[发明专利]一种绝压接触式MEMS电容薄膜真空计

说明书

本发明公开了一种绝压接触式MEMS电容薄膜真空计，采用接触式结构能够使真空计的测量曲线，即真空度‑电容曲线具有分段线性的特点，解决了感压薄膜大挠度变形非线性的问题，提升了真空计的测量性能；同时，接触式结构可以防止感压薄膜在高压力作用下受到破坏，提高真空规的测量范围。

技术领域

本发明属于机械设计和真空计量技术领域，具体涉及一种绝压接触式MEMS电容薄膜真空计。

背景技术

真空度的高低通常用气体的压强来表示，气体压强越低，真空度就越高；反之，气体压强越高，真空度就越低。在电容薄膜真空计中，压强改变引起薄膜发生形变，从而引起薄膜与固定电极组成的敏感电容器的电容发生变化，通过测量电容以及校准就可以确定气体压强。和其他类型的真空计相比，电容薄膜真空计具有测量准确度高、线性好、输出的重复性和长期稳定性好、能够测量气体全压力、测量结果和气体成分无关的特点。基于MEMS技术的电容薄膜真空计采用具有良好力学和电学性能的单晶硅薄膜，替代传统的电容薄膜真空计采用的金属薄膜或者陶瓷薄膜，实现真空计的集成化和小型化。在拥有传统的电容薄膜真空计特点的基础上，还具有体积小、重量轻、功耗低以及可批量化生产的优点。这种真空计不仅可以替代传统的电容薄膜真空计，同时也可以满足深空探测、风洞试验、临近空间探测和生物医学等对真空测量仪器具有小型化、低功耗要求的新兴领域。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种绝压接触式MEMS电容薄膜真空计，能够实现1～1000Pa范围绝对真空度的测量，具有分段线性的特征，测量分辨率优于0.5Pa。

本发明提供的一种绝压接触式MEMS电容薄膜真空计，包括：上基底、挡块、吸气剂薄膜、感压薄膜、固定电极引出槽、硅基、测量端进气口、引出电极、固定电极及下基底；

所述硅基上开设所述固定电极引出槽；所述测量端进气口位于所述硅基中贯通硅基的底部凹槽和所述固定电极引出槽；

所述上基底的下表面与所述硅基的上表面密封连接，所述上基底的下表面与所述硅基上表面的凹槽围成真空参考腔；所述挡块的上表面与所述上基底的下表面固定连接位于所述真空参考腔内，所述吸气剂薄膜位于所述挡块的下表面，所述感压薄膜位于所述硅基的凹槽底部；

所述下基底的上表面与所述硅基的下表面密封连接，所述下基底的上表面与所述硅基下表面的凹槽形成测量端腔室；所述固定电极位于所述测量端腔室内，所述固定电极的下表面与下所述基底的上表面固定连接；所述引出电极穿过所述测量端进气口将所述固定电极的电信号引出。

进一步地，所述感压薄膜为正方形薄膜，所述感压薄膜的宽度与厚度的比值大于设定阈值，所述感压薄膜的材料为基于浓硼掺杂的单晶硅。

进一步地，所述感压薄膜的制作工艺为各向异性腐蚀和自停止腐蚀。

进一步地，所述感压薄膜与吸气剂薄膜之间的间隙小于感压薄膜在真空度测量范围上限的最大挠度。

进一步地，所述感压薄膜与所述吸气剂薄膜之间的间隙为4μm。

进一步地，所述真空参考腔的真空度维持在10-2Pa以上。

进一步地，所述吸气剂薄膜为非蒸散型吸气剂薄膜。

进一步地，所述电容薄膜传感器与前端电路板电气连接且贴附于所述前端电路板上，所述前端电路板固定于真空计壳体内部；所述真空计壳体内壁具有温度控制层；

所述真空计壳体上开设壳体测量端接口和电信号输出接口；所述壳体测量端接口用于连通外界待测真空环境；所述电信号输出接口用于将所述前端电路板输出的电信号传输至上位机。

有益效果：