[发明专利]电容压力传感器

说明书

本发明涉及一种电容压力传感器，更具体地说，涉及一种电容压力传感器，其中将熔化焊料制成的抽提电极连接到固定电极和可动电极上以构成电容器元件。

在传统的电容压力传感器中，将构成膜片的薄晶片和具有凹槽以形成基座的厚晶片相互粘附在一起，并且凹槽和膜片构成电容器元件的电容腔。将构成电容器元件的电极布置在电容腔中以使其彼此相对。

如图9所示，传统的电容压力传感器101由下晶片102、上晶片103、抽提电极104、固定电极105、可动电极107、参考电极109、固定电极105用的垫板106以及可动电极107和参考电极109用的垫板108所组成。

下晶片102和上晶片103都是由蓝宝石、硅、玻璃、或氧化铝制成的基片。下晶片102在其除了外围的中心部分处具有圆形的凹进的电容形成区域102a和多个垫板形成区域102b和103b，从电容形成区域102a的外圆周向外伸出。上晶片103与下晶片102的边缘粘接，以覆盖电容形成区域102a以及垫板形成区域102b和103b。上晶片103构成膜片，就如所形成充分薄的膜片一样，因此膜片可以很容易地根据外部压力变化而偏转。

如图8所示，圆形的可动电极107被安装成与膜片的一个与电容形成区域120a相对的表面的中心部分紧密接触，并且将C形参考电极109被安装成与膜片的边缘紧密接触，以使其基本包围可动电极107。圆形的固定电极105被安装成与下晶片102紧密接触，与可动电极107和参考电极109相对。电极105、107、和109与贯穿下晶片102伸展的抽提电极104连接。上晶片103的可动电极107和参考电极109同下晶片102的固定电极105穿过预定的间隙相互对立，以构成电容器元件。

按照这种配置，当膜片103a由于压力变化而偏转时，可动电极107移动因而可动电极107和固定电极105之间的距离发生变化。可以通过电检测到固定电极105和可动电极107之间电容的变化，来间接测量压力的变化。参考电极109用于校正固定电极105和可动电极107之间所检测的电容。

将简要描述制造上述电容压力传感器的一种方法。通过处理由蓝宝石或类似物所制成的基片，预备好下晶片102和上晶片103。通过机械加工、激光处理、超声波处理类似处理，在下晶片102中形成用于形成抽提电极104的通孔110。通过干蚀刻在下晶片102的表面中形成用于电容形成区域102a的凹槽。

通过汽相淀积、离子电镀、溅射、或类似方法在凹槽中形成金属薄膜，并对其有选择地蚀刻以形成固定电极105。固定电极105由铂/附着力促进剂薄膜形成。为形成附着力促进剂薄膜，使用钛、钒、铬、铌、锆、铪、钽、或类似金属。显而易见的是，可以不进行蚀刻并且可以穿过荫罩板执行溅射或类似方法。

在上晶片103中，在由蓝宝石或类似物制成的基板上通过溅射或类似方法形成金属薄膜，并且对金属薄膜有选择地蚀刻以形成可动电极107、参考电极109、以及垫板106和108。垫板106由金/阻挡薄膜/附着力促进剂薄膜形成。例如，铂用于形成阻挡薄膜，并且铌用于形成附着力促进剂薄膜。显而易见的是，作为替代蚀刻金属薄膜以形成电极的方法，可以穿过荫罩板进行溅射以形成电极。

在此之后，将上晶片103粘结在下晶片102上，并且在温度条件为400℃到1，300℃的大气中直接将上晶片103和下晶片102相互粘结在一起。在粘结之后，用如锡-银焊料之类的熔化焊料104a填满下晶片102中的通孔110，以形成抽提电极104。如果预先将下和上晶片102和103的定位以使通孔110同垫板106和108彼此相对，且通孔中所填入的熔化焊料104a附在垫板106和108上以形成可靠的电连接。

上述传统电容压力传感器有几个问题。更具体的说，在构成膜片的上晶片103中，待形成可动电极107和参考电极109的表面和待粘接到下晶片102上的表面位于同一平面上。如果出现有缺陷的电极结构或晶片未对准，则未对准的电极可能妨碍粘接晶片。

一般说来，当下和上晶片由同种材料(例如蓝宝石)制成时，经常通过直接粘接将它们相互结合在一起。由于直接粘接需要粘接表面的平面性和小的表面粗糙度，所以未对准的电极极大削弱了晶片的粘接强度。由于这个原因，一般情况下，电极和附在它们上的导线部分必须充分远离晶片的粘接部分。这需要额外的空间，因而妨碍了缩小传感器的尺寸。