[发明专利]利用磁致伸缩效应的可变电感型MEMS压力传感器

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种压力传感器，更具体地说，涉及一种通过实现可变电感型压力传感器获得的压力传感器，该可变电感型压力传感器利用磁致伸缩效应具有磁致伸缩材料作为磁芯，这意味着通过微机电系统(这之后称为“MEMS”)技术，导磁率基于外部施加的压力而被显著改变。

背景技术

作为近期商业化的压力传感器，半导体压力传感器不具有磁滞现象，即当施加压力时的特征曲线不同于当压力降低时的特征曲线，并且具有极好的线性。还有，即使小型化和轻量的半导体压力传感器对振动来说也是非常坚固。此外，半导体压力传感器比机械传感器具有高灵敏度和可靠性，以及极好的大批量生产率。

采用MEMS加工(process)技术的微压力传感器包括利用压电/压阻效应的压阻传感器，基于压力的施加通过薄膜的移动测量电容变化的电容传感器，和用来测量波束(beam)的共振频率变化的振动传感器。

该压阻压力传感器采用以硅晶片隔膜上的桥式构成的扩散阻力来检测电阻分量的变化量，然后通过信号检测单元检测电阻分量的变化量来感应压力。尽管压阻压力传感器已被广泛使用，但是当与惠斯通电桥(wheastone bridge)方法一起制造时，由于压电材料对于温度的敏感度，该传感器需要附加电路，并且不便于遥测(telemetry)。

在电容压力传感器中，彼此面对的电极板之间的间隔由于外部应力而变化，并且电极板之间的电容被改变。该电容压力传感器将该变化转换为电信号以测量应力。该电容压力传感器具有对温度的低灵敏度，并且可以用MEMS技术制造并甚至在小的压力变化下运行，因此电容压力传感器已被广泛使用以用于精确测量。然而，由于该电容压力传感器具有低FOM(品质因数)，其表示传感器的灵敏度，因此跨度区域是窄带，并且它的制造过程比压阻传感器更困难。

当压阻或电容压力传感器在高频带(高于UHF带)使用时，高频寄生分量和半导体(Si族)电阻分量的影响随频率增高而变得更大，这样需要可用在特定结构或特定高频带的材料/结构。结果，目前还没有高频压力传感器被公开。

同时，尽管采用电感变化测量压力的方法已进行了大约十年，但是该方法已开发到与RF标志相关的应用，而不是传感器本身的结果。线圈的通用形状太大而不能应用到微传感器，并且尽管它可以制作成具有MEMS结构，但是需要困难的加工，因此该方法是不实用的。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的是提供一种电感型压力传感器，其适于高频应用，能够通过MEMS方法加工生产，并且具有高FOM(传感器的灵敏度)以用于精确测量。

技术方案

为了实现上述的目的，利用磁致伸缩效应的可变电感型MEMS压力传感器包括电感阵列单元和电容单元。该电感阵列单元包括线圈单元，所述线圈单元具有多个形成在第一衬底上的串联的环形电极和与环形电极一一对应的磁致伸缩材料薄膜，所述磁致伸缩材料薄膜形成在以预定距离与第一衬底平行相对的第二衬底上，以形成具有磁致伸缩材料薄膜作为线圈单元磁芯的电感，用来感应磁致伸缩薄膜取决于外部压力的导磁率的变化，以改变电感的感应系数。该电容单元与电感阵列单元构成LC谐振电路，以将电感阵列单元中释放的磁能转换为电压。

附图说明

附图1是示出依据本发明实施例的利用磁致伸缩效应的可变电感型MEMS压力传感器的平面图。

附图2是示出附图1的等效电路的图。

附图3是示出附图1中的传感器沿A-A′方向截取的截面图。

附图4-11是示出附图3中的电感阵列单元100的制作过程的截面图。

附图12是示出具有磁致伸缩材料作为磁芯的通用螺线管模型的图。

附图13是示出当压力施加到附图1中的电感阵列单元100的一个单元元件(unit cell)时的框图。

附图14是示出无线遥测如何利用互感工作的电路图。

具体实施方式

将结合附图详细描述本发明。

附图1是示出依据本发明实施例的利用磁致伸缩效应的可变电感型MEMS压力传感器的平面图。

在实施例中，利用磁致伸缩效应的可变电感型MEMS压力传感器包括电感阵列单元100和电容单元200，其形成LC谐振电路。