一种MEMS芯片及电子设备

本发明涉及微机电系统，尤其涉及一种mems芯片及电子设备。

背景技术：

1、原子是物质的基本单位，从原子尺度研究材料能够使得材料的性质和行为被更深入的理解。而定量化研究则能将材料的宏观现象，特别是力学性能进行客观化，科学化的表达。定量化研究能够将材料的原子尺度研究即微观结构与其力学特性结合起来，彼此建立联系。精确、定量认识到材料在外力及服役环境作用下，发生形变的基本原理，则是研发高性能结构材料的关键基础。因此各种力学实验系统应运而生。

2、依托高空间分辨的透射电镜实验平台，目前研发了一些力学实验系统。现有的力学实验系统主要分为两种，分别是探针式力学实验系统和芯片式力学实验系统。探针式力学实验系统是通过在样品杆上安装大型压电陶瓷驱动器来驱动探针，进而对样品施加应力，此时采用小型传感器进行测力。但探针式力学实验系统难以实现双倾功能，并且难以实现双倾后的面内加载，驱动器和传感器小型化困难，导致实现原位原子尺度的力学定量化对于探针式力学实验系统仍有困难。芯片式力学实验系统为双倾力学实验系统提供重要技术支持，但由于小尺寸器件研发与加工难度高，电信号源微弱等问题，芯片式力学实验系统传感性能低于探针式。因此小型化的具有优异性能的传感器仍亟于研制。

3、常见的小型化芯片式传感器有两种，即压阻式传感器和电容式传感器。压阻式传感器位移量与压阻阻值变化量线性输出，但受自热效应影响大。而电容式传感器功耗低，对工作温度不敏感，理论分辨率高，但易受电磁干扰，且寄生电容影响大。相较于压阻式传感器，电容式传感器在透射电子显微镜(tem)的小极靴高真空环境下测量微位移的能力优于压阻式传感器，但是现有的电容式传感器存在电容与位移的关系线性度较差，严重影响电容传感器的精度的问题，因此如何提高电容式传感器的电容与位移的线性关系以提高测量结果的准确性和精准度是业界急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种mems芯片及电子设备，用以解决现有技术中的电容式传感器存在的电容与位移的线性关系较差，测量结果的准确性及精准度较差的缺陷。

2、本发明提供一种mems芯片，包括：

3、第一电容器，包括第一极板及第三极板；

4、第二电容器，包括第二极板及第四极板；

5、第一基板组件，所述第一基板组件包括第一基板；所述第一基板形成有第一镂空区；所述第一极板及所述第二极板沿第一方向分别布置于所述第一镂空区的两侧，且均与所述第一基板连接；

6、第二基板组件，所述第二基板组件包括第二基板、第一驱动梁及第二驱动梁；所述第二基板具有第二镂空区；所述第一驱动梁、所述第二驱动梁、所述第三极板及所述第四极板均位于所述第二镂空区朝向所述第一基板的一侧；

7、所述第一驱动梁与所述第二驱动梁沿所述第一方向设置，所述第一驱动梁的一端与所述第二驱动梁的一端连接以形成样品放置结构；所述第一驱动梁及所述第二驱动梁均安装于所述第二基板；

8、所述第一驱动梁与所述第三极板连接，用于驱动所述第三极板沿所述第一方向相对于所述第一极板运动，以调整所述第一极板与所述第三极板的第一重叠面积；

9、所述第二驱动梁与所述第四极板连接，用于驱动所述第四极板沿所述第一方向相对于所述第二极板运动，以调整所述第四极板与所述第二极板的第二重叠面积。

10、根据本发明提供的mems芯片，还包括：

11、第一电介质层，铺设于所述第一极板朝向所述第三极板的一侧，或/和，所述第一电介质层铺设于所述第三极板朝向所述第一极板的一侧；

12、或/和；

13、第二电介质层，铺设于所述第二极板朝向所述第四极板的一侧，或/和，所述第二电介质层铺设于所述第四极板朝向所述第二极板的一侧。

14、根据本发明提供的mems芯片，所述第一电容器包括至少两个所述第一极板及至少两个所述第三极板；两个所述第一极板沿所述第一方向布置；两个所述第三极板沿所述第一方向布置；

15、或/和；

16、所述第二电容器包括至少两个所述第二极板及至少两个所述第四极板；两个所述第二极板沿所述第一方向布置，两个所述第四极板沿所述第一方向布置。

17、根据本发明提供的mems芯片，所述第三极板位于相邻的两个所述第一极板之间，用于与相邻的两个所述第一极板形成两个第一子电容器；或/和，所述第四极板位于相邻的两个所述第二极板之间，用于与相邻的两个所述第二极板之间形成两个第二子电容器。

18、根据本发明提供的mems芯片，所述第三极板相对于所述第一驱动梁对称设置，所述第四极板相对于所述第二驱动梁对称设置。

19、根据本发明提供的mems芯片，还包括：

20、第一弹性支撑组件，位于所述第二镂空区朝向所述第一基板的一侧；所述第一驱动梁通过所述第一弹性支撑组件与所述第二基板连接；

21、第二弹性支撑组件，位于所述第二镂空区朝向所述第一基板的一侧；所述第二驱动梁通过所述第二弹性支撑组件与所述第二基板连接。

22、根据本发明提供的mems芯片，还包括：

23、键合组件，所述第一基板及所述第二基板通过所述键合组件键合连接，使所述第一极板与所述第三极板相对应，所述第四极板与所述第二极板相对应。

24、根据本发明提供的mems芯片，所述键合组件包括：

25、第一键合件及第二键合件，均设置于所述第一基板朝向所述第二基板的一侧；所述第一键合件与所述第一极板连接，所述第二键合件与所述第二极板连接；

26、第三键合件及第四键合件，均设置于所述第二基板朝向所述第一基板的一侧，所述第三键合件与所述第三极板连接，所述第三键合件与所述第一键合件键合连接，使所述第一极板与所述第三极板相对应；所述第四键合件与所述第四极板连接，所述第四键合件与所述第二键合件键合连接，使所述第四极板与所述第二极板相对应。

27、根据本发明提供的mems芯片，所述第二基板上还形成有第一压焊件、第二压焊件、第三压焊件及第四压焊件；

28、所述第一压焊件与所述第三极板电连接；所述第二压焊件与所述第四极板电连接；所述第三压焊件与所述第三键合件电连接；所述第四压焊件与所述第四键合件电连接。

29、本发明另一方面提供了一种电子设备，包括电子设备本体，以及上述任一项所述的mems芯片；所述mems芯片与所述电子设备本体连接。

30、本发明提供的mems芯片及电子设备，在对样品进行测试时，将样品放置于样品放置结构，沿第一方向对第一驱动梁施加作用力。第一驱动梁及第二驱动梁通过样品放置结构连接，实现力的传递，使第二驱动梁也受到沿第一方向的作用力。当第一驱动梁被施加力，使第一驱动梁发生形变时，第一驱动梁带动第三极板沿第一方向相对于第一极板运动，使第一极板与第三极板的重叠宽度发生了变化，而重叠长度不变，这就改变了第一重叠面积，进而改变了第一电容器的电容值。当第二驱动梁被施加力，使第二驱动梁发生形变时，第二驱动梁带动第四极板沿第一方向相对于第二极板运动，使第二极板与第四基板的重叠宽度发生了变化，而重叠长度不变，这就改变了第二重叠面积，进而改变了第二电容器的电容值。而本发明的电容计算公式为公式(1)，电容与重叠宽度成正比，即电容改变与位移成线性关系，因此通过第一电容器输出的电容值可以确定样品的位移量，解决了现有技术中的电容式传感器存在的电容与位移的线性关系较差，测量结果的准确性及精准度较差的问题。

技术特征：

1.一种mems芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的mems芯片，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的mems芯片，其特征在于，所述第一电容器包括至少两个所述第一极板(110)及至少两个所述第三极板(130)；两个所述第一极板(110)沿所述第一方向布置；两个所述第三极板(130)沿所述第一方向布置；或/和；所述第二电容器包括至少两个所述第二极板(120)及至少两个所述第四极板(140)；两个所述第二极板(120)沿所述第一方向布置，两个所述第四极板(140)沿所述第一方向布置。

4.根据权利要求3所述的mems芯片，其特征在于，所述第三极板(130)位于相邻的两个所述第一极板(110)之间，用于与相邻的两个所述第一极板(110)形成两个第一子电容器；或/和，所述第四极板(140)位于相邻的两个所述第二极板(120)之间，用于与相邻的两个所述第二极板(120)之间形成两个第二子电容器。

5.根据权利要求1所述的mems芯片，其特征在于，所述第三极板(130)相对于所述第一驱动梁(320)对称设置，所述第四极板(140)相对于所述第二驱动梁(330)对称设置。

6.根据权利要求1所述的mems芯片，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求1至6任一项所述的mems芯片，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求7所述的mems芯片，其特征在于，所述键合组件包括：

9.根据权利要求8所述的mems芯片，其特征在于，所述第二基板(310)上还形成有第一压焊件(340)、第二压焊件(350)、第三压焊件(360)及第四压焊件(370)；

10.一种电子设备，其特征在于，包括电子设备本体，以及权利要求1至9任一项所述的mems芯片；所述mems芯片与所述电子设备本体连接。

技术总结
本发明涉及微机电系统技术领域，公开MEMS芯片及电子设备，包括：第一极板及第二极板沿第一方向分别布置于第一镂空区的两侧，且均与第一基板连接；第一驱动梁、第二驱动梁、第三极板及第四极板均位于第二基板的第二镂空区朝向第一基板的一侧；第一驱动梁及第二驱动梁均安装于第二基板；第一驱动梁与第三极板连接，用于驱动第三极板沿第一方向相对于第一极板运动，以调整第一极板与第三极板的第一重叠面积；第二驱动梁与第四极板连接，用于驱动第四极板沿第一方向相对于第二极板运动，以调整第四极板与第二极板的第二重叠面积。解决了现有技术中的电容式传感器存在的电容与位移的线性关系较差，测量结果的准确性及精准度较差的问题。

技术研发人员：张剑飞,徐昊宇,韩晓东,张家宝,杨旭东
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23