的信号干扰问题，相比于图4中信号端子的排布方式，如图5所示，也可将所述第一信号端子201、所述接地端子202和所述第二信号203中的其中两个设置于所述MEMS芯片40的一侧，另外一个设置于所述MEMS芯片40的另一侧。
示例性地，如图6-图12所示，为了适用表面贴装技术（Surface MountedTechnology，SMT），所述基板20的第二表面20B（也即背离所述壳体10的一侧表面）设置有用于与预制线路板电连接的第一焊盘301、接地焊盘302和第二焊盘303，所述第一焊盘301、所述接地焊盘302和所述第二焊盘303彼此间隔设置；其中，所述第一焊盘301被配置为与所述第一信号端子201电连接；所述接地焊盘302被配置为与所述接地端子202电连接；所述第二焊盘303被配置为与所述第二信号203电连接。
在微差压传感器封装结构贴附在预置线路板对应区域后，为了增强所述封装结构的第一通孔60周边的密封性，在一些实施例中，如图6所示，所述第二焊盘303呈环形且环绕所述第一通孔60设置，所述接地焊盘302和所述第一焊盘301均呈块形，所述接地焊盘302和所述第一焊盘301均位于所述第二焊盘303远离所述第一通孔60的一侧。
在一些实施例中，如图7所示，所述第二焊盘303呈环形；所述接地焊盘302和所述第一焊盘301均呈块形，所述接地焊盘302、所述第一焊盘301以及所述第一通孔60均被所述第二焊盘303环绕。
在一些实施例中，如图8所示，所述第一焊盘301、所述接地焊盘302和所述第二焊盘303均呈环形；所述第二焊盘303环绕所述接地焊盘302，且所述接地焊盘302环绕所述第一焊盘301。当微差压传感器封装结构应用于电子烟产品作为触发电子烟的开关使用时，利用第一焊盘301、接地焊盘302和第二焊盘303各自与所述基板20的所述第二表面20B之间的高度差，形成挡墙结构，可以有效解决电子烟产品整机漏油导致极性不同的焊盘之间发生极性短路问题。
在一些实施例中，如图9或者图10所示，所述接地焊盘302呈环形且环绕所述第一通孔60设置，所述第一焊盘301呈块形，所述第一焊盘301位于所述接地焊盘302远离所述第一通孔60的一侧。在对微差压传感器进行测试时，可单独对第一焊盘301施加电压激励信号或者稳定的高电压信号，并检测所述第二焊盘303输出的电信号。在实际应用时，可将第一焊盘301与接地焊盘302通过预设方式短接，例如通过金属引线将第一焊盘301与接地焊盘302短接，以使所述第一电容和所述第二电容并联，从而使得IC电容检测模块检测获得如图13所示的第一电容C1和第二电容C2并联后的电容值，进而有效增强了MEMS芯片40的灵敏度。
在一些实施例中，为了便于在实际使用时更方便的实现将第一焊盘301与接地焊盘302短接，如图11所示，所述接地焊盘302和所述第一焊盘301处于环状断开状态且所述接地焊盘302和所述第一焊盘301均围绕所述第一通孔60设置，环状断开部分为绝缘部。
在本实施例中，利用极性不同的接地焊盘302、第一焊盘301围合组成一个环形的焊盘结构，在测试应用时，单独向第一焊盘301施加电压激励信号或者稳定的高电压信号，并在第二焊盘303上测试反映第二电容的变化量的电信号，以确定MEMS芯片40是否处于劣化状态。在实际应用时，在预制线路板制作对应的导电连接图案层，然后在电连接图案层上涂布焊接剂，通过焊接剂中的导电材料（例如锡膏短接），实现将接地焊盘302与第一焊盘301短接，从而获得如图13所示的第一电容C1和第二电容C2并联后的电容值。
进一步地，所述接地焊盘302和所述第一焊盘301围合所形成的平面图案的外轮廓呈多边形，以增大与预置线路板电连接的有效面积，从而提升所述封装结构的第一通孔60周边的密封性能，并增强所述封装结构1000与预置线路板之间电连接的可靠性。
进一步地，如图12所示，所述接地焊盘302和所述第一焊盘301之间具有间隔距离小于或等于预设值的隔离带701，所述隔离带701的延伸路径穿过所述多边形中的其中一个角。通过延长隔离带701的长度，从而能够使所述接地焊盘302和所述第一焊盘301之间的间隙能够更好被焊接剂中的导电材料堵住从而实现密封，以及增强短接的可靠性。
需要说明的是，在上述图6-图8的实施例中，在实际应用时，也可无需将所述接地焊盘302和所述第一焊盘301短接，即仅使用第二电容作为MEMS芯片40的感测电容，并且可藉由该第二电容的电容变化量来调节MEMS芯片40的灵敏度。
根据本发明的第三方面，提供一种测试方法，用于对前述的任一实施例所述微差压传感器进行测试，或者用于对前述的任一实施例所述的封装结构进行测试，所述测试方法包括：
步骤S1，向所述第一电极施加电压激励信号，基于所述电压激励信号的变化引起所述第一电容的电容值变化，驱使所述振膜410从平衡位置朝向靠近所述背极板420的一侧作吸附运动；或者，向所述第一电极施加高电压信号，基于所述高电压信号引起所述振膜410变形，断开所述高电压信号，使得所述振膜410从变形位置回到平衡位置；
步骤S2，获取检测到的所述第二电容的变化量，并判断所述第二电容的变化量是否达到第一预设阈值，若是，则确定所述MEMS芯片40处于非劣化状态，反之，则确定所述MEMS芯片40处于劣化状态。
在步骤S1中，在一些实施方式中，利用向第一电极施加电压激励信号，基于电压激励信号的变化，使得第一电容的电容值由小变大，驱使振膜410从平衡位置朝向靠近背极板420的一侧作吸附运动，此时，第二电容感测到的电容逐渐变大，进而通过检测第二电容的变化量是否达到微差压传感器设定的第一预设阈值时，即可确定所述MEMS芯片40是否处于劣化状态。适用于检测到的电容变大来触发IC检测模块。
在另一些实施方式中，利用先向第一电极施加稳定的高电压信号，例如20V~50V的高压，引起振膜410和背极板420之间的间隙瞬间变小，然后逐步降低高电压信号的值，使得振膜410逐渐弹开，在振膜410弹开的过程中，振膜410和背极板420之间的间距是逐渐变大的过程，此时，所述MEMS芯片40感测到的第二电容的电容逐渐变小，进而通过检测第二电容的变化量是否达到微差压传感器设定的第一预设阈值时，即可确定所述MEMS芯片40是否处于劣化状态。适用于检测到的电容变小来触发IC检测模块。上述的两种实施方式本申请均涵盖。
本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述任一种封装结构。所述电子设备包括麦克风、电子烟等。
因此，采用本发明实施例提供的微差压传感器、封装结构、测试方法及电子设备，能够替代传统的MEMS芯片微差压产品的加气流测试方式，而且具有良好的测试稳定性以及较高的测试效率。
其中，所述微差压传感器包括MEMS芯片，MEMS芯片包括以层叠方式设置的基底、振膜以及背极板，背极板包括相互隔离的第一电极区域和第二电极区域，第一电极区域构成第一电极，第二电极区域构成第二电极，振膜构成第三电极，第一电极与第三电极构成第一电容，第二电极与第三电极构成第二电容；通过第一电连接端向第一电极施加电压激励信号或者高电压信号等方式，驱使振膜产生形变，以改变振膜和背极板之间的间距，来模仿加气流检测；然后通过第三电连接端输出感测到的所述第二电容的变化量，以根据第一预设阈值确定MEMS芯片是否处于劣化状态。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (20)
1.一种微差压传感器，其特征在于，所述微差压传感器包括MEMS芯片（40），所述MEMS芯片（40）包括以层叠方式设置的基底（430）、振膜（410）以及背极板（420），所述基底（430）具有在其厚度方向上贯通的背腔（431），所述背极板（420）包括相互隔离的第一电极区域（421）和第二电极区域（422），所述第一电极区域（421）构成第一电极，所述第二电极区域（422）构成第二电极，所述振膜（410）构成第三电极，所述第一电极与所述第三电极构成第一电容，所述第二电极与所述第三电极构成第二电容；
所述MEMS芯片（40）包括第一电连接端（401）、第二电连接端（402）和第三电连接端（403）；
其中，所述第一电连接端（401）与所述第一电极电连接，所述第一电连接端（401）被配置为提供电压激励信号或者高电压信号，用于驱使所述振膜产生形变，以改变所述振膜和所述背极板之间的间距；所述第二电连接端（402）与所述第二电极电连接，所述第二电连接端（402）被配置为提供接地信号；所述第三电连接端（403）与所述第三电极电连接，所述第三电连接端（403）作为所述MEMS芯片的信号输出端，输出所述第二电容的变化量，以根据第一预设阈值确定所述MEMS芯片（40）是否处于劣化状态。
2.如权利要求1所述的微差压传感器，其特征在于，
所述第一预设阈值的范围为所述第二电容的变化量占总信号链路电容总值的比例是1%-10%；
其中，所述总信号链路电容总值为MEMS芯片的电容、与MEMS芯片电连接的线路板的寄生电容、以及检测芯片的参考电容的三者之和。
3.如权利要求1所述的微差压传感器，其特征在于，
所述第一电连接端（401）、第二电连接端（402）和第三电连接端（403）均设置在所述MEMS芯片的表面。
4.如权利要求1所述的微差压传感器，其特征在于，
以穿过所述振膜（410）的几何中心为轴线，所述第一电极区域（421）上任意一点到所述振膜（410）的几何中心的轴向距离大于所述第二电极区域（422）上任意一点到所述振膜（410）的几何中心的轴向距离。
5.如权利要求4所述的微差压传感器，其特征在于，
所述第一电极区域（421）和所述第二电极区域（422）中的一者被另一者环绕。
6.如权利要求4所述的微差压传感器，其特征在于，
所述第一电极区域（421）和所述第二电极区域（422）中的一者包括第一部分和第二部分，所述第一部分被另一者环绕，所述第二部分环绕另一者。
7.如权利要求4所述的微差压传感器，其特征在于，
所述第一电极区域（421）和所述第二电极区域（422）呈同心设置。
8.如权利要求1所述的微差压传感器，其特征在于，所述微差压传感器还包括用于信号放大的ASIC芯片（30），所述ASIC芯片（30）的输入端与所述第三电连接端（403）电连接。
9.一种微差压传感器封装结构，其特征在于，所述封装结构包括基板（20）、壳体（10）和如权利要求1至8中任意一项所述的微差压传感器；
所述基板（20）具有相对设置的第一表面（20A）和第二表面（20B），所述基板（20）的所述第一表面（20A）与所述壳体（10）固定连接以形成腔体（101），所述MEMS芯片（40）与所述第一表面（20A）固定连接并且位于所述腔体（101）内，所述基板（20）上开设有第一通孔（60），所述MEMS芯片（40）覆盖所述第一通孔（60）；
所述第一表面（20A）具有间隔设置的第一信号端子（201）、接地端子（202）和第二信号端子（203）；
其中，所述第一信号端子（201）被配置为与所述第一电连接端（401）电连接，所述接地端子（202）被配置为与所述第二电连接端（402）电连接，所述第二信号端子（203）被配置为与所述第三电连接端（403）电连接。
10.如权利要求9所述的封装结构，其特征在于，
所述第二表面（20B）具有间隔设置的第一焊盘（301）、接地焊盘（302）和第二焊盘（303）；
其中，所述第一焊盘（301）被配置为与所述第一信号端子（201）电连接；所述接地焊盘（302）被配置为与所述接地端子（202）电连接；所述第二焊盘（303）被配置为与所述第二信号端子（203）电连接。
11.如权利要求10所述的封装结构，其特征在于，
所述第二焊盘（303）呈环形且环绕所述第一通孔（60）设置，
所述接地焊盘（302）和所述第一焊盘（301）均呈块形，所述接地焊盘（302）和所述第一焊盘（301）均位于所述第二焊盘（303）远离所述第一通孔（60）的一侧。
12.如权利要求10所述的封装结构，其特征在于，
所述第二焊盘（303）呈环形；
所述接地焊盘（302）和所述第一焊盘（301）均呈块形，所述接地焊盘（302）、所述第一焊盘（301）以及所述第一通孔（60）均被所述第二焊盘（303）环绕。
13.如权利要求10所述的封装结构，其特征在于，
所述第一焊盘（301）、所述接地焊盘（302）和所述第二焊盘（303）均呈环形；
所述第二焊盘（303）环绕所述接地焊盘（302），且所述接地焊盘（302）环绕所述第一焊盘（301）。
14.如权利要求10所述的封装结构，其特征在于，
所述接地焊盘（302）呈环形且环绕所述第一通孔（60）设置，
所述第一焊盘（301）呈块形，所述第一焊盘（301）位于所述接地焊盘（302）远离所述第一通孔（60）的一侧。
15.如权利要求10所述的封装结构，其特征在于，
所述接地焊盘（302）和所述第一焊盘（301）处于环状断开状态且所述接地焊盘（302）和所述第一焊盘（301）均围绕所述第一通孔（60）设置，环状断开部分为绝缘部。
16.如权利要求15所述的封装结构，其特征在于，
所述接地焊盘（302）和所述第一焊盘（301）围合所形成的平面图案的外轮廓呈多边形。
17.如权利要求16所述的封装结构，其特征在于，
所述接地焊盘（302）和所述第一焊盘（301）之间具有间隔距离小于或者等于预设值的隔离带（701），所述隔离带（701）的延伸路径穿过所述多边形中的其中一个角。
18.如权利要求14至17中任意一项所述的封装结构，其特征在于，
所述接地焊盘（302）和所述第一焊盘（301）通过预设方式短接，以使所述第一电容和所述第二电容并联。
19.一种测试方法，用于对如权利要求1至8中任意一项所述的微差压传感器进行测试，或者用于对如权利要求9至18中任意一项所述的封装结构进行测试，其特征在于，所述测试方法包括：
向所述第一电极施加电压激励信号，基于所述电压激励信号的变化引起所述第一电容的电容值变化，驱使所述振膜从平衡位置朝向靠近所述背极板的一侧作吸附运动；或者，向所述第一电极施加高电压信号，基于所述高电压信号引起所述振膜变形，随之逐步降低所述高电压信号，使得所述振膜从变形位置回到平衡位置；
获得所述第二电容的变化量，并判断所述第二电容的变化量是否达到第一预设阈值，若是，则确定MEMS芯片处于非劣化状态，反之，则确定所述MEMS芯片处于劣化状态。
20.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求9至18中任意一项所述的封装结构。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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