一种mems压力传感元件的制作方法
一种mems压力传感元件的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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，夕卜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】
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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、第四可动极板对应形成第一、第二、第三、第四电容结构。
[0010]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。
[0011]优选的，所述第一扭转质量块包括第一矩形框架结构、第三弹性梁、以及第七连接臂；所述第一矩形框架结构远离压力传导部的一边的中间位置设有第一开口 ；所述第三弹性梁位于第一矩形框架内部，两端分别连接第一矩形框架结构垂直于压力传导部的对边；所述第七连接臂的一端连接第三弹性梁的中点，另一端从第一开口处伸出第一矩形框架外连接至第二锚点；所述第二锚点的上端连接压力敏感膜，下端连接基底凹槽的底壁；所述第二扭转质量块包括第二矩形框架结构、第四弹性梁、以及第八连接臂；所述第二矩形框架结构远离压力传导部的一边的中间位置设有第二开口 ；所述第四弹性梁位于第二矩形框架内部，两端分别连接第二矩形框架结构垂直于压力传导部的对边；所述第八连接臂的一端连接第四弹性梁的中点，另一端从第二开口处伸出第二矩形框架外连接至第三锚点；所述第三锚点的上端连接压力敏感膜，下端连接基底凹槽的底壁。
[0012]优选的，所述固定极板包括分别位于第一矩形框架的四个角的下方的第一、第二、第三、第四固定极板，所述第一、第二固定极板相对远离压力传导部，所述第三、第四固定极板相对接近压力传导部；所述固定极板还包括分别位于第二矩形框架的四个角的下方的第五、第六、第七、第八固定极板，所述第五、第六固定极板相对接近压力传导部，所述第七、第八固定极板相对远离压力传导部；第一至第八固定极板与其上方对应部分的扭转质量块形成第一至第八电容结构，其中第一、第二、第七、和第八电容结构通过引线并联，构成第一组电容，第三、第四、第五、和第六电容结构通过引线并联，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。
[0013]优选的，所述密封腔体内还设置有限位凸起部，所述限位凸起部设置于基底凹槽的底壁并且位于所述压力传导部的下方。
[0014]优选的，所述压力敏感膜为单晶硅材质。
[0015]优选的，所述压力敏感膜的厚度为um-um。
[0016]本发明的MEMS压力传感元件，将压力敏感和电学检测分开，将压力敏感膜暴露在空气中，将电容结构设置在由压力敏感膜和基底围成的密封腔中，电容结构的可动极板由压力敏感膜带动，这样既完成压力敏感的功能，又屏蔽了外界对电容结构的电磁干扰。
[0017]本发明的发明人发现，在现有技术中，还没有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。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。
[0018]通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
【附图说明】
[0019]被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
[0020]图1是本发明MEMS压力传感元件第一实施例的结构示意图。
[0021]图2是本发明MEMS压力传感元件第一实施例的电容结构的平面示意图。
[0022]图3-4是本发明第一实施例的MEMS压力传感元件受外界压力变化下的状态图。
[0023]图5-18是本发明第一实施例的MEMS压力传感元件的制造过程示意图。
[0024]图19是本发明MEMS压力传感元件第二实施例的电容结构的平面示意图。
【具体实施方式】
[0025]现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0026]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0027]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0028]在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0029]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0030]参考图1-4介绍本发明MEMS压力传感元件的第一实施例，包括:
[0031]设有凹槽的基底I，设置于基底I上方的压力敏感膜5，压力敏感膜5密封凹槽的开口以形成密封腔体500。
[0032]位于密封腔体500内的构成电容结构的可动极板和固定极板；其中，固定极板固定于基底I凹槽的底壁，可动极板悬置于固定极板的上方并且与固定极板相对；压力敏感膜5与可动极板连接，以在外界压力作用下带动可动极板运动。
[0033]参考图1和2介绍本发明MEMS压力传感元件的电容结构:
[0034]固定 极板包括依次并列排布的第一固定极板601、第二固定极板602、第三固定极板603、以及第四固定极板604。
[0035]可动极板包括依次并列排布的第一扭转质量块、压力传导部350以及第二扭转质量块，第一扭转质量块和第二扭转质量块关于压力传导部350对称。
[0036]压力传导部350为条状，在中心部分通过第一锚点100与压力敏感膜5的中心部分固定连接；压力传导部350通过第一弹性连接部与第一扭转质量块连接，通过第二弹性连接部与第二扭转质量块连接；经过以上设置，可动极板在其中心部分通过第一锚点100与压力敏感膜5连接，可以在压力敏感膜5的带动下通过第一弹性连接部和第二弹性连接部使第一、第二扭转质量块发生扭转运动。
[0037]第一扭转质量块包括第一矩形框架结构和第三弹性梁312 ;第一矩形框架结构包括平行于压力传导部350的第一可动极板301和第二可动极板302，以及两条垂直于压力传导部350的第五连接臂311 ;第三弹性梁312连接两条第五连接臂311的中点，其中心通过第二锚点200与基底I凹槽的底壁固定连接。
[0038]第二扭转质量块包括第二矩形框架结构和第四弹性梁322 ;第二矩形框架结构包括平行于压力传导部350的第三可动极板303和第四可动极板304，以及两条垂直于压力传导部350的第六连接臂321 ;第四弹性梁322连接两条第六连接臂321的中点，其中心通过第三锚点300与基底I凹槽的底壁固定连接。
[0039]第一弹性连接部包括第一弹性梁313、第一连接臂314、以及第二连接臂315 ;第一弹性梁313平行于压力传导部350 ;第一弹性梁313的两端分别通过一条第一连接臂314与压力传导部350连接，第一弹性梁313的中间通过第二连接臂315与第一扭转质量块的第二可动极板302连接。
[0040]第二弹性连接部包括第二弹性梁323、第三连接臂324、以及第四连接臂325 ;第二弹性梁323平行于压力传导部350 ;第二弹性梁323的两端分别通过一条第三连接臂324与压力传导部350连接，第二弹性梁323的中间通过第四连接臂325与第二扭转质量块的第三可动极板303连接。
[0041]第一可动极板301与第一固定极板601构成第一电容结构C1-1，第二可动极板302与第二固定极板602构成第一电容结构C1-2，第三可动极板303与第三固定极板603构成第三电容结构C2-1，第四可动极板304与第四固定极板604构成第一电容结构C2-2。
[0042]第一电容结构Cl-1和第四电容结构C2-2通过金属引线并联，构成第一组电容Cl ；第二电容结构C1-2和第三电容结构C2-1通过金属引线并联，构成第二组电容C2 ;第一组电容Cl和第二组电容C2构成一对差分电容。
[0043]其中，密封腔体500内还设置有限位凸起部122，限位凸起部122设置于基底I凹槽的底壁并且位于压力传导部350的下方。限位凸起部122用于限定压力传导部350的位移，避免可动极板接触固定极板造成元件损坏功能失效。
[0044]其中，第一、第二、第三锚点100、200、300优选为氧化物。压力敏感膜5优选为单晶娃材质，厚度优选为10um-30um。
[0045]外界压力作用在压力敏感膜5上时，压力敏感膜5会带动可动极板运动，引起可动极板与固定电极之间距离的变化，从而导致电容变化，通过检测电容的变化就可以实现对外界压力的检测。将压力敏感膜5接到地电位，既实现了对外界压力的检测，又将外界电磁干扰屏蔽在电学部分之外，达到提高MEMS压力传感器精度的目的。
[0046]参考图3和图4介绍本发明MEMS传感元件的差分检测原理:
[0047]参考图3所示，当外界压力减小时，压力敏感膜5上凸，带动压力传导部350向上运动，第二可动极板302和第二固定极板602之间的距离增加，第三可动极板303和第三固定极板603之间的距离增加，导致第二电容结构C1-2和第三容结构C2-1同时减小；第一可动极板301和第一固定极板601之间的距离减小，第四可动极板304和第四固定极板604之间的距离减小，导致第一电容结构Cl-1和第四电容结构C2-2同时增大。
[0048]参考图4所示，当外界压力增加时，压力敏感膜5下凹，带动压力传导部350向下运动，第二可动极板302和第二固定极板602之间的距离减小，第三可动极板303和第三固定极板603之间的距离减小，导致第二电容结构C1-2和第三容结构C2-1同时增大；第一可动极板301和第一固定极板601之间的距离增大，第四可动极板304和第四固定极板604之间的距离增大，导致第一电容结构Cl-1和第四电容结构C2-2同时减小。
[0049]可见第一电容结构Cl-1和第四电容结构C2-2是同时增大或减小的，第二电容结构C1-2和第三容结构C2-1是同时减小或增大的，由第一电容结构Cl-1和第四电容结构C2-2构成第一组电容Cl，由第二电容结构C1-2和第三电容结构C2-1构成第二组电容C2，第一组电容Cl和第二组电容C2组成一对差分电容，通过差分电容检测电路进行信号处理，就可以测试出外界压力。
[0050]参考图5-18介绍上述第一实施例的MEMS压力传感元件的制造过程:
[0051]S101、参考图5所示，提供第一晶片11 ;参考图6所示，在第一晶片11上沉积氧化物作为隔离层17 ;参考图7所示，在隔离层17上沉积金属层；对金属层进行构图和刻蚀，以形成固定极板；
[0052]S102、参考图8所示，在隔离层17和固定极板上沉积氧化物作为第一氧化层12 ；参考图9所示，对第一氧化层12进行构图和刻蚀，以暴露固定极板，并形成第三外环支撑部121、键合台阶200和300、以及限位凸起部122 ;键合台阶200和300分别为第一扭转质量块和第二扭转质量块在基底上的固定锚点；
[0053]S103、参考图10所不，提供第二晶片13 ;参考图11所不，对第二晶片13进行构图和刻蚀，以在第二晶片13的正面形成位于中心的第一连接部132，以及第一外环支撑部131 ；
[0054]S104、参考图12所示，提供第三晶片15 ;参考图13所示，在第三晶片15上沉积第二氧化层14 ;参考图14所示，对第二氧化层14进行构图和刻蚀，以形成位于中心的第二连接部100，以及第二外环支撑部141 ;第二连接部100为压力传导部在压力敏感膜5上的固定锚点；
[0055]S105、参考图15所示，翻转第二晶片13，将第一连接部132与第二连接部100键合，以及将第一外环支撑部131和第二外环支撑部141键合；
[0056]S106、参考图16所示，将第二晶片13减薄至设计厚度，对第二晶片13进行构图和刻蚀，以形成对应于固定极板的可动极板；可动极板包括第一扭转质量块、压力传导部、以及第二扭转质量块；这里的刻蚀可以是深反应离子刻蚀(DRIE，Deep Reactive 1nEtching)；
[0057]S107、参考图17所示，将第三外环支撑部121与第二晶片13的背面键合，令可动极板和固定极板相对构成电容结构；这一步键合完成后，第一晶片11、第三晶片15，以及第一晶片11和第三晶片15之间的各层，共同围成密封腔体，将固定极板和可动极板封装在内；
[0058]S108、参考图18所示，对第三晶片15进行减薄以形成压力敏感膜5。
[0059]参考图19介绍本发明MEMS压力传感元件的第二实施例，从图中可以看出:第一扭转质量块包括第一矩形框架结构、第三弹性梁312、以及第七连接臂3001 ;第一矩形框架结构远离压力传导部350的一边的中间位置设有第一开口 ；第三弹性梁312位于第一矩形框架内部，两端分别连接第一矩形框架结构垂直于压力传导部350的对边；第七连接臂3001的一端连接第三弹性梁312的中点，另一端从第一开口处伸出第一矩形框架外连接至第二锚点(200);第二锚点(200)的上端连接压力敏感膜(5)，下端连接基底(I)凹槽的底壁。
[0060]第二扭转质量块包括第二矩形框架结构、第四弹性梁322、以及第八连接臂3002 ;第二矩形框架结构远离压力传导部350的一边的中间位置设有第二开口 ；第四弹性梁322位于第二矩形框架内部，两端分别连接第二矩形框架结构垂直于压力传导部350的对边；第八连接臂3002的一端连接第四弹性梁322的中点，另一端从第二开口处伸出第二矩形框架外连接至第三锚点(300);第三锚点(300)的上端连接压力敏感膜(5)，下端连接基底
(I)凹槽的底壁。
[0061]固定极板包括分别位于第一矩形框架的四个角的下方的第一、第二、第三、第四固定极板601A、602A、603A、604A，第一、第二固定极板601A、602A相对远离压力传导部350，第三、第四固定极板603A、604A相对接近压力传导部350。
[0062]固定极板还包括分别位于第二矩形框 架的四个角的下方的第五、第六、第七、第八固定极板605A、606A、607A、608A，第五、第六固定极板605A、606A相对接近压力传导部350，第七、第八固定极板607A、608A相对远离压力传导部350。
[0063]第一至第八固定极板(601A-608A)与其上方对应部分的扭转质量块形成第一至第八电容结构，其中第一、第二、第七、和第八电容结构通过引线并联，构成第一组电容，第三、第四、第五、和第六电容结构通过引线并联，构成第二组电容；第一组电容和第二组电容构成一对差分电容。
[0064]第二实施例将第一扭转质量块和第二扭转质量块的支撑锚点拉到质量块外侧，并且使锚点的两端分别连接压力敏感膜和基底，使锚点为非悬浮状态，在扭转质量块与基底键合时可以保证键合的质量和连接强度，从而使第二实施例在工艺实现上更为容易，且不影响压力敏感膜的运动模式。
[0065]本发明在衬底上制作金属电极做为固定极板，再刻蚀氧化层凸起，为可动极板层的键合预留出运动空间。元件的顶层是压力敏感膜，外界的压力会引起压力敏感膜上下的运动，压力敏感膜的下面为可动极板层，可动极板的中间部分与压力敏感膜的中间部分通过键合锚定在一起。当压力作用在压力敏感膜上时，压力敏感膜会带动可动极板运动，进而引起可动极板与衬底上的金属电极之间的电容变化，实现对外界压力的检测。
[0066]已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
【主权项】
1.一种MEMS压力传感元件，其特征在于，包括: 设有凹槽的基底⑴； 设置于所述基底(I)上方的压力敏感膜(5)，所述压力敏感膜(5)密封所述凹槽的开口以形成密封腔体(500)； 位于所述密封腔体(500)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(I)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(5)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。2.根据权利要求1所述的元件，其特征在于， 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(350)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(350)对称； 所述压力传导部(350)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(350)的中心部分通过第一锚点(100)与所述压力敏感膜(5)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(200)与基底(I)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(300)与基底(I)凹槽的底壁固定连接。3.根据权利要求2所述的元件，其特征在于， 所述第一弹性连接部包括第一弹性梁(313)、第一连接臂(314)、以及第二连接臂(315);所述第二弹性连接部包括第二弹性梁(323)、第三连接臂(324)、以及第四连接臂(325);所述第一弹性梁(313)和第二弹性梁(323)平行于所述压力传导部(350); 所述第一弹性梁(313)的两端分别通过一条第一连接臂(314)与所述压力传导部(350)连接，所述第一弹性梁(313)的中间通过第二连接臂(315)与所述第一扭转质量块连接; 所述第二弹性梁(323)的两端分别通过一条第三连接臂(324)与所述压力传导部(350)连接，所述第二弹性梁(323)的中间通过第四连接臂(325)与所述第二扭转质量块连接。4.根据权利要求2所述的元件，其特征在于， 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(312);所述第一矩形框架结构包括平行于压力传导部(350)的第一可动极板(301)和第二可动极板(302)，以及两条垂直于压力传导部(350)的第五连接臂(311);所述第三弹性梁(312)连接两条所述第五连接臂(311)的中点，其中心通过所述第二锚点(200)与基底(I)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(322);所述第二矩形框架结构包括平行于压力传导部(350)的第三可动极板(303)和第四可动极板(304)，以及两条垂直于压力传导部(350)的第六连接臂(321);所述第四弹性梁(322)连接两条所述第六连接臂(321)的中点，其中心通过所述第三锚点(300)与基底(I)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(601、602、603、604)，所述第一、第二、第三、第四固定极板(601、602、603、604)与所述第一、第二、第三、第四可动极板(301、302,303,304)——对应形成第一、第二、第三、第四电容结构(Cl-1、Cl-2、C2-1、C2-2)。5.根据权利要求4所述的元件，其特征在于， 所述第一电容结构(Cl-1)和第四电容结构(C2-2)通过引线并联，构成第一组电容(Cl);所述第二电容结构(C1-2)和第三电容结构(C2-1)通过引线并联，构成第二组电容(C2);所述第一组电容(Cl)和所述第二组电容(C2)构成一对差分电容。6.根据权利要求2所述的元件，其特征在于， 所述第一扭转质量块包括第一矩形框架结构、第三弹性梁(312)、以及第七连接臂(3001);所述第一矩形框架结构远离压力传导部(350)的一边的中间位置设有第一开口；所述第三弹性梁(312)位于第一矩形框架内部，两端分别连接第一矩形框架结构垂直于压力传导部(350)的对边；所述第七连接臂(3001)的一端连接第三弹性梁(312)的中点，另一端从第一开口处伸出第一矩形框架外连接至第二锚点(200);所述第二锚点(200)的上端连接压力敏感膜(5)，下端连接基底(I)凹槽的底壁； 所述第二扭转质量块包括第二矩形框架结构、第四弹性梁(322)、以及第八连接臂(3002);所述第二矩形框架结构远离压力传导部(350)的一边的中间位置设有第二开口；所述第四弹性梁(322)位于第二矩形框架内部，两端分别连接第二矩形框架结构垂直于压力传导部(350)的对边；所述第八连接臂(3002)的一端连接第四弹性梁(322)的中点，另一端从第二开口处伸出第二矩形框架外连接至第三锚点(300);所述第三锚点(300)的上端连接压力敏感膜(5)，下端连接基底(I)凹槽的底壁。7.根据权利要求6所述的元件，其特征在于， 所述固定极板包括分别位于第一矩形框架的四个角的下方的第一、第二、第三、第四固定极板(601A、602A、603A、604A)，所述第一、第二固定极板(601A、602A)相对远离压力传导部(350)，所述第三、第四固定极板^03A、604A)相对接近压力传导部(350)； 所述固定极板还包括分别位于第二矩形框架的四个角的下方的第五、第六、第七、第八固定极板^05A、606A、607A、608A)，所述第五、第六固定极板(605A、606A)相对接近压力传导部(350)，所述第七、第八固定极板(607A、608A)相对远离压力传导部(350)； 第一至第八固定极板与其上方对应部分的扭转质量块形成第一至第八电容结构，其中第一、第二、第七、和第八电容结构通过引线并联，构成第一组电容，第三、第四、第五、和第六电容结构通过引线并联，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。8.根据权利要求1-7任一项所述的元件，其特征在于，所述密封腔体(500)内还设置有限位凸起部(122)，所述限位凸起部(122)设置于基底(I)凹槽的底壁并且位于所述压力传导部(350)的下方。9.根据权利要求1-7任一项所述的元件，其特征在于，所述压力敏感膜(5)为单晶硅材质。10.根据权利要求1-7任一项所述的元件，其特征在于，所述压力敏感膜(5)的厚度为10um_30um。
【专利摘要】本发明公开了一种MEMS压力传感元件，包括：设有凹槽的基底；设置于基底上方的压力敏感膜，压力敏感膜密封凹槽的开口以形成密封腔体；位于密封腔体内的构成电容结构的可动极板和固定极板；其中，固定极板固定于基底凹槽的底壁，可动极板悬置于固定极板的上方并且与固定极板相对；压力敏感膜与可动极板连接，以在外界压力作用下带动可动极板运动。本发明的MEMS压力传感元件将压力敏感和电学检测分开，将压力敏感膜暴露在空气中，将电容结构设置在由压力敏感膜和基底围成的密封腔中，电容结构的可动极板由压力敏感膜带动，这样既完成压力敏感的功能，又屏蔽了外界对电容结构的电磁干扰。
【IPC分类】G01L9/12, B81B3/00
【公开号】CN104897334
【申请号】CN201510368749
【发明人】郑国光
【申请人】歌尔声学股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月29日
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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，夕卜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】
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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、第四可动极板对应形成第一、第二、第三、第四电容结构。
[0010]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。
[0011]优选的，所述第一扭转质量块包括第一矩形框架结构、第三弹性梁、以及第七连接臂；所述第一矩形框架结构远离压力传导部的一边的中间位置设有第一开口 ；所述第三弹性梁位于第一矩形框架内部，两端分别连接第一矩形框架结构垂直于压力传导部的对边；所述第七连接臂的一端连接第三弹性梁的中点，另一端从第一开口处伸出第一矩形框架外连接至第二锚点；所述第二锚点的上端连接压力敏感膜，下端连接基底凹槽的底壁；所述第二扭转质量块包括第二矩形框架结构、第四弹性梁、以及第八连接臂；所述第二矩形框架结构远离压力传导部的一边的中间位置设有第二开口 ；所述第四弹性梁位于第二矩形框架内部，两端分别连接第二矩形框架结构垂直于压力传导部的对边；所述第八连接臂的一端连接第四弹性梁的中点，另一端从第二开口处伸出第二矩形框架外连接至第三锚点；所述第三锚点的上端连接压力敏感膜，下端连接基底凹槽的底壁。
[0012]优选的，所述固定极板包括分别位于第一矩形框架的四个角的下方的第一、第二、第三、第四固定极板，所述第一、第二固定极板相对远离压力传导部，所述第三、第四固定极板相对接近压力传导部；所述固定极板还包括分别位于第二矩形框架的四个角的下方的第五、第六、第七、第八固定极板，所述第五、第六固定极板相对接近压力传导部，所述第七、第八固定极板相对远离压力传导部；第一至第八固定极板与其上方对应部分的扭转质量块形成第一至第八电容结构，其中第一、第二、第七、和第八电容结构通过引线并联，构成第一组电容，第三、第四、第五、和第六电容结构通过引线并联，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。
[0013]优选的，所述密封腔体内还设置有限位凸起部，所述限位凸起部设置于基底凹槽的底壁并且位于所述压力传导部的下方。
[0014]优选的，所述压力敏感膜为单晶硅材质。
[0015]优选的，所述压力敏感膜的厚度为um-um。
[0016]本发明的MEMS压力传感元件，将压力敏感和电学检测分开，将压力敏感膜暴露在空气中，将电容结构设置在由压力敏感膜和基底围成的密封腔中，电容结构的可动极板由压力敏感膜带动，这样既完成压力敏感的功能，又屏蔽了外界对电容结构的电磁干扰。
[0017]本发明的发明人发现，在现有技术中，还没有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。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。
[0018]通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
【附图说明】
[0019]被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
[0020]图1是本发明MEMS压力传感元件第一实施例的结构示意图。
[0021]图2是本发明MEMS压力传感元件第一实施例的电容结构的平面示意图。
[0022]图3-4是本发明第一实施例的MEMS压力传感元件受外界压力变化下的状态图。
[0023]图5-18是本发明第一实施例的MEMS压力传感元件的制造过程示意图。
[0024]图19是本发明MEMS压力传感元件第二实施例的电容结构的平面示意图。
【具体实施方式】
[0025]现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0026]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0027]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0028]在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0029]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0030]参考图1-4介绍本发明MEMS压力传感元件的第一实施例，包括:
[0031]设有凹槽的基底I，设置于基底I上方的压力敏感膜5，压力敏感膜5密封凹槽的开口以形成密封腔体500。
[0032]位于密封腔体500内的构成电容结构的可动极板和固定极板；其中，固定极板固定于基底I凹槽的底壁，可动极板悬置于固定极板的上方并且与固定极板相对；压力敏感膜5与可动极板连接，以在外界压力作用下带动可动极板运动。
[0033]参考图1和2介绍本发明MEMS压力传感元件的电容结构:
[0034]固定 极板包括依次并列排布的第一固定极板601、第二固定极板602、第三固定极板603、以及第四固定极板604。
[0035]可动极板包括依次并列排布的第一扭转质量块、压力传导部350以及第二扭转质量块，第一扭转质量块和第二扭转质量块关于压力传导部350对称。
[0036]压力传导部350为条状，在中心部分通过第一锚点100与压力敏感膜5的中心部分固定连接；压力传导部350通过第一弹性连接部与第一扭转质量块连接，通过第二弹性连接部与第二扭转质量块连接；经过以上设置，可动极板在其中心部分通过第一锚点100与压力敏感膜5连接，可以在压力敏感膜5的带动下通过第一弹性连接部和第二弹性连接部使第一、第二扭转质量块发生扭转运动。
[0037]第一扭转质量块包括第一矩形框架结构和第三弹性梁312 ;第一矩形框架结构包括平行于压力传导部350的第一可动极板301和第二可动极板302，以及两条垂直于压力传导部350的第五连接臂311 ;第三弹性梁312连接两条第五连接臂311的中点，其中心通过第二锚点200与基底I凹槽的底壁固定连接。
[0038]第二扭转质量块包括第二矩形框架结构和第四弹性梁322 ;第二矩形框架结构包括平行于压力传导部350的第三可动极板303和第四可动极板304，以及两条垂直于压力传导部350的第六连接臂321 ;第四弹性梁322连接两条第六连接臂321的中点，其中心通过第三锚点300与基底I凹槽的底壁固定连接。
[0039]第一弹性连接部包括第一弹性梁313、第一连接臂314、以及第二连接臂315 ;第一弹性梁313平行于压力传导部350 ;第一弹性梁313的两端分别通过一条第一连接臂314与压力传导部350连接，第一弹性梁313的中间通过第二连接臂315与第一扭转质量块的第二可动极板302连接。
[0040]第二弹性连接部包括第二弹性梁323、第三连接臂324、以及第四连接臂325 ;第二弹性梁323平行于压力传导部350 ;第二弹性梁323的两端分别通过一条第三连接臂324与压力传导部350连接，第二弹性梁323的中间通过第四连接臂325与第二扭转质量块的第三可动极板303连接。
[0041]第一可动极板301与第一固定极板601构成第一电容结构C1-1，第二可动极板302与第二固定极板602构成第一电容结构C1-2，第三可动极板303与第三固定极板603构成第三电容结构C2-1，第四可动极板304与第四固定极板604构成第一电容结构C2-2。
[0042]第一电容结构Cl-1和第四电容结构C2-2通过金属引线并联，构成第一组电容Cl ；第二电容结构C1-2和第三电容结构C2-1通过金属引线并联，构成第二组电容C2 ;第一组电容Cl和第二组电容C2构成一对差分电容。
[0043]其中，密封腔体500内还设置有限位凸起部122，限位凸起部122设置于基底I凹槽的底壁并且位于压力传导部350的下方。限位凸起部122用于限定压力传导部350的位移，避免可动极板接触固定极板造成元件损坏功能失效。
[0044]其中，第一、第二、第三锚点100、200、300优选为氧化物。压力敏感膜5优选为单晶娃材质，厚度优选为10um-30um。
[0045]外界压力作用在压力敏感膜5上时，压力敏感膜5会带动可动极板运动，引起可动极板与固定电极之间距离的变化，从而导致电容变化，通过检测电容的变化就可以实现对外界压力的检测。将压力敏感膜5接到地电位，既实现了对外界压力的检测，又将外界电磁干扰屏蔽在电学部分之外，达到提高MEMS压力传感器精度的目的。
[0046]参考图3和图4介绍本发明MEMS传感元件的差分检测原理:
[0047]参考图3所示，当外界压力减小时，压力敏感膜5上凸，带动压力传导部350向上运动，第二可动极板302和第二固定极板602之间的距离增加，第三可动极板303和第三固定极板603之间的距离增加，导致第二电容结构C1-2和第三容结构C2-1同时减小；第一可动极板301和第一固定极板601之间的距离减小，第四可动极板304和第四固定极板604之间的距离减小，导致第一电容结构Cl-1和第四电容结构C2-2同时增大。
[0048]参考图4所示，当外界压力增加时，压力敏感膜5下凹，带动压力传导部350向下运动，第二可动极板302和第二固定极板602之间的距离减小，第三可动极板303和第三固定极板603之间的距离减小，导致第二电容结构C1-2和第三容结构C2-1同时增大；第一可动极板301和第一固定极板601之间的距离增大，第四可动极板304和第四固定极板604之间的距离增大，导致第一电容结构Cl-1和第四电容结构C2-2同时减小。
[0049]可见第一电容结构Cl-1和第四电容结构C2-2是同时增大或减小的，第二电容结构C1-2和第三容结构C2-1是同时减小或增大的，由第一电容结构Cl-1和第四电容结构C2-2构成第一组电容Cl，由第二电容结构C1-2和第三电容结构C2-1构成第二组电容C2，第一组电容Cl和第二组电容C2组成一对差分电容，通过差分电容检测电路进行信号处理，就可以测试出外界压力。
[0050]参考图5-18介绍上述第一实施例的MEMS压力传感元件的制造过程:
[0051]S101、参考图5所示，提供第一晶片11 ;参考图6所示，在第一晶片11上沉积氧化物作为隔离层17 ;参考图7所示，在隔离层17上沉积金属层；对金属层进行构图和刻蚀，以形成固定极板；
[0052]S102、参考图8所示，在隔离层17和固定极板上沉积氧化物作为第一氧化层12 ；参考图9所示，对第一氧化层12进行构图和刻蚀，以暴露固定极板，并形成第三外环支撑部121、键合台阶200和300、以及限位凸起部122 ;键合台阶200和300分别为第一扭转质量块和第二扭转质量块在基底上的固定锚点；
[0053]S103、参考图10所不，提供第二晶片13 ;参考图11所不，对第二晶片13进行构图和刻蚀，以在第二晶片13的正面形成位于中心的第一连接部132，以及第一外环支撑部131 ；
[0054]S104、参考图12所示，提供第三晶片15 ;参考图13所示，在第三晶片15上沉积第二氧化层14 ;参考图14所示，对第二氧化层14进行构图和刻蚀，以形成位于中心的第二连接部100，以及第二外环支撑部141 ;第二连接部100为压力传导部在压力敏感膜5上的固定锚点；
[0055]S105、参考图15所示，翻转第二晶片13，将第一连接部132与第二连接部100键合，以及将第一外环支撑部131和第二外环支撑部141键合；
[0056]S106、参考图16所示，将第二晶片13减薄至设计厚度，对第二晶片13进行构图和刻蚀，以形成对应于固定极板的可动极板；可动极板包括第一扭转质量块、压力传导部、以及第二扭转质量块；这里的刻蚀可以是深反应离子刻蚀(DRIE，Deep Reactive 1nEtching)；
[0057]S107、参考图17所示，将第三外环支撑部121与第二晶片13的背面键合，令可动极板和固定极板相对构成电容结构；这一步键合完成后，第一晶片11、第三晶片15，以及第一晶片11和第三晶片15之间的各层，共同围成密封腔体，将固定极板和可动极板封装在内；
[0058]S108、参考图18所示，对第三晶片15进行减薄以形成压力敏感膜5。
[0059]参考图19介绍本发明MEMS压力传感元件的第二实施例，从图中可以看出:第一扭转质量块包括第一矩形框架结构、第三弹性梁312、以及第七连接臂3001 ;第一矩形框架结构远离压力传导部350的一边的中间位置设有第一开口 ；第三弹性梁312位于第一矩形框架内部，两端分别连接第一矩形框架结构垂直于压力传导部350的对边；第七连接臂3001的一端连接第三弹性梁312的中点，另一端从第一开口处伸出第一矩形框架外连接至第二锚点(200);第二锚点(200)的上端连接压力敏感膜(5)，下端连接基底(I)凹槽的底壁。
[0060]第二扭转质量块包括第二矩形框架结构、第四弹性梁322、以及第八连接臂3002 ;第二矩形框架结构远离压力传导部350的一边的中间位置设有第二开口 ；第四弹性梁322位于第二矩形框架内部，两端分别连接第二矩形框架结构垂直于压力传导部350的对边；第八连接臂3002的一端连接第四弹性梁322的中点，另一端从第二开口处伸出第二矩形框架外连接至第三锚点(300);第三锚点(300)的上端连接压力敏感膜(5)，下端连接基底
(I)凹槽的底壁。
[0061]固定极板包括分别位于第一矩形框架的四个角的下方的第一、第二、第三、第四固定极板601A、602A、603A、604A，第一、第二固定极板601A、602A相对远离压力传导部350，第三、第四固定极板603A、604A相对接近压力传导部350。
[0062]固定极板还包括分别位于第二矩形框 架的四个角的下方的第五、第六、第七、第八固定极板605A、606A、607A、608A，第五、第六固定极板605A、606A相对接近压力传导部350，第七、第八固定极板607A、608A相对远离压力传导部350。
[0063]第一至第八固定极板(601A-608A)与其上方对应部分的扭转质量块形成第一至第八电容结构，其中第一、第二、第七、和第八电容结构通过引线并联，构成第一组电容，第三、第四、第五、和第六电容结构通过引线并联，构成第二组电容；第一组电容和第二组电容构成一对差分电容。
[0064]第二实施例将第一扭转质量块和第二扭转质量块的支撑锚点拉到质量块外侧，并且使锚点的两端分别连接压力敏感膜和基底，使锚点为非悬浮状态，在扭转质量块与基底键合时可以保证键合的质量和连接强度，从而使第二实施例在工艺实现上更为容易，且不影响压力敏感膜的运动模式。
[0065]本发明在衬底上制作金属电极做为固定极板，再刻蚀氧化层凸起，为可动极板层的键合预留出运动空间。元件的顶层是压力敏感膜，外界的压力会引起压力敏感膜上下的运动，压力敏感膜的下面为可动极板层，可动极板的中间部分与压力敏感膜的中间部分通过键合锚定在一起。当压力作用在压力敏感膜上时，压力敏感膜会带动可动极板运动，进而引起可动极板与衬底上的金属电极之间的电容变化，实现对外界压力的检测。
[0066]已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
【主权项】
1.一种MEMS压力传感元件，其特征在于，包括: 设有凹槽的基底⑴； 设置于所述基底(I)上方的压力敏感膜(5)，所述压力敏感膜(5)密封所述凹槽的开口以形成密封腔体(500)； 位于所述密封腔体(500)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(I)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(5)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。2.根据权利要求1所述的元件，其特征在于， 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(350)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(350)对称； 所述压力传导部(350)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(350)的中心部分通过第一锚点(100)与所述压力敏感膜(5)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(200)与基底(I)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(300)与基底(I)凹槽的底壁固定连接。3.根据权利要求2所述的元件，其特征在于， 所述第一弹性连接部包括第一弹性梁(313)、第一连接臂(314)、以及第二连接臂(315);所述第二弹性连接部包括第二弹性梁(323)、第三连接臂(324)、以及第四连接臂(325);所述第一弹性梁(313)和第二弹性梁(323)平行于所述压力传导部(350); 所述第一弹性梁(313)的两端分别通过一条第一连接臂(314)与所述压力传导部(350)连接，所述第一弹性梁(313)的中间通过第二连接臂(315)与所述第一扭转质量块连接; 所述第二弹性梁(323)的两端分别通过一条第三连接臂(324)与所述压力传导部(350)连接，所述第二弹性梁(323)的中间通过第四连接臂(325)与所述第二扭转质量块连接。4.根据权利要求2所述的元件，其特征在于， 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(312);所述第一矩形框架结构包括平行于压力传导部(350)的第一可动极板(301)和第二可动极板(302)，以及两条垂直于压力传导部(350)的第五连接臂(311);所述第三弹性梁(312)连接两条所述第五连接臂(311)的中点，其中心通过所述第二锚点(200)与基底(I)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(322);所述第二矩形框架结构包括平行于压力传导部(350)的第三可动极板(303)和第四可动极板(304)，以及两条垂直于压力传导部(350)的第六连接臂(321);所述第四弹性梁(322)连接两条所述第六连接臂(321)的中点，其中心通过所述第三锚点(300)与基底(I)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(601、602、603、604)，所述第一、第二、第三、第四固定极板(601、602、603、604)与所述第一、第二、第三、第四可动极板(301、302,303,304)——对应形成第一、第二、第三、第四电容结构(Cl-1、Cl-2、C2-1、C2-2)。5.根据权利要求4所述的元件，其特征在于， 所述第一电容结构(Cl-1)和第四电容结构(C2-2)通过引线并联，构成第一组电容(Cl);所述第二电容结构(C1-2)和第三电容结构(C2-1)通过引线并联，构成第二组电容(C2);所述第一组电容(Cl)和所述第二组电容(C2)构成一对差分电容。6.根据权利要求2所述的元件，其特征在于， 所述第一扭转质量块包括第一矩形框架结构、第三弹性梁(312)、以及第七连接臂(3001);所述第一矩形框架结构远离压力传导部(350)的一边的中间位置设有第一开口；所述第三弹性梁(312)位于第一矩形框架内部，两端分别连接第一矩形框架结构垂直于压力传导部(350)的对边；所述第七连接臂(3001)的一端连接第三弹性梁(312)的中点，另一端从第一开口处伸出第一矩形框架外连接至第二锚点(200);所述第二锚点(200)的上端连接压力敏感膜(5)，下端连接基底(I)凹槽的底壁； 所述第二扭转质量块包括第二矩形框架结构、第四弹性梁(322)、以及第八连接臂(3002);所述第二矩形框架结构远离压力传导部(350)的一边的中间位置设有第二开口；所述第四弹性梁(322)位于第二矩形框架内部，两端分别连接第二矩形框架结构垂直于压力传导部(350)的对边；所述第八连接臂(3002)的一端连接第四弹性梁(322)的中点，另一端从第二开口处伸出第二矩形框架外连接至第三锚点(300);所述第三锚点(300)的上端连接压力敏感膜(5)，下端连接基底(I)凹槽的底壁。7.根据权利要求6所述的元件，其特征在于， 所述固定极板包括分别位于第一矩形框架的四个角的下方的第一、第二、第三、第四固定极板(601A、602A、603A、604A)，所述第一、第二固定极板(601A、602A)相对远离压力传导部(350)，所述第三、第四固定极板^03A、604A)相对接近压力传导部(350)； 所述固定极板还包括分别位于第二矩形框架的四个角的下方的第五、第六、第七、第八固定极板^05A、606A、607A、608A)，所述第五、第六固定极板(605A、606A)相对接近压力传导部(350)，所述第七、第八固定极板(607A、608A)相对远离压力传导部(350)； 第一至第八固定极板与其上方对应部分的扭转质量块形成第一至第八电容结构，其中第一、第二、第七、和第八电容结构通过引线并联，构成第一组电容，第三、第四、第五、和第六电容结构通过引线并联，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。8.根据权利要求1-7任一项所述的元件，其特征在于，所述密封腔体(500)内还设置有限位凸起部(122)，所述限位凸起部(122)设置于基底(I)凹槽的底壁并且位于所述压力传导部(350)的下方。9.根据权利要求1-7任一项所述的元件，其特征在于，所述压力敏感膜(5)为单晶硅材质。10.根据权利要求1-7任一项所述的元件，其特征在于，所述压力敏感膜(5)的厚度为10um_30um。
【专利摘要】本发明公开了一种MEMS压力传感元件，包括：设有凹槽的基底；设置于基底上方的压力敏感膜，压力敏感膜密封凹槽的开口以形成密封腔体；位于密封腔体内的构成电容结构的可动极板和固定极板；其中，固定极板固定于基底凹槽的底壁，可动极板悬置于固定极板的上方并且与固定极板相对；压力敏感膜与可动极板连接，以在外界压力作用下带动可动极板运动。本发明的MEMS压力传感元件将压力敏感和电学检测分开，将压力敏感膜暴露在空气中，将电容结构设置在由压力敏感膜和基底围成的密封腔中，电容结构的可动极板由压力敏感膜带动，这样既完成压力敏感的功能，又屏蔽了外界对电容结构的电磁干扰。
【IPC分类】G01L9/12, B81B3/00
【公开号】CN104897334
【申请号】CN201510368749
【发明人】郑国光
【申请人】歌尔声学股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月29日
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