CN1186607C - 多层膜电容式压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种用于传递压力信号的多层膜电容式压力传感器，由电容极板及连接电极板的引线组成，电容极板为电极膜，电极膜之间由电容介质膜填充，电容极板及引线设在衬底上，在电容极板的下方设有空腔。本发明改变了其电容的极板结构，采用了多层膜结构，即采用两层电极板膜将介质膜夹在其间，形成夹层膜结构，夹层膜受压力作用产生形变，介质材料面积发生变化从而导致传感器电容发生变化，可变电容由上下极板电极材料引出，由于面积变化与压力呈现很好的线性关系，所以夹层电容式压力传感器结构具有很好的线性度。本发明提出的夹层电容结构有效地提高了传感器的灵敏度和线性度，温度漂移小，适用于大温度范围内的压力测量。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种微机械压力传感器，尤其涉及多层膜电容式压力传感器。
二、背景技术
压力传感器代表了一个历史悠久并且得到商业应用的微机械加工传感器领域。在汽车控制，环境检测，医学测量等领域中都有重要的应用。硅微加工技术已经大范围的进入了这个领域。硅微加工压阻式压力传感和电容式压力传感是两种主要的传感器模式。摩托罗拉(Motorola)MPX5100系列压阻式压力传感器是压阻式压力传感器的重要商用代表。然而压阻式压力传感器固有的较大的温度漂移特性使其在温度变化范围很大的应用领域有局限性。电容式器件具有接近于零的温度系数，但是常用电容式压力传感器采用电容间距随压力变化的传感方式，致使电容式器件的非线性难以消除(电容反比于间距大小)。尽管通过缩小测量范围可以降低非线性的影响，但是测量范围受到了限制。
三、技术内容
技术问题：本发明提供一种可与标准集成电路工艺兼容的多层膜电容式压力传感器，具有线性度好和灵敏度高的优点。
技术方案：一种用于传递压力信号的多层膜电容式压力传感器，包括电容上极板21和电容下极板22及连于电极上极板21的引线211和连于电极下极板22的引线221组成，其特征在于电容上极板21和电容下极板22为电极膜，电容上极板21和电容下极板22之间由电容介质膜23填充，电容上极板21、电容下极板22、电容介质膜23及引线211和引线221设在衬底1上，在电容下极板的下方设有空腔。
技术效果：本发明改变了其电容的极板结构，采用了多层膜结构，即采用两层电极板膜将介质膜夹在其间，形成夹层膜结构，夹层膜受压力作用产生形变，介质材料面积发生变化从而导致传感器电容发生变化，可变电容由上下极板电极材料引出，由于面积变化与压力呈现很好的线性关系，所以夹层电容式压力传感器结构具有很好的线性度。夹层电容介质层的介电常数高于空气介电常数值数倍，因而有效的提高了电容随压力的变化量，传感器的灵敏度得到提高。后端采用体加工技术不影响前端的IC工艺加工，保证了IC标准工艺的兼容性，在标准工艺制作完成后进行后端体加工有利于传感器结构批量加工生产。后端体加工有利于增强传感器敏感膜的固支边界条件，增大传感器敏感膜的面积以有利于提高压力敏感的电容变化量。本发明提出的夹层电容结构有效地提高了传感器的灵敏度和线性度，温度漂移小，适用于大温度范围内的压力测量。
四、附图说明
图1是本发明的实施结构示意图。
图2是本发明的另一实施结构示意图。
图3是本发明的结构剖视图。
图4是本发明的电容电极板结构剖视图。
五、具体实施方案
本发明是一种用于传递压力信号的多层膜电容式压力传感器，一种用于传递压力信号的多层膜电容式压力传感器，包括电容上极板21和电容下极板22及连于电极上极板21的引线211和连于电极下极板22的引线221组成，其特征在于电容上极板21和电容下极板22为电极膜，电容上极板21和电容下极板22之间由电容介质膜23填充，电容上极板21、电容下极板22、电容介质膜23及引线211和引线221设在衬底1上，在电容下极板的下方设有空腔，该电容极板下方的空腔为封闭腔体11，也可以是开放空腔12或是位于电极板与衬底之间的间隙，本发明采用集成电路IC加工工艺和后端微机械体加工技术结合形成硅微传感器结构。前端工艺加工包括：衬底硅材料上氧化层淀积，光刻出重掺杂注入区域，形成腐蚀停止层作为夹层电容的下极板，介质薄膜材料的淀积与图形光刻，多晶硅材料淀积、重掺杂及光刻形成夹层电容的上极板，氧化层淀积，引线孔光刻，金属淀积和光刻，钝化层淀积及光刻。后端体加工工艺包括：硅片背面腐蚀以及硅片键合。
Claims (4)
1、一种用于传递压力信号的多层膜电容式压力传感器，包括电容上极板(21)和电容下极板(22)及连于电极上极板(21)的引线(211)和连于电极下极板(22)的引线(221)组成，其特征在于电容上极板(21)和电容下极板(22)为电极膜，电容上极板(21)和电容下极板(22)之间由电容介质膜(23)填充，电容上极板(21)、电容下极板(22)、电容介质膜(23)及引线(211)和引线(221)设在衬底(1)上，在电容下极板的下方设有空腔。
2、根据权利要求1所述的多层膜电容式压力传感器，其特征在于电容极板下方的空腔为封闭腔体(11)。
3、根据权利要求1所述的多层膜电容式压力传感器，其特征在于电容极板下方的空腔为开放腔体(12)。
4、根据权利要求1所述的多层膜电容式压力传感器，其特征在于电容极板下方的空腔为间隙。
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