一种凹槽式电容芯片结构的制作方法

本发明属于微机电系统(mems)，尤其涉及一种凹槽式电容芯片结构。

背景技术：

1、随着mems技术的发展，压力传感器成为各行业中不可缺少的关键器件，已被广泛应用于汽车电子，石油化工，生物医学和国防军工等领域。相比于压阻式压力传感器，电容式压力传感器具有灵敏度高、功耗低、温度特性好等优势，更加适合研制高精度压力传感器。特别是在现代航空航天技术和现代国防装备等方面对压力测量精度和可靠性要求日益增加的背景下，mems电容式压力传感器的研究受到国内外高度重视。

2、对于普通的电容式压力传感器，一般采用平行板电容器结构，主要由可动极板和固定极板组成，当有压力作用于可动极板时，两极板间距改变，从而电容值发生变化，通过检测电容值实现对压力的测量，但存在输入与输出之间非线性严重、电容变化量不足、过载能力低、容易短路或击穿等不足，寄生电容大，集成度低，电容变化量小。

技术实现思路

1、本发明就是针对上述问题，提供一种性能更好的凹槽式电容芯片结构。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括上极板(02)、下极板(01)、腔体和第一介质层(03)，其特征在于下极板(01)上设置凹槽(04)，凹槽(04)边缘(15)上设置第一介质层(03)，第一介质层(03)上端设置上极板(02),上极板(02)与下极板(01)、第一介质层(03)之间为腔体,上极板(02)与下极板(01)周边之间通过第一介质层(03)相连,腔体的侧壁由凹槽(04)的侧壁和第一介质层(03)内壁组成；上极板(02)为感压极板，上极板(02)与下极板(01)形成感压可变电容；

3、或上极板(02)与下极板(01)周边之间通过第一介质层(03)相连,第一介质层(03)内壁(13)由外上向内下倾斜；上极板(02)与下极板(01)、第一介质层(03)之间为腔体；上极板(02)为感压极板，上极板(02)与下极板(01)形成感压可变电容。

4、如图1、2所示。

5、作为一种优选方案,本发明所述腔体为密封腔体(05)。

6、作为另一种优选方案，本发明所述凹槽(04)底部(14)是平的。

7、作为另一种优选方案，本发明所述凹槽(04)是圆锥形，如图3所示。

8、作为另一种优选方案，本发明所述凹槽(04)侧壁或第一介质层(03)内壁(13)是阶梯状，如图4所示。

9、作为另一种优选方案，本发明所述下极板(01)外壁轮廓与凹槽(04)侧壁轮廓相对应，下极板(01)外壁设置有第二介质层(06)，第二介质层(06)外壁轮廓与凹槽(04)侧壁轮廓相对应；第二介质层(06)上端与第一介质层(03)下端相接；第二介质层(06)外侧设置衬底(11)。如图5所示。

10、作为另一种优选方案，本发明所述下极板(01)外壁轮廓与凹槽(04)侧壁轮廓相对应，下极板(01)外侧设置衬底(11)，衬底(11)上端与第一介质层(03)下端相接。如图6所示。

11、作为另一种优选方案，本发明所述衬底(11)与下极板(01)之间无介质层时，衬底(11)的材料可以是绝缘体或与与下极板(01)导电类型相反的半导体；当衬底(11)与下极板(01)之间有介质层时，衬底材料不受导电与否和导电类型限制。

12、其次，在图1的基础上，上极板(02)下端设置向下凸起的凸起(12)，凸起(12)的形状与凹槽(04)的形状相对应。如图7所示。凸起(12)材料可以与上极板(01)相同，也可以与图5中第二介质层(06)相同。

13、另外，在图1的基础上，第一介质层(03)上或下极板(01)上设置有使腔体与外界连通的通孔(10)。该结构腔体为非密封腔体(09)，如图8所示。

14、一种凹槽式电容芯片结构，包括电容c1和电容c2，电容c1为图1的结构，电容c2为图8的结构。电容c1与电容c2的下极板(01)相连或电容c1与电容c2的上极板(02)相连；

15、电容c1和电容c2包括上极板(02)和下极板(01)，上极板(02)与下极板(01)之间为腔体,上极板(02)与下极板(01)周边之间通过第一介质层(03)相连；

16、电容c1的腔体为密封腔体(05)，电容c2的腔体为非密封腔体(09)。

17、如图9、图10所示。

18、作为一种优选方案，本发明所述电容c2的第一介质层(03)上或下极板(01)上或上极板(02)上设置有使非密封腔体(09)与外界连通的通孔(10)。

19、作为另一种优选方案，本发明所述上极板(1)、下极板(2)通过压焊点及金属引线或压焊点与外部电路连接。

20、本发明有益效果。

21、本发明结构使用时，上极板(02)用作感压极板，上极板(02)与下极板(01)形成感压可变电容，从而测出待测压力值。电容的大小与极板面积成正比，与极板间距成反比。当上极板(02)感压向下极板(01)方向形变时，上极板(02)中部区域相比于上极板(02)周边区域更加向下凸出，凹槽(04)与上极板(02)的形变相对应，提高有效极板面积，提高电容变化量，提高了灵敏度、精度、输出特性线性度。

22、本发明结构上极板(02)感压向下极板(01)方向产生形变，该形变增大了上极板(02)的面积，下极板(01)面积固定不变，下极板面积大于上极板面积。当上极板(02)的面积增大时，也就是增大了电容的面积，提高了电容变化量，提高了灵敏度、精度、输出特性线性度。同时上极板(02)向下极板(01)方向形变时，也减小了两极板间距，增大了电容变化量，提高了电容变化量，更能提高灵敏度、精度和输出特性线性度。当采用图2所示的结构时，介质层(03)增大了两极板间的介电常数，电容值的大小与介电常数成正比，增大了电容的基础值，提高了电容变化量，提高了灵敏度、精度、输出特性线性度。

1.一种凹槽式电容芯片结构，包括上极板(02)、下极板(01)、腔体和第一介质层(03)，其特征在于下极板(01)上设置凹槽(04)，凹槽(04)边缘(15)上设置第一介质层(03)，第一介质层(03)上端设置上极板(02),上极板(02)与下极板(01)、第一介质层(03)之间为腔体,上极板(02)与下极板(01)周边之间通过第一介质层(03)相连,腔体的侧壁由凹槽(04)的侧壁和第一介质层(03)内壁组成；上极板(02)为感压极板，上极板(02)与下极板(01)形成感压可变电容；

2.根据权利要求1所述一种凹槽式电容芯片结构，其特征在于所述腔体为密封腔体(05)。

3.根据权利要求1所述一种凹槽式电容芯片结构，其特征在于所述凹槽(04)是圆锥形。

4.根据权利要求1所述一种凹槽式电容芯片结构，其特征在于所述凹槽(04)侧壁或第一介质层(03)内壁(13)是阶梯状。

5.根据权利要求1所述一种凹槽式电容芯片结构，其特征在于所述下极板(01)外壁轮廓与凹槽(04)侧壁轮廓相对应，下极板(01)外壁设置有第二介质层(06)，第二介质层(06)外壁轮廓与凹槽(04)侧壁轮廓相对应；第二介质层(06)上端与第一介质层(03)下端相接；第二介质层(06)外侧设置衬底(11)。

6.根据权利要求1所述一种凹槽式电容芯片结构，其特征在于所述下极板(01)外壁轮廓与凹槽(04)侧壁轮廓相对应，下极板(01)外侧设置衬底(11)，衬底(11)上端与第一介质层(03)下端相接。

7.根据权利要求1所述一种凹槽式电容芯片结构，其特征在于上极板(02)下端设置向下凸起的凸起(12)，凸起(12)的形状与凹槽(04)的形状相对应。

8.根据权利要求1所述一种凹槽式电容芯片结构，其特征在于第一介质层(03)上或下极板(01)上设置有使腔体与外界连通的通孔(10)。

9.一种凹槽式电容芯片结构，包括电容c1和电容c2，其特征在于电容c1与电容c2的下极板(01)相连或电容c1与电容c2的上极板(02)相连；

10.根据权利要求9所述一种凹槽式电容芯片结构，其特征在于所述电容c2的第一介质层(03)上或下极板(01)上或上极板(02)上设置有使非密封腔体(09)与外界连通的通孔(10)。