[發(fā)明專利]一種絕壓接觸式MEMS電容薄膜真空計

在審

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• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112763129A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設計）人: 李剛;成永軍;何申偉;孫雯君;習振華;裴曉強;張瑞芳;楊利;高潔
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: G01L9/12
• 分類號: G01L9/12
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗

本發(fā)明公開了一種絕壓接觸式MEMS電容薄膜真空計，采用接觸式結(jié)構(gòu)能夠使真空計的測量曲線，即真空度?電容曲線具有分段線性的特點，解決了感壓薄膜大撓度變形非線性的問題，提升了真空計的測量性能；同時，接觸式結(jié)構(gòu)可以防止感壓薄膜在高壓力作用下受到破壞，提高真空規(guī)的測量范圍。

技術領域

本發(fā)明屬于機械設計和真空計量技術領域，具體涉及一種絕壓接觸式MEMS電容薄膜真空計。

背景技術

真空度的高低通常用氣體的壓強來表示，氣體壓強越低，真空度就越高；反之，氣體壓強越高，真空度就越低。在電容薄膜真空計中，壓強改變引起薄膜發(fā)生形變，從而引起薄膜與固定電極組成的敏感電容器的電容發(fā)生變化，通過測量電容以及校準就可以確定氣體壓強。和其他類型的真空計相比，電容薄膜真空計具有測量準確度高、線性好、輸出的重復性和長期穩(wěn)定性好、能夠測量氣體全壓力、測量結(jié)果和氣體成分無關的特點。基于MEMS技術的電容薄膜真空計采用具有良好力學和電學性能的單晶硅薄膜，替代傳統(tǒng)的電容薄膜真空計采用的金屬薄膜或者陶瓷薄膜，實現(xiàn)真空計的集成化和小型化。在擁有傳統(tǒng)的電容薄膜真空計特點的基礎上，還具有體積小、重量輕、功耗低以及可批量化生產(chǎn)的優(yōu)點。這種真空計不僅可以替代傳統(tǒng)的電容薄膜真空計，同時也可以滿足深空探測、風洞試驗、臨近空間探測和生物醫(yī)學等對真空測量儀器具有小型化、低功耗要求的新興領域。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種絕壓接觸式MEMS電容薄膜真空計，能夠?qū)崿F(xiàn)1～1000Pa范圍絕對真空度的測量，具有分段線性的特征，測量分辨率優(yōu)于0.5Pa。

本發(fā)明提供的一種絕壓接觸式MEMS電容薄膜真空計，包括：上基底、擋塊、吸氣劑薄膜、感壓薄膜、固定電極引出槽、硅基、測量端進氣口、引出電極、固定電極及下基底；

所述硅基上開設所述固定電極引出槽；所述測量端進氣口位于所述硅基中貫通硅基的底部凹槽和所述固定電極引出槽；

所述上基底的下表面與所述硅基的上表面密封連接，所述上基底的下表面與所述硅基上表面的凹槽圍成真空參考腔；所述擋塊的上表面與所述上基底的下表面固定連接位于所述真空參考腔內(nèi)，所述吸氣劑薄膜位于所述擋塊的下表面，所述感壓薄膜位于所述硅基的凹槽底部；

所述下基底的上表面與所述硅基的下表面密封連接，所述下基底的上表面與所述硅基下表面的凹槽形成測量端腔室；所述固定電極位于所述測量端腔室內(nèi)，所述固定電極的下表面與下所述基底的上表面固定連接；所述引出電極穿過所述測量端進氣口將所述固定電極的電信號引出。

進一步地，所述感壓薄膜為正方形薄膜，所述感壓薄膜的寬度與厚度的比值大于設定閾值，所述感壓薄膜的材料為基于濃硼摻雜的單晶硅。

進一步地，所述感壓薄膜的制作工藝為各向異性腐蝕和自停止腐蝕。

進一步地，所述感壓薄膜與吸氣劑薄膜之間的間隙小于感壓薄膜在真空度測量范圍上限的最大撓度。

進一步地，所述感壓薄膜與所述吸氣劑薄膜之間的間隙為4μm。

進一步地，所述真空參考腔的真空度維持在10-2Pa以上。

進一步地，所述吸氣劑薄膜為非蒸散型吸氣劑薄膜。

進一步地，所述電容薄膜傳感器與前端電路板電氣連接且貼附于所述前端電路板上，所述前端電路板固定于真空計殼體內(nèi)部；所述真空計殼體內(nèi)壁具有溫度控制層；

所述真空計殼體上開設殼體測量端接口和電信號輸出接口；所述殼體測量端接口用于連通外界待測真空環(huán)境；所述電信號輸出接口用于將所述前端電路板輸出的電信號傳輸至上位機。

有益效果：