[实用新型]一种微电子机械系统的电容式气压传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于微电子机械系统（文中简称为：MEMS）器件技术领域，具体来说，涉及一种MEMS的电容式气压传感器。

技术背景

探空压力传感器在工业生产、气象预报、气候分析、环境检测、航空航天等方面发挥着不可替代的作用。传统的压力传感器一般为机械式、体积比较大，不利于微型化和集成化。利用MEMS技术不仅可以解决上述缺点、还能极大的降低成本，而性能更为优良。低成本、低功耗、高性能、微型化和智能化是MEMS传感器发展的趋势。以IC(IC为集成电路的英文简称)工艺为基础，实现传感器与信号处理电路的集成则是实现该趋势的有效途径。以主流的CMOS技术实现传感器与电路的单片集成技术，称之为CMOS MEMS技术。传感器的CMOS工艺集成化是传感器研究和发展的趋势。

对于探空气压传感器而言，针对其自身的特殊要求，具有如下难点：第一，因为需要测量从地表一直到高空的气压，所以用于气象的压力传感器要求测量量程相对于普通传感器要宽，范围大概为10-1000hpa；第二，用于气象的压力传感器对于灵敏度的要求较高；第三，对于高空作业，要求传感器可以在低温等恶劣环境下正常工作。如今基于MEMS技术得到广泛应用的压力传感器主要有压阻式和电容式两大类，压阻式压力传感器的线性度很好，但精度一般，温漂大，一致性差；电容式压力传感器与之相比，精度更高，温漂小，但线性度差且易受寄生电容的影响。所以，目前MEMS压力传感器用于气象压力测量的较少且价格昂贵。

目前，在国际上做的比较成熟的气压传感器有硅压阻（美国德鲁克公司）和硅电容（芬兰Vaisala公司）二种，最著名的也是Vaisala公司的产品，这两种技术实际上都用到了半导线IC技术，所以技术性能较高，以Vaisala公司的PTB220为例，测量范围550-1100hpa，准确度±0.3hpa。遗憾的是价格也很昂贵，单价约1000欧元。而在国内，用于探空的压力传感器尚处在研究与开发与应用的起步阶段，离大规模商业应用还有较大距离。

发明内容

技术问题：本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种MEMS电容式气压传感器，该气压传感器解决了测量线性度与灵敏度相互制约的技术难点，可以适用于多种不同量程气压的测量与采集。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种MEMS电容式气压传感器，该气压传感器包括衬底、键合层、电容下极板、电容上极板、绝缘层、加热电阻条、上电极电引出、下电极电引出和两个加热电阻条电引出；衬底固定连接在键合层的上表面，衬底的底面设有真空腔，电容下极板固定连接在键合层的上表面，且电容下极板位于真空腔中，电容上极板为位于真空腔顶面正上方的衬底，电容上极板为可动感压薄膜，电容上极板与电容下极板相对，绝缘层固定连接在衬底的上表面，且绝缘层覆盖了电容上极板，加热电阻条固定连接在绝缘层的上表面，且加热电阻条位于电容上极板的正上方，两个加热电阻条电引出固定连接在衬底的上表面，且每个加热电阻条电引出和加热电阻条的一端连接；上电极电引出和下电极电引出分别位于衬底上，且上电极电引出与电容上极板连接，下电极电引出与电容下极板连接。

进一步，所述的加热电阻条呈锯齿形。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.可以适用于多种不同量程压力的测量与采集，在保证不同需求的气压测量范围的灵敏度前提下，极大的拓展了传感器的测量范围，使之适用于更宽泛的不同气压范围。对于一个电容式压力传感器而言，在工艺条件不变的情况下，其性能参数可以通过调节可动感压薄膜的边长，厚度与电容的间距的来实现。电容间距越大，电容的可改变量越大，可测量量程越宽，灵敏度越高，但是线性度越差。所以对于大量程的测试要求，通常需要用几个不同测量量程即不同结构尺寸的传感器协作完成，而在各自的小的量程范围内，电容的相对变化量最大，来实现灵敏度和线性度的指标达到测试要求。本实用新型通过控制加热电阻条的温度来控制电容上极板的初始形变量，即对同一个传感器，通过改变电容上下极板间距来实现对此传感器结构尺寸的改变，调节传感器的测量范围，进而成功的解决需要通过几个不同结构尺寸的传感器才可以实现的对大量程测试的要求，可保证不同需求的气压测量范围的灵敏度。

2.制造成本低。本实用新型的电容式气压传感器可完全由IC标准工艺与MEMS后处理工艺制作完成。利用现有工艺即可完成该传感器的批量制作，制造成本低。