一種電容式的環(huán)境傳感器及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及測量領域，更具體地，涉及一種傳感器，尤其涉及一種電容式的環(huán)境傳感器；本發(fā)明還涉及一種該環(huán)境傳感器的制造方法。
【背景技術】
[0002]環(huán)境傳感器利用的是敏感材料的相關物理效應，如壓阻效應、壓電效應等，敏感材料在受到環(huán)境變量的作用后，其電阻或者電容發(fā)生變化，通過測量電路就可以得到正比于環(huán)境變量變化的電信號，環(huán)境傳感器現已廣泛應用于氣壓、高度、溫濕度、氣體等領域的測量和控制中。
[0003]近年來，隨著科學技術的發(fā)展，人們對這些便攜電子產品的性能要求也越來越高?，F有技術中電容式的環(huán)境傳感器，其包括受外界環(huán)境變化而發(fā)生相應形變的敏感膜，以及與該敏感膜構成平板電容器結構的固定電極，其工作原理是:當外界環(huán)境發(fā)生變化時，該敏感膜發(fā)生形變，從而改變了敏感膜與固定電極之間的間隙，最終使電容器輸出變化的電信號。根據電容的計算公式，電容值與兩個極板的相對面積成正比，與兩個極板之間的間隙成反比，從而使得這種上下電極式的平板電容器的變化量是非線性的；更有，敏感膜在發(fā)生較大形變時，線性進一步變差，這進一步增加了電容器的非線性變化。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的一個目的是提供了一種電容式的環(huán)境傳感器的新技術方案。
[0005]根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種電容式的環(huán)境傳感器，包括具有容腔的襯底，在所述襯底上設置有懸置在容腔上方的敏感膜，所述敏感膜與襯底的容腔圍成了密閉腔體；還包括可動極板，所述可動極板連接在所述敏感膜上；還包括與可動極板構成環(huán)境敏感型電容器的固定極板。
[0006]優(yōu)選地，所述可動極板與固定極板構成了基于面積變化的叉指式電容器。
[0007]優(yōu)選地，所述可動極板設置有多個，該多個可動極板呈平行布置的叉指狀，所述固定極板設置有多個，該多個固定極板呈平行布置的叉指狀；所述多個可動極板分別與對應固定極板的側壁相對，構成了基于面積變化的叉指式電容器。
[0008]優(yōu)選地，所述可動極板與固定極板構成了基于間隙變化的平板電容器。
[0009]優(yōu)選地，所述固定極板通過絕緣層固定在襯底上，且位于可動極板的正下方。
[0010]優(yōu)選地，在所述襯底上還設置有第一參考極板、第二參考極板，所述第一參考極板、第二參考極板構成了電容量不隨外界環(huán)境變化的基準電容器；所述環(huán)境敏感型電容器與基準電容器構成差分電容結構。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述基準電容器與環(huán)境敏感型電容器的形狀、結構一致。
[0012]優(yōu)選地，所述可動極板通過錨點連接在敏感膜的中部。
[0013]本發(fā)明還提供了一種上述環(huán)境傳感器的制造方法，包括以下步驟:
[0014]S1:對襯底的背面進行刻蝕，以形成容腔以及位于容腔上方的敏感膜；
[0015]S2:對該容腔的下端進行密封，以形成密閉腔體；
[0016]S3:在襯底、敏感膜的上方沉積犧牲層；
[0017]S4:在犧牲層的上方沉積導電層，并對其進行圖形化刻蝕，以形成可動極板、固定極板；
[0018]S5:將犧牲層腐蝕掉，將可動極板釋放出來。
[0019]優(yōu)選地，在所述步驟S4中，還包括對導電層進行圖形化刻蝕，以形成第一參考極板、第二參考極板的步驟。
[0020]本發(fā)明的環(huán)境傳感器，可動極板連接在敏感膜上，當外界環(huán)境發(fā)生變化時，敏感膜會受到外界環(huán)境的影響而發(fā)生相應的形變(例如上凸或下凹)，使得與其連接的可動極板發(fā)生上升或下降的位移，最終通過構成的環(huán)境敏感型電容器輸出相應的電信號。本發(fā)明的環(huán)境傳感器，將敏感膜的形變轉換為可動極板在單一方向(例如水平方向)上的變化，由此可大幅度提高環(huán)境敏感型電容器的線性性能。
[0021]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現，在現有技術中，環(huán)境傳感器均是敏感膜構成的平板電容器結構，敏感膜發(fā)生形變使得電容器中的非線性的變化量很大。因此，本發(fā)明所要實現的技術任務或者所要解決的技術問題是本領域技術人員從未想到的或者沒有預期到的，故本發(fā)明是一種新的技術方案。
[0022]通過以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點將會變得清楚。
【附圖說明】
[0023]被結合在說明書中并構成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0024]圖1是本發(fā)明環(huán)境傳感器的結構示意圖。
[0025]圖2是圖1中環(huán)境傳感器工作時的結構示意圖。
[0026]圖3是本發(fā)明環(huán)境傳感器另一實施方式的結構示意圖。
[0027]圖4是本發(fā)明環(huán)境傳感器制造方法的流程圖。
[0028]圖5是本發(fā)明環(huán)境傳感器另一種制造方法的流程圖。
[0029]圖6是本發(fā)明叉指式環(huán)境傳感器的結構示意圖。
[0030]圖7是本發(fā)明平板式環(huán)境傳感器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031]現在將參照附圖來詳細描述本發(fā)明的各種示例性實施例。應注意到:除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數字表達式和數值不限制本發(fā)明的范圍。
[0032]以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應用或使用的任何限制。
[0033]對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為說明書的一部分。
[0034]在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。
[0035]應注意到:相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。
[0036]參考圖1，本發(fā)明提供了一種電容式的環(huán)境傳感器，其可以是壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等本領域技術人員所熟知的用于檢測外界環(huán)境變化的傳感器。環(huán)境傳感器包括具有容腔的襯底1，在所述襯底1上設置有敏感膜2，該敏感膜2采用隨外界環(huán)境變化而發(fā)生形變的材料，例如當該環(huán)境傳感器為壓力傳感器時，則敏感膜2為壓力敏感膜；當環(huán)境傳感器為濕度傳感器時，則敏感膜2為濕度敏感膜。各環(huán)境傳感器敏感膜所采用的材料均為本領域技術人員的公知常識。
[0037]在本發(fā)明一個具體的實施方式中，例如該敏感膜2為壓力敏感膜；當外界壓力發(fā)生變化時，該壓力敏感膜會發(fā)生相應的形變。襯底1可采用本領域技術人員所熟知的襯底材料，例如多晶硅等。如果襯底1與敏感膜2之間需要絕緣，可在襯底1與敏感膜2連接的位置設置一絕緣層，這屬于本領域技術人員的公知常識，在此不再具體說明。
[0038]所述敏感膜2懸置在容腔的上方，并與該容腔共同圍成了一密閉腔體5，該密閉腔體5尤其采用真空腔體。在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方式中，所述襯底1的容腔貫通襯底1的上下兩端，此時，還需要設置一密封件6將容腔的下端密封住。
[0039]本發(fā)明的環(huán)境傳感器，還包括可動極板4，所述可動極板4連接在所述敏感膜2上，使得該可動極板4可隨著敏感膜2的彎曲變形而發(fā)生相應的位移。參考圖2的視圖方向，當敏感膜2下凹時，則可動極板4隨著敏感膜2的下凹而向下運動；當敏感膜2上凸時，則可動極板4隨著敏感膜2的上凸而向上運動。該可動極板4可直接連接在敏感膜2上，也可以通過錨點3進行連接。在所述襯底1上還設置有與可動極板4構成環(huán)境敏感型電容器的固定極板(視圖未給出)，固定極板例如可通過絕緣層固定在襯底1上，其與可動極板4共同形成了本領域技術人員所熟知的電容器結構。
[0040]本發(fā)明的環(huán)境傳感器，可動極板連接在敏感膜上，當外界環(huán)境發(fā)生變化時，敏感膜會受到外界環(huán)境的影響而發(fā)生相應的形變(例如上凸或下凹)，使得與其連接的可動極板發(fā)生上升或下降的位移，最終通過構成的環(huán)境敏感型電容器輸出相應的電信號。本發(fā)明的環(huán)境傳感器，將敏感膜的形變轉換為可動極板在單一方向(例如水平方向)上的變化，由此可大幅度提高環(huán)境敏感型電容器的線性性能。
[0041]在本發(fā)明一個具體的實施方式中，參考圖6，所述可動極板與固定極板構成了基于面積變化的叉指式電容器?？蓜訕O板在與固定極板的平行方向上移動，通過兩個極板之間正對面積的變化，使得電容器結構輸出變化的電信號。采用叉指式電容器，通過改變兩個極板之間的面積來輸出變化的電信號，使得環(huán)境敏感型電容器的輸出更加線性。
[0042]具體地，所述可動極板8a設置有多個，該多個可動極板8a呈平行布置的叉指狀，也就是說，該多個可動極板8a在與其運動方向垂直的平面內并列排布。對應地，所述固定極板8b設置有多個，其可通過絕緣層固定在襯底1上，其中，該多個固定極板8b呈平行布置的叉指狀，也就是說，該多個固定極板8b在與可動極板8a運動方向垂直的平面內并列排布；所述多個可動極板8a分別與相應固定極板8b的側壁相對，例如，每個可動極板8a伸入至相鄰兩個固定極板8b之間的空隙，并與固定極板8b的側壁相對起來，構成了基于面積變化的叉指式電容器8。其中，在襯底1上還設置有用于將所有可動極板8a信號引出的電極10，以及將所有固定極板8b信號引出的電極11。
[0043]當敏感膜2發(fā)生下凹或上凸的形變時，可動極板8a相對于固定極板8b下降或上升，從而改變了可動極板8a與固定極板8b之間側壁的正對面積，使得該叉指式電容器8輸出變化的電信號。
[0044]在本發(fā)明另一具體的實施方式中，參考圖7，所述可動極板與固定極板構成了基于間隙變化的平板電容器。可動極板朝固定極板的方向移動，通過兩個極板之間間隙的變化，使得電容器結構輸出變化的電信號。
[0045]具體地，可動極板15a的根部可通過錨點連接在敏感膜2上，其另一端伸出至襯底1的端面上，并與襯底1的端面平行。固定極板15b可通過絕緣層固定在襯底1上，且位于可動極板15a的正下方，由此使可動極板15a、固定極板