[發明專利]MEMS電容壓力芯片及其制備方法、電容式壓力傳感器

有效

• 申請號: 202110660644.3
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113340517B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 王立會;劉云飛;周瑜;滕超;馮杰
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三研究所
• 主分類號: G01L9/12
• 分類號: G01L9/12;B81B7/02
• 代理公司: 工業和信息化部電子專利中心 11010
• 代理人: 張然

本發明公開了一種微機電系統MEMS電容壓力芯片及其制備方法、電容式壓力傳感器，本發明在上極板及下極板上分別設置了感壓膜和引壓孔，通過雙感壓膜結構以及引壓孔結構的設計，使得上、下極板會產生相同大小的形變，該形變引起電容變化是現有單感壓膜的電容式壓力傳感器芯片的兩倍，所以本發明芯片靈敏度也是現有電容壓力傳感器芯片的兩倍，因此本發明可以有效提高電容式壓力傳感器靈敏度，從而解決了現有電容式壓力傳感器靈敏度低的問題。

技術領域

本發明涉及壓力測試技術領域，特別是涉及一種微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)電容壓力芯片及其制備方法、電容式壓力傳感器。

背景技術

電容壓力傳感器芯片是電容式壓力傳感器的核心器件，是壓力傳感器中直接感受加壓力信號的器件，是壓力傳感器的敏感元件。傳統的MEMS電容式壓力傳感器敏感芯片以變間隙式平行板電容器為模型工作。兩塊平行板子一塊為上極板、一塊為下極。其中上極板為感壓膜，其厚度較薄，下極板為固定極板。外界壓力直接作用到上極板上，使上極板發生形變，從而導致上極板與下極板之間的間距發生變化，繼而引起二者的電容變化。當上極板在小撓度的變形范圍內可以近似的認為壓力的變化與上下極板之間的電容變化成正比。通過后續的處理電路將電容兩轉化為電壓或者電流信號，從而完成壓力的測量。

但是目前這種基于單感壓膜結構靈敏度偏低，當感受到外界壓力時，只有作為感壓膜結構的極板發生形變，由此產生的電容變化較低，造成靈敏度偏低。而隨著醫學、大氣、深空探測等領域的快速發展，也對電容式壓力傳感器也提出了更高的靈敏度的測量要求，因此，如何制備一種高靈敏度的電容壓力傳感器成為現在亟待需要解決的問題。

發明內容

本發明提供了一種微機電系統MEMS電容壓力芯片及其制備方法和電容式壓力傳感器，以解決現有電容式壓力傳感器靈敏度低的問題。

第一方面，本發明提供了一種微機電系統MEMS電容壓力芯片，所述電容壓力芯片包括相鍵合的下極板和上極板；所述下極板上設有下感壓膜，所述上極板上設有上感壓膜，所述下感壓膜與所述上感壓膜相對應設置；所述下感壓膜外圍設有下引壓孔，所述上感壓膜外圍設有上引壓孔，所述下引壓孔與所述上引壓孔相連通，通過所述下引壓孔與所述上引壓孔將外界壓力傳入所述上感壓膜，以使所述下感壓膜和所述上感壓膜將外界壓力信息轉換為電容信號，并通過所述下極板和所述上極板將所述電容信號以電流形式進行輸出，以基于所述電流對所述外界壓力進行檢測。

可選地，所述下極板與所述下感壓膜均為方形，且所述下感壓膜設置在所述下極板的中心位置；所述上極板與所述上感壓膜均為方形，且所述上感壓膜設置在所述上極板的中心位置。

可選地，所述上引壓孔為多個，且所述上引壓孔均布在所述上感壓膜外圍；

所述下引壓孔為多個，且所述下引壓孔均布在所述下感壓膜外圍；

其中，所述上引壓孔與所述下引壓孔的數量相同。

可選地，所述上引壓孔和所述下引壓孔均為4個，且分別設置在所述上感壓膜和所述下感壓膜各邊的中點位置。

可選地，所述上極板與所述下極板上均設有一個電極，通過所述電極將所述下感壓膜與所述上感壓膜所檢測到的電容信號轉換為電流信號或電壓信號并進行輸出。

可選地，所述芯片還包括密封罩；

所述密封罩的外形與所述上極板的外形相適配，通過將所述密封罩與所述上極板相鍵合，以避免所述上極板內的外界壓力向外傳播。

可選地，所述密封罩內設有兩個導電玻璃漿料孔，所述導電玻璃漿料孔內注有導電玻璃漿料，并設有一個信號引出針；

其中一個導電玻璃漿料孔貫穿所述上極板與所述下極板的電極相連接，另一個電玻璃漿料孔直接與所述上極板電極連接。