[發(fā)明專利]電容壓力傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00128193.3
• 申請(qǐng)日: 2000-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN1297144A
• 公開（公告）日: 2001-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石倉(cāng)義之;木村重夫;增田譽(yù);添田將;片岡俊之
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社山武
• 主分類號(hào): G01L9/12
• 分類號(hào): G01L9/12
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 王以平

本發(fā)明涉及一種電容壓力傳感器，更具體地說(shuō)，涉及一種電容壓力傳感器，其中將熔化焊料制成的抽提電極連接到固定電極和可動(dòng)電極上以構(gòu)成電容器元件。

在傳統(tǒng)的電容壓力傳感器中，將構(gòu)成膜片的薄晶片和具有凹槽以形成基座的厚晶片相互粘附在一起，并且凹槽和膜片構(gòu)成電容器元件的電容腔。將構(gòu)成電容器元件的電極布置在電容腔中以使其彼此相對(duì)。

如圖9所示，傳統(tǒng)的電容壓力傳感器101由下晶片102、上晶片103、抽提電極104、固定電極105、可動(dòng)電極107、參考電極109、固定電極105用的墊板106以及可動(dòng)電極107和參考電極109用的墊板108所組成。

下晶片102和上晶片103都是由藍(lán)寶石、硅、玻璃、或氧化鋁制成的基片。下晶片102在其除了外圍的中心部分處具有圓形的凹進(jìn)的電容形成區(qū)域102a和多個(gè)墊板形成區(qū)域102b和103b，從電容形成區(qū)域102a的外圓周向外伸出。上晶片103與下晶片102的邊緣粘接，以覆蓋電容形成區(qū)域102a以及墊板形成區(qū)域102b和103b。上晶片103構(gòu)成膜片，就如所形成充分薄的膜片一樣，因此膜片可以很容易地根據(jù)外部壓力變化而偏轉(zhuǎn)。

如圖8所示，圓形的可動(dòng)電極107被安裝成與膜片的一個(gè)與電容形成區(qū)域120a相對(duì)的表面的中心部分緊密接觸，并且將C形參考電極109被安裝成與膜片的邊緣緊密接觸，以使其基本包圍可動(dòng)電極107。圓形的固定電極105被安裝成與下晶片102緊密接觸，與可動(dòng)電極107和參考電極109相對(duì)。電極105、107、和109與貫穿下晶片102伸展的抽提電極104連接。上晶片103的可動(dòng)電極107和參考電極109同下晶片102的固定電極105穿過(guò)預(yù)定的間隙相互對(duì)立，以構(gòu)成電容器元件。

按照這種配置，當(dāng)膜片103a由于壓力變化而偏轉(zhuǎn)時(shí)，可動(dòng)電極107移動(dòng)因而可動(dòng)電極107和固定電極105之間的距離發(fā)生變化。可以通過(guò)電檢測(cè)到固定電極105和可動(dòng)電極107之間電容的變化，來(lái)間接測(cè)量壓力的變化。參考電極109用于校正固定電極105和可動(dòng)電極107之間所檢測(cè)的電容。

將簡(jiǎn)要描述制造上述電容壓力傳感器的一種方法。通過(guò)處理由藍(lán)寶石或類似物所制成的基片，預(yù)備好下晶片102和上晶片103。通過(guò)機(jī)械加工、激光處理、超聲波處理類似處理，在下晶片102中形成用于形成抽提電極104的通孔110。通過(guò)干蝕刻在下晶片102的表面中形成用于電容形成區(qū)域102a的凹槽。

通過(guò)汽相淀積、離子電鍍、濺射、或類似方法在凹槽中形成金屬薄膜，并對(duì)其有選擇地蝕刻以形成固定電極105。固定電極105由鉑/附著力促進(jìn)劑薄膜形成。為形成附著力促進(jìn)劑薄膜，使用鈦、釩、鉻、鈮、鋯、鉿、鉭、或類似金屬。顯而易見的是，可以不進(jìn)行蝕刻并且可以穿過(guò)蔭罩板執(zhí)行濺射或類似方法。

在上晶片103中，在由藍(lán)寶石或類似物制成的基板上通過(guò)濺射或類似方法形成金屬薄膜，并且對(duì)金屬薄膜有選擇地蝕刻以形成可動(dòng)電極107、參考電極109、以及墊板106和108。墊板106由金/阻擋薄膜/附著力促進(jìn)劑薄膜形成。例如，鉑用于形成阻擋薄膜，并且鈮用于形成附著力促進(jìn)劑薄膜。顯而易見的是，作為替代蝕刻金屬薄膜以形成電極的方法，可以穿過(guò)蔭罩板進(jìn)行濺射以形成電極。

在此之后，將上晶片103粘結(jié)在下晶片102上，并且在溫度條件為400℃到1，300℃的大氣中直接將上晶片103和下晶片102相互粘結(jié)在一起。在粘結(jié)之后，用如錫-銀焊料之類的熔化焊料104a填滿下晶片102中的通孔110，以形成抽提電極104。如果預(yù)先將下和上晶片102和103的定位以使通孔110同墊板106和108彼此相對(duì)，且通孔中所填入的熔化焊料104a附在墊板106和108上以形成可靠的電連接。

上述傳統(tǒng)電容壓力傳感器有幾個(gè)問(wèn)題。更具體的說(shuō)，在構(gòu)成膜片的上晶片103中，待形成可動(dòng)電極107和參考電極109的表面和待粘接到下晶片102上的表面位于同一平面上。如果出現(xiàn)有缺陷的電極結(jié)構(gòu)或晶片未對(duì)準(zhǔn)，則未對(duì)準(zhǔn)的電極可能妨礙粘接晶片。

一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)下和上晶片由同種材料(例如藍(lán)寶石)制成時(shí)，經(jīng)常通過(guò)直接粘接將它們相互結(jié)合在一起。由于直接粘接需要粘接表面的平面性和小的表面粗糙度，所以未對(duì)準(zhǔn)的電極極大削弱了晶片的粘接強(qiáng)度。由于這個(gè)原因，一般情況下，電極和附在它們上的導(dǎo)線部分必須充分遠(yuǎn)離晶片的粘接部分。這需要額外的空間，因而妨礙了縮小傳感器的尺寸。