[发明专利]一种MEMS压力传感元件

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，更具体地，涉及一种MEMS压力传感元件。

背景技术

目前的MEMS压力传感器，无论是压阻式还是电容式的，都需要把压力敏感薄膜暴露在空气中，否则压力敏感膜无法对外界的气压做出敏感的反应。该压力敏感膜通常作为电学电容极板或电阻应用，由于其必须暴露在空气中而不能设置于在封闭的电学腔体中，外界的电磁干扰会对MEMS压力传感器的输出造成影响。

现有电容式MEMS压力传感器多采用单电容检测的方式：由压力敏感膜与衬底形成密封真空腔，当外界的气压变化时，处在真空腔上方的压力敏感膜会发生弯曲，从而导致压力敏感膜与衬底形成的电容会发生变化，检测该电容变化即可取得外界压力。

上述电容式MEMS压力传感器是通过单个电容来检测外界压力变化，一般来说，外界气压变化所引起的电容变化量都是很小的，采用单个电容进行检测的误差很大。另外，除了外界的压力变化会引起电容变化外，其它干扰信号也会引起电容的变化，如应力、温度及其它共模信号，都会影响电容的变化值。单电容检测对外界的干扰信号无法滤除，会影响输出信号的噪声水平，降低信噪比。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够将外界电磁干扰屏蔽在电容外部的MEMS压力传感元件。

根据本发明的第一方面，提供了一种MEMS压力传感元件，包括：设有凹槽的基底；设置于所述基底上方的压力敏感膜，所述压力敏感膜密封所述凹槽的开口以形成密封腔体；位于所述密封腔体内的构成电容结构的可动极板和固定极板；其中，所述固定极板固定于基底凹槽的底壁，所述可动极板悬置于所述固定极板的上方并且与所述固定极板相对；所述压力敏感膜与所述可动极板连接，以在外界压力作用下带动所述可动极板运动。

优选的，所述可动极板包括依次并列设置的第一扭转质量块、压力传导部以及第二扭转质量块，所述第一扭转质量块和所述第二扭转质量块关于所述压力传导部对称；所述压力传导部通过第一弹性连接部与所述第一扭转质量块连接，通过第二弹性连接部与所述第二扭转质量块连接；所述压力传导部的中心部分通过第一锚点与所述压力敏感膜的中心部分固定连接；所述第一扭转质量块的中心部分通过第二锚点与基底凹槽的底壁固定连接；所述第二扭转质量块的中心部分处通过第三锚点与基底凹槽的底壁固定连接。

优选的，所述第一弹性连接部包括第一弹性梁、第一连接臂、以及第二连接臂；所述第二弹性连接部包括第二弹性梁、第三连接臂、以及第四连接臂；所述第一弹性梁和第二弹性梁平行于所述压力传导部；所述第一弹性梁的两端分别通过一条第一连接臂与所述压力传导部连接，所述第一弹性梁的中间通过第二连接臂与所述第一扭转质量块连接；所述第二弹性梁的两端分别通过一条第三连接臂与所述压力传导部连接，所述第二弹性梁的中间通过第四连接臂与所述第二扭转质量块连接。

优选的，所述第一扭转质量块包括第一矩形框架结构和第三弹性梁；所述第一矩形框架结构包括平行于压力传导部的第一可动极板和第二可动极板，以及两条垂直于压力传导部的第五连接臂；所述第三弹性梁连接两条所述第五连接臂的中点，其中心通过所述第二锚点与基底凹槽的底壁固定连接；所述第二扭转质量块包括第二矩形框架结构和第四弹性梁；所述第二矩形框架结构包括平行于压力传导部的第三可动极板和第四可动极板，以及两条垂直于压力传导部的第六连接臂；所述第四弹性梁连接两条所述第六连接臂的中点，其中心通过所述第三锚点与基底凹槽的底壁固定连接；所述固定极板包括第一、第二、第三、第四固定极板，所述第一、第二、第三、第四固定极板与所述第一、第二、第三、第四可动极板一一对应形成第一、第二、第三、第四电容结构。

优选的，所述第一电容结构和第四电容结构通过金属引线并联，构成第一组电容；所述第二电容结构和第三电容结构通过金属引线并联，构成第二组电容；所述第一组电容和所述第二组电容构成一对差分电容。