[發明專利]一種微電子機械系統的電容式氣壓傳感器

有效

• 申請號: 201310296888.3
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN103344377A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 聶萌;黃慶安
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L9/12
• 分類號: G01L9/12
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明屬于微電子機械系統（文中簡稱為：MEMS）器件技術領域，具體來說，涉及一種MEMS的電容式氣壓傳感器。

技術背景

探空壓力傳感器在工業生產、氣象預報、氣候分析、環境檢測、航空航天等方面發揮著不可替代的作用。傳統的壓力傳感器一般為機械式、體積比較大，不利于微型化和集成化。利用MEMS技術不僅可以解決上述缺點、還能極大的降低成本，而性能更為優良。低成本、低功耗、高性能、微型化和智能化是MEMS傳感器發展的趨勢。以IC(IC為集成電路的英文簡稱)工藝為基礎，實現傳感器與信號處理電路的集成則是實現該趨勢的有效途徑。以主流的CMOS技術實現傳感器與電路的單片集成技術，稱之為CMOS?MEMS技術。傳感器的CMOS工藝集成化是傳感器研究和發展的趨勢。

對于探空氣壓傳感器而言，針對其自身的特殊要求，具有如下難點：第一，因為需要測量從地表一直到高空的氣壓，所以用于氣象的壓力傳感器要求測量量程相對于普通傳感器要寬，范圍大概為10-1000hpa；第二，用于氣象的壓力傳感器對于靈敏度的要求較高；第三，對于高空作業，要求傳感器可以在低溫等惡劣環境下正常工作。如今基于MEMS技術得到廣泛應用的壓力傳感器主要有壓阻式和電容式兩大類，壓阻式壓力傳感器的線性度很好，但精度一般，溫漂大，一致性差；電容式壓力傳感器與之相比，精度更高，溫漂小，但線性度差且易受寄生電容的影響。所以，目前MEMS壓力傳感器用于氣象壓力測量的較少且價格昂貴。

目前，在國際上做的比較成熟的氣壓傳感器有硅壓阻（美國德魯克公司）和硅電容（芬蘭Vaisala公司）二種，最著名的也是Vaisala公司的產品，這兩種技術實際上都用到了半導線IC技術，所以技術性能較高，以Vaisala公司的PTB220為例，測量范圍550-1100hpa，準確度±0.3hpa。遺憾的是價格也很昂貴，單價約1000歐元。而在國內，用于探空的壓力傳感器尚處在研究與開發與應用的起步階段，離大規模商業應用還有較大距離。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種MEMS電容式氣壓傳感器，該氣壓傳感器解決了測量線性度與靈敏度相互制約的技術難點，可以適用于多種不同量程氣壓的測量與采集。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種MEMS電容式氣壓傳感器，該氣壓傳感器包括襯底、鍵合層、電容下極板、電容上極板、絕緣層、加熱電阻條、上電極電引出、下電極電引出和兩個加熱電阻條電引出；襯底固定連接在鍵合層的上表面，襯底的底面設有真空腔，電容下極板固定連接在鍵合層的上表面，且電容下極板位于真空腔中，電容上極板為位于真空腔頂面正上方的襯底，電容上極板為可動感壓薄膜，電容上極板與電容下極板相對，絕緣層固定連接在襯底的上表面，且絕緣層覆蓋了電容上極板，加熱電阻條固定連接在絕緣層的上表面，且加熱電阻條位于電容上極板的正上方，兩個加熱電阻條電引出固定連接在襯底的上表面，且每個加熱電阻條電引出和加熱電阻條的一端連接；上電極電引出和下電極電引出分別位于襯底上，且上電極電引出與電容上極板連接，下電極電引出與電容下極板連接。

進一步，所述的加熱電阻條呈鋸齒形。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1.可以適用于多種不同量程壓力的測量與采集，在保證不同需求的氣壓測量范圍的靈敏度前提下，極大的拓展了傳感器的測量范圍，使之適用于更寬泛的不同氣壓范圍。對于一個電容式壓力傳感器而言，在工藝條件不變的情況下，其性能參數可以通過調節可動感壓薄膜的邊長，厚度與電容的間距的來實現。電容間距越大，電容的可改變量越大，可測量量程越寬，靈敏度越高，但是線性度越差。所以對于大量程的測試要求，通常需要用幾個不同測量量程即不同結構尺寸的傳感器協作完成，而在各自的小的量程范圍內，電容的相對變化量最大，來實現靈敏度和線性度的指標達到測試要求。本發明通過控制加熱電阻條的溫度來控制電容上極板的初始形變量，即對同一個傳感器，通過改變電容上下極板間距來實現對此傳感器結構尺寸的改變，調節傳感器的測量范圍，進而成功的解決需要通過幾個不同結構尺寸的傳感器才可以實現的對大量程測試的要求，可保證不同需求的氣壓測量范圍的靈敏度。

2.制造成本低。本發明的電容式氣壓傳感器可完全由IC標準工藝與MEMS后處理工藝制作完成。利用現有工藝即可完成該傳感器的批量制作，制造成本低。