一種環境傳感器及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種環境傳感器及其制造方法，在所述襯底上還設置有至少一個參考電容器、至少一個檢測電容器；其中，所述檢測電容器包括檢測固定電極以及與外界環境連通的檢測敏感膜，所述檢測敏感膜與襯底之間形成了密封的第一腔體；所述參考電容器包括參考固定電極、參考敏感膜，所述參考敏感膜與襯底之間形成了密封的第二腔體；所述第一腔體與第二腔體連通；還包括用于隔絕參考敏感膜與外界環境的蓋體，所述蓋體與參考敏感膜圍成了密封的第三腔體；所述第一腔體、第二腔體、第三腔體為非真空環境。本發明的環境傳感器，檢測電容器與參考電容器可以構成真正意義上的差分電容結構，提高了環境傳感器的檢測精度。
【專利說明】
一種環境傳感器及其制造方法
技術領域
[0001 ] 本發明涉及傳感器領域，更具體地，涉及一種環境傳感器，例如壓力傳感器、溫度傳感器等;本發明還涉及一種環境傳感器的制造方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著科學技術的發展，手機、筆記本電腦等電子產品的體積在不斷減小，而且人們對這些便攜電子產品的性能要求也越來越高，這就要求與之配套的電子零部件的性能也須越來越高。環境傳感器作為測量器件，已經普遍應用在可穿戴等電子產品上。
[0003]現有的環境傳感器，為了濾除輸出信號中的共模干擾信號，通常設置電容量不隨外界環境變化的基準電容器與檢測電容器進行差分，從而來提高傳感器輸出信號的穩定性。這種差分電容結構并不是真正意義上的差分電容，其只能稱為準差分。例如在應用惠斯通電橋時，這種準差分的電容結構無法凸顯惠斯通電橋的優勢，對共模信號的抑制效果也較差。

【發明內容】

[0004]本發明的一個目的是提供一種環境傳感器的新技術方案。
[0005]根據本發明的第一方面，提供了一種環境傳感器，包括襯底，在所述襯底上還設置有至少一個參考電容器、至少一個檢測電容器;其中，所述檢測電容器包括檢測固定電極以及與外界環境連通的檢測敏感膜，所述檢測敏感膜與襯底之間形成了密封的第一腔體;所述參考電容器包括參考固定電極、參考敏感膜，所述參考敏感膜與襯底之間形成了密封的第二腔體;所述第一腔體與第二腔體連通;還包括用于隔絕參考敏感膜與外界環境的蓋體，所述蓋體與參考敏感膜圍成了密封的第三腔體;所述第一腔體、第二腔體、第三腔體為非真空環境。
[0006]可選的是，還包括位于襯底上的絕緣層，所述檢測固定電極、參考固定電極均設置在所述絕緣層上;所述檢測敏感膜、參考敏感膜通過第一支撐部分別支撐在檢測固定電極、參考固定電極的上方。
[0007]可選的是，所述檢測敏感膜、參考敏感膜分別通過鍵合的方式連接在第一支撐部上。
[0008]可選的是，所述檢測敏感膜、參考敏感膜為一體的，且二者的安裝高度相同。
[0009]可選的是，所述襯底、第一支撐部、檢測敏感膜圍成了密封的第一腔體;所述襯底、第一支撐部、參考敏感膜圍成了密封的第二腔體;在所述第一支撐部的相應位置上設置有貫通孔，以連通所述第一腔體、第二腔體。
[0010]可選的是，所述蓋體包括蓋板以及第二支撐部，所述蓋板通過第二支撐部支撐在參考敏感膜的上方，所述蓋板、第二支撐部、參考敏感膜圍成了密封的第三腔體。
[0011]可選的是，所述蓋板延伸至檢測敏感膜的上方，且所述蓋板、第二支撐部、檢測敏感膜圍成了密封的第四腔體，并在所述蓋板上或所述第二支撐部上設置有連通外界與第四腔體的導通孔。
[0012]可選的是，所述環境傳感器為壓力傳感器。
[0013]根據本發明的第二方面，提供了一種環境傳感器的制造方法，包括以下步驟:
[0014]a)在襯底上沉積絕緣層；
[0015]b)在所述絕緣層上設置導電層，并對該導電層進行刻蝕，形成檢測固定電極、參考固定電極；
[0016]c)在所述襯底的上方設置第一支撐部，并在第一支撐部的相應位置上形成貫通孔；
[0017]d)將檢測敏感膜、參考敏感膜鍵合在各自的第一支撐部上，使檢測敏感膜、第一支撐部與襯底圍成了密封的第一腔體，并使檢測敏感膜、檢測固定電極構成了檢測電容器;使所述參考敏感膜、第一支撐部與襯底圍成了密封的第二腔體，并使參考敏感膜、參考固定電極構成了參考電容器;所述第一腔體通過貫通孔與第二腔體連通；
[0018]e)在所述參考敏感膜的上方設置蓋體，所述蓋體與參考敏感膜圍成了密封的第三腔體。
[0019]可選的是，還包括在第一腔體、第二腔體、第三腔體中充氣的步驟。
[0020]本發明的環境傳感器，由于檢測敏感膜與外界環境連通，例如當外界的壓力提高時，檢測敏感膜則會朝向檢測固定電極的方向發生彎曲變形，使得檢測敏感膜可以將第一腔體中的氣體推向第二腔體，由此可使參考敏感膜朝向遠離參考敏感膜的方向發生變形。這就使得參考電容器也可以輸出與檢測電容器方向相反的變化量，從而使得所述檢測電容器與參考電容器可以構成真正意義上的差分電容結構，提高了環境傳感器的檢測精度。
[0021]本發明的發明人發現，在現有技術中，環境傳感器的基準電容器對外界環境變化是不敏感的，這就使得其與檢測電容器構成的并不是傳統意義上的差分電容結構，只能稱其為準差分電容結構。因此，本發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，故本發明是一種新的技術方案。
[0022]通過以下參照附圖對本發明的示例性實施例的詳細描述，本發明的其它特征及其優點將會變得清楚。
【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明的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本發明的原理。
[0024]圖1是本發明環境傳感器的俯視圖。
[0025]圖2是圖1中沿A-A位置的剖面圖。
[0026]圖3至圖7是本發明環境傳感器制造方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0027]現在將參照附圖來詳細描述本發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明的范圍。
[0028]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，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。
[0029]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。
[0030]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。
[0031 ]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。
[0032]參考圖2，本發明提供了一種環境傳感器，其包括襯底1、形成于所述襯底I上的絕緣層2，還包括形成于所述絕緣層2上的至少一個參考電容器、至少一個檢測電容器。通過絕緣層2可以保證襯底I與參考電容器、檢測電容器之間的絕緣。本發明的襯底I可以采用單晶硅材料，絕緣層2可以采用氧化硅材料，這屬于本領域技術人員的公知常識，在此不再具體說明。
[0033]本發明的環境傳感器可以是壓力傳感器、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周圍環境的傳感器等。這些傳感器的結構及其工作原理均屬于本領域技術人員的公知常識;例如當本發明的傳感器為壓力傳感器時，其中的檢測電容器則為可隨壓力變化而發生電容量變化的電容器結構等。
[0034]本發明的環境傳感器，所述檢測電容器包括檢測固定電極9以及與外界環境連通的檢測敏感膜11，檢測固定電極9與檢測敏感膜11例如可以構成上下極板式的電容結構。當外界環境變化時，檢測敏感膜11則會朝向或遠離檢測固定電極9的方向發生彎曲變形，由此改變檢測敏感膜11與檢測固定電極9之間的間隙，從而使檢測電容器輸出變化的電信號。
[0035]本發明的檢測敏感膜11與襯底I之間形成了密封的第一腔體10。在本發明一個具體的實施方式中，所述檢測固定電極9可以以本領域技術人員所熟知的方式設置在絕緣層2上，所述檢測敏感膜11可通過第一支撐部3支撐在檢測固定電極9的正上方。第一支撐部3主要起到支撐連接的作用，其下端固定在絕緣層2上，其上端可與檢測敏感膜11鍵合在一起，例如可通過硅-硅鍵合的方式將檢測敏感膜11鍵合在第一支撐部3的上端，這使得檢測敏感膜11、第一支撐部3、襯底I圍成了密封的第一腔體10。
[0036]第一支撐部3可以采用本領域技術人員所熟知的絕緣材料，例如氧化硅等。在此，上述檢測敏感膜U、第一支撐部3、襯底I圍成第一腔體10應該被理解為包含以下結構方式:第一支撐部3的下端設置在襯底I的絕緣層2上，或者設置在位于絕緣層2上方的其它部件上，或者直接設置在襯底I上。
[0037 ] 本發明的環境傳感器，所述參考電容器包括參考固定電極6、參考敏感膜7，參考固定電極6與參考敏感膜7例如可以構成上下極板式的電容結構。該參考敏感膜7在受到外力的時候，會朝向或遠離參考固定電極6的方向發生彎曲變形，由此改變參考敏感膜7與參考固定電極6之間的間隙，從而使該參考電容器輸出變化的電信號。
[0038]本發明的參考敏感膜7與襯底I之間形成了密封的第二腔體8。在本發明一個具體的實施方式中，所述參考固定電極6可以以本領域技術人員所熟知的方式設置在絕緣層2上，所述參考敏感膜7也可以通過上述的第一支撐部3支撐在參考固定電極6的正上方。第一支撐部3主要起到支撐連接的作用，其下端固定在絕緣層2上，其上端可與參考敏感膜7鍵合在一起，例如可通過硅-硅鍵合的方式將參考敏感膜7鍵合在第一支撐部3的上端，這使得參考敏感膜7、第一支撐部3、襯底I圍成了密封的第二腔體8。
[0039]第一支撐部3可以采用本領域技術人員所熟知的絕緣材料，例如氧化硅等。在此，上述參考敏感膜7、第一支撐部3、襯底I圍成第二腔體8應該被理解為包含以下結構方式:第一支撐部3的下端設置在襯底I的絕緣層2上，或者設置在位于絕緣層2上方的其它部件上，或者直接設置在襯底I上。
[0040]本發明的第一腔體10與第二腔體8連通在一起，使得第一腔體10與第二腔體8的氣壓均衡。具體地，例如可在檢測電容器、參考電容器之間的第一支撐部3上設置貫通孔15，通過該貫通孔15可使第一腔體10與第二腔體8連通在一起。
[0041]本發明的環境傳感器，還包括用于隔絕參考敏感膜7與外界環境的蓋體，該蓋體可以設置在參考敏感膜7的外側。所述蓋體安裝好之后，其與參考敏感膜7圍成了密封的第三腔體12。通過該蓋體可以將參考敏感膜7與外界隔絕開，當外界環境發生變化時，可以防止參考敏感膜7隨之發生變化。在本發明一個具體的實施方式中，所述蓋體包括蓋板5以及第二支撐部4，所述蓋板5通過第二支撐部4支撐在參考敏感膜7的上方，使得所述蓋板5、第二支撐部4、參考敏感膜7圍成了密封的第三腔體12。第二支撐部4可以采用與第一支撐部3相同的材料，例如氧化硅等。
[0042]本發明的環境傳感器，所述第一腔體10、第二腔體8、第三腔體12為非真空環境。由于檢測敏感膜11與外界環境連通，例如當外界的壓力提高時，檢測敏感膜11則會朝向檢測固定電極9的方向發生彎曲變形，使得檢測敏感膜11可以將第一腔體1中的氣體推向第二腔體8，由此可使參考敏感膜7朝遠離參考固定電極6的方向發生變形。這就使得參考電容器可以輸出與檢測電容器方向相反的變化量，從而使得所述檢測電容器與參考電容器可以構成真正意義上的差分電容結構，提高了環境傳感器的檢測精度。
[0043]第一腔體10、第二腔體8與第三腔體12中的氣壓可以相同，也可以不相同。通過合理的配置，可以使得檢測電容器與參考電容器變化的值大小相等。
[0044]本發明的環境傳感器，為了便于制造，所述檢測固定電極9、參考固定電極6可以具有相同的材料、相同高度，檢測固定電極9、參考固定電極6可以采用金屬或多晶硅等本領域技術人員所熟知的材料。所述檢測敏感膜U、參考敏感膜7也可以具有相同的材料、相同的高度，檢測敏感膜U、參考敏感膜7例如可以采用單晶硅等本領域技術人員所熟知的材料。本發明的檢測敏感膜11、參考敏感膜7可以是相互獨立的，也可以為一體結構。這就使得上述各層允許通過逐層沉積或鍵合的方式來制造，并通過圖形化工藝形成各自的結構。更為重要的是，通過相同的材料、工藝、尺寸，可以使參考電容器與檢測電容器具有基本相同的初始電容量，從而可以使參考電容器和檢測電容器對外界共模干擾的響應基本一致，以最大程度地濾除檢測電容器輸出信號中的共模干擾信號，并消除參考電容器輸出信號對檢測電容器輸出信號中有效信號的影響。
[0045]本發明的環境傳感器，為了保護與外界環境連通的檢測敏感膜11，可以使蓋體將檢測敏感膜11也包括在內，在本發明一個具體的實施方式中，所述蓋板5延伸至檢測敏感膜11的上方，且所述蓋板5、第二支撐部4、檢測敏感膜11圍成了密封的第四腔體13。通過設置的第二支撐部4，使得該第四腔體13與第三腔體12分隔開。其中，為了使檢測敏感膜11與外界連通，可在所述蓋板5上或所述第二支撐部4上設置導通孔14，通過該導通孔14可使第四腔體13與外界連通起來。
[0046]本發明的環境傳感器，可以同時包含多組上述的差分電容結構，參考圖1，例如可在襯底I上設置第一檢測電容器a、第一參考電容器b、第二檢測電容器C、第二參考電容器d，其中所述第一檢測電容器a與第一參考電容器b構成了一組差分電容結構，第二檢測電容器C、第二參考電容器d構成了另一組差分電容結構。該兩組差分電容結構可應用在惠斯通電橋中，從而獲得環境傳感器的輸出信號。本發明的環境傳感器，為了便于將各電容器的信號引出，在所述襯底I上還可以設置多個焊盤16，通過焊盤16將各自的電信號引出，以便將該環境傳感器連接在處理電路中。
[0047]本發明還提供了一種環境傳感器的制造方法，包括以下步驟:
[0048]a)首先可在襯底I上沉積絕緣層2，參考圖3;襯底I可以采用本領域技術人員所熟知的單晶硅材料等，為了保證襯底I與其它部件之間的絕緣，在襯底I上可通過本領域技術人員所熟知的沉積的方式形成一層絕緣層2，該絕緣層2可采用氧化硅材料等；
[0049]b)在所述絕緣層2上設置導電層，并對該導電層進行刻蝕，形成檢測固定電極9、參考固定電極6，參考圖4;該導電層可以選擇金屬材料或者多晶硅材料，本領域技術人員根據材料的種類可以合理選擇相應的工藝;通過刻蝕導電層，可形成檢測固定電極9和參考固定電極6，并可形成檢測固定電極9和參考固定電極6的引出電路，以便后續可將檢測電容器、參考電容器的電信號引出；
[0050]c)在所述襯底I的上方設置第一支撐部3，對該第一支撐部3進行圖案化刻蝕，并在參考電容器、檢測電容器之間的第一支撐部3上形成貫通孔15，參考圖5;
[0051]d)將檢測敏感膜11、參考敏感膜7鍵合在各自的第一支撐部3上，參考圖6;檢測敏感膜11鍵合在第一支撐部3上正對檢測固定電極9的位置，使得檢測敏感膜11、第一支撐部3與襯底I圍成了密封的第一腔體10，并使檢測敏感膜11、檢測固定電極9構成了檢測電容器；參考敏感膜7鍵合在第一支撐部3上正對參考固定電極6的位置，使所述參考敏感膜7、第一支撐部3與襯底I圍成了密封的第二腔體8，并使參考敏感膜7、參考固定電極6構成了參考電容器;本發明的參考敏感膜7、檢測敏感膜11可以是彼此獨立的，也可以是一體結構的；
[0052]e)在所述參考敏感膜7的上方設置蓋體，所述蓋體與參考敏感膜7圍成了密封的第三腔體12，參考圖1。
[0053]本發明的蓋體優選包括蓋板5以及第二支撐部4，蓋板5與第二支撐部4可以是一體成型的；也可以是彼此獨立的兩個部件，在制造的時候，可以首先在參考敏感膜7上設置第二支撐部4，之后將蓋板5鍵合在該第二支撐部4上。進一步優選的是，為了使蓋體可以保護檢測敏感膜11，可以使該蓋板5延伸至檢測敏感膜11的上方，使得蓋板5、第二支撐部4、檢測敏感膜11圍成了密封的第四腔體13，同時在該第四腔體13上設置一導通孔14，使得檢測敏感膜11可以與外界連通起來，以對外界的環境變化作出相應的形變。
[0054]為了合理配置第一腔體10、第二腔體8、第三腔體12中的氣壓，本發明的制造方法還包括在第一腔體10、第二腔體8、第三腔體12中充氣的步驟，從而可以使第一腔體10、第二腔體8、第三腔體12保持一定的壓力。
[0055]雖然已經通過例子對本發明的一些特定實施例進行了詳細說明，但是本領域的技術人員應該理解，以上例子僅是為了進行說明，而不是為了限制本發明的范圍。本領域的技術人員應該理解，可在不脫離本發明的范圍和精神的情況下，對以上實施例進行修改。本發明的范圍由所附權利要求來限定。
【主權項】
1.一種環境傳感器，其特征在于:包括襯底(I)，在所述襯底(I)上還設置有至少一個參考電容器、至少一個檢測電容器;其中，所述檢測電容器包括檢測固定電極(9)以及與外界環境連通的檢測敏感膜(11)，所述檢測敏感膜(11)與襯底(I)之間形成了密封的第一腔體(10);所述參考電容器包括參考固定電極(6)、參考敏感膜(7)，所述參考敏感膜(7)與襯底(1)之間形成了密封的第二腔體(8);所述第一腔體(10)與第二腔體(8)連通;還包括用于隔絕參考敏感膜(7)與外界環境的蓋體，所述蓋體與參考敏感膜(7)圍成了密封的第三腔體(12);所述第一腔體(10)、第二腔體(8)、第三腔體(12)為非真空環境。2.根據權利要求1所述的環境傳感器，其特征在于:還包括位于襯底(I)上的絕緣層(2)，所述檢測固定電極(9)、參考固定電極(6)均設置在所述絕緣層(2)上;所述檢測敏感膜(11)、參考敏感膜(7)通過第一支撐部(3)分別支撐在檢測固定電極(9)、參考固定電極(6)的上方。3.根據權利要求2所述的環境傳感器，其特征在于:所述檢測敏感膜(11)、參考敏感膜(7)分別通過鍵合的方式連接在第一支撐部(3)上。4.根據權利要求2所述的環境傳感器，其特征在于:所述檢測敏感膜(11)、參考敏感膜(7)為一體的，且二者的安裝高度相同。5.根據權利要求2所述的環境傳感器，其特征在于:所述襯底(1)、第一支撐部(3)、檢測敏感膜(II)圍成了密封的第一腔體(10);所述襯底(I)、第一支撐部(3)、參考敏感膜(7)圍成了密封的第二腔體(8);在所述第一支撐部(3)的相應位置上設置有貫通孔(15)，以連通所述第一腔體(10)、第二腔體(8)。6.根據權利要求1所述的環境傳感器，其特征在于:所述蓋體包括蓋板(5)以及第二支撐部(4)，所述蓋板(5)通過第二支撐部(4)支撐在參考敏感膜(7)的上方，所述蓋板(5)、第二支撐部(4)、參考敏感膜(7)圍成了密封的第三腔體(12)。7.根據權利要求6所述的環境傳感器，其特征在于:所述蓋板(5)延伸至檢測敏感膜(11)的上方，且所述蓋板(5)、第二支撐部(4)、檢測敏感膜(11)圍成了密封的第四腔體(13)，并在所述蓋板(5)上或所述第二支撐部(4)上設置有連通外界與第四腔體(13)的導通孔(14)。8.根據權利要求1所述的環境傳感器，其特征在于:所述環境傳感器為壓力傳感器。9.一種如權利要求1至8任一項所述環境傳感器的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: a)在襯底(I)上沉積絕緣層(2); b)在所述絕緣層(2)上設置導電層，并對該導電層進行刻蝕，形成檢測固定電極(9)、參考固定電極(6); c)在所述襯底(I)的上方設置第一支撐部(3)，并在第一支撐部的相應位置上形成貫通孔(15);d)將檢測敏感膜(11)、參考敏感膜(7)鍵合在各自的第一支撐部(3)上，使檢測敏感膜(11)、第一支撐部(3)與襯底(I)圍成了密封的第一腔體(10)，并使檢測敏感膜(11)、檢測固定電極(9)構成了檢測電容器;使所述參考敏感膜(7)、第一支撐部(3)與襯底(I)圍成了密封的第二腔體(8)，并使參考敏感膜(7)、參考固定電極(6)構成了參考電容器;所述第一腔體(10)通過貫通孔(15)與第二腔體(8)連通； e)在所述參考敏感膜(7)的上方設置蓋體，所述蓋體與參考敏感膜(7)圍成了密封的第三腔體(12)。10.根據權利要求9所述的制造方法，其特征在于:還包括在第一腔體(10)、第二腔體(8)、第三腔體(12)中充氣的步驟。
【文檔編號】G01D5/241GK106092153SQ201610605697
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610605697.4, CN 106092153 A, CN 106092153A, CN 201610605697, CN-A-106092153, CN106092153 A, CN106092153A, CN201610605697, CN201610605697.4
【發明人】周宗燐, 詹竣凱, 邱冠勛, 蔡孟錦
【申請人】歌爾股份有限公司