专利名称：一种高灵敏度的电容传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微机电(MEMQ领域的电容传感器，尤其涉及一种高灵敏度 的电容传感器。
背景技术：
电容式传感器是将被测的非电量变化，如位移、压力变化等，转换为电容量变化的 一种传感器。结构简单、高分辨力、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件 下工作，这是它的独特优点。随着集成电路技术和计算机技术的发展，促使它扬长避短，成 为一种前景可观的传感器。电容式传感器的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个 平行电极组成、极间以空气为介质的电容器(见图1)。若忽略边缘效应，平板电容器的感应 电容的计算方式为^ S-A,,,,C =--(1)式1中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积，g为两电极之 间的距离。g、A、e三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。因此电 容式传感器可分为变间距型、变面积型和变介质型三类。其中，变间距型和变面积型电容式传感器(见图2A和图2B)的感应电容变量分别 为ρ Δι1 丨 A I (2) [coos] IAC —三 I 似 I (3)由此看出，变间距型电容的结构设计中，电容变化与位移成非线性关系(见式2)， 须在小位移范围内工作以便线性化，但由于感应关系式中变量的二次方因子，获得的电容 变化仍然较高。变间距结构的运动阻力一般为空气压模阻尼。变面积型电容结构中，电容变化与位移为理想的线性关系(见式3)，可在弹簧线 性区域内直接与加速度成正比。阻尼效应主要是滑膜空气阻尼，产生的阻力远小于压膜，有 利于获得较高的分辨率。但传统设计中所获得相对电容变化小，限制了灵敏度的提升。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是克服现有变面积型电容传感器灵敏度小的缺 陷，提供一种灵敏度高的电容传感器。为了解决上述技术问题，本实用新型所提出的技术方案是一种高灵敏度的电容传感器，其包括柔性梁、固定叉指、以及与柔性梁连接的且与 固定叉指配合的可动叉指，其中固定叉指和可动叉指分别都包括底部和与所述底部垂直连接的两个以上的凸起部。进一步的，在不同实施方式中，其中固定叉指和可动叉指的结构完全相同。进一步的，在不同实施方式中，其中固定叉指或可动叉指上的各个凸起部的形状 相同。进一步的，在不同实施方式中，其中凸起部的横截面是方形。进一步的，在不同实施方式中，其中凸起部的大小相同。进一步的，在不同实施方式中，其中每两个凸起部的间隔宽度相同。进一步的，在不同实施方式中，其中固定叉指与可动叉指相互错位排列，即固定叉 指的凸起部与可动叉指的凸起部部分重叠。进一步的，在不同实施方式中，其中固定叉指包括第一固定叉指和第二固定叉指， 所述第一固定叉指和第二固定叉指分别与可动叉指配合形成差分电容。进一步的，在不同实施方式中，其中第一固定叉指和第二固定叉指分别有两组。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是本实用新型涉及的高灵敏度的电容 传感器，将固定叉指和可动叉指加工成包含底部和与底部垂直连接的两个以上的凸起部的 类似梳齿的结构，大大增加电容极板的等效变化面积，从而大大提高器件测量的灵敏度。
图1是现有技术中的平板电容结构示意图；图2A是现有技术中变间距型电容式传感器的结构示意图；图2B是现有技术中变面积型电容式传感器的结构示意图；图3是本实用新型涉及的高灵敏度的电容式传感器的一种具体实施方式
的结构 示意图；图4是图3中的一对固定叉指和活动叉指的放大立体图；和图5是图4所示电容极板发生位移时的示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式
。请参阅图3，本实用新型涉及的一种高灵敏度的电容传感器，其包括柔性梁1、固 定叉指3，4、以及与柔性梁1连接的可动叉指5。图3中黑色部分为硅片上的固定结构，固 定结构包括第一固定叉指3和第二固定叉指4 ；灰色部分为底部悬空的可动结构，可动结构 包括柔性梁1和可动叉指5。在本实施例中，第一固定叉指3和第二固定叉指4各有两组， 四组固定叉指通过锚点2连接在一起，而对应于固定叉指3，4，可动叉指5也有四组。第一 固定叉指3和第二固定叉指4分别与可动叉指5构成平行板电容C1, C2，二者形成差分电容 输出。其中固定叉指3，4和可动叉指5分别被加工成梳齿状，由此加大电容极板的等效 变化面积。在本实施例中，固定叉指3，4和可动叉指5的结构完全相同，都包括沿χ轴方向 的底部61和与底部61垂直的凸起部62，如图4所示。并且在本实施例中，沿y轴延伸的凸 起部62的形状都是相同的，都为方形，且凸起部62的大小也相同，具体而言，凸起部62的 高度、宽度都是相同的。另外，每两个凸起部62的间隔宽度也相同。图3中斜线部分表示的就是梳齿状电容极板凹下去的部分，即图4所示的间隔部分63。固定叉指3，4与可动叉 指5相互错位排列，即固定叉指的凸起部与可动叉指的凸起部部分重叠。当受到χ轴方向的敏感外力作用时，柔性梁1在χ轴方向上发生形变，带动可动叉 指5移动，可动叉指5相对于固定叉指3，4在χ轴方向上发生位移Δ χ，致使可动叉指5与 固定叉指3，4之间的面积发生变化ΔΑ，从而使得C1, C2的差值发生变化，由此测量出器件 感受到的敏感外力大小，如图5所示。Δ A = η · h · Δ χ其中，η为凸起部个数，h为凸起部高度，ΔΧ为敏感外力引起的χ方向位移。从上式不难看出，相比于传统设计，本实用新型涉及的高度方向上成梳齿形状的 电容传感器，由于电容极板等效变化面积增大η倍，导致电容变化率增大η倍，在相同位移 情况下测量的灵敏度可提高η倍。在不同实施方式中，固定叉指和可动叉指的结构可以不同，固定叉指或可动叉指 上的各个凸起部的形状、大小也可以不同，每两个凸起部的间隔宽度也可以不同。第一固定 叉指和第二固定叉指的组数以及与其配合的可动叉指的组数不限于上述实施例。综上所述，本实用新型涉及的高灵敏度的电容传感器，将固定叉指和可动叉指加 工成包含底部和与底部垂直连接的两个以上的凸起部的类似于梳齿形状的结构，有效增大 电容极板的等效变化面积，致使电容变化率增大，从而大大提高器件测量的灵敏度。以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实 施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型揭示内容所作的等效修饰或变化， 皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
权利要求1.一种高灵敏度的电容传感器，其包括柔性梁、固定叉指以及与柔性梁连接的且与固 定叉指配合的可动叉指，其特征在于所述固定叉指和可动叉指分别都包括底部和与所述 底部垂直连接的两个以上的凸起部。
2.根据权利要求1所述的高灵敏度的电容传感器，其特征在于所述固定叉指和可动 叉指的结构完全相同。
3.根据权利要求1所述的高灵敏度的电容传感器，其特征在于所述固定叉指或可动 叉指上的各个凸起部的形状相同。
4.根据权利要求1所述的高灵敏度的电容传感器，其特征在于所述凸起部的横截面 是方形。
5.根据权利要求1所述的高灵敏度的电容传感器，其特征在于所述凸起部的大小相同。
6.根据权利要求1所述的高灵敏度的电容传感器，其特征在于所述每两个凸起部的 间隔宽度相同。
7.根据权利要求1所述的高灵敏度的电容传感器，其特征在于所述固定叉指与可动 叉指相互错位排列，即所述固定叉指的凸起部与可动叉指的凸起部部分重叠。
8.根据权利要求1所述的高灵敏度的电容传感器，其特征在于所述固定叉指包括第 一固定叉指和第二固定叉指，所述第一固定叉指和第二固定叉指分别与可动叉指配合形成 差分电容。
9.根据权利要求8所述的高灵敏度的电容传感器，其特征在于所述第一固定叉指和 第二固定叉指分别有两组。
专利摘要本实用新型涉及一种高灵敏度的电容传感器，其包括柔性梁、固定叉指以及与柔性梁连接的且与固定叉指配合的可动叉指，其中固定叉指和可动叉指分别都包括底部和与所述底部垂直连接的两个以上的凸起部。本实用新型涉及的高灵敏度的电容传感器，通过大大增加电容极板的等效变化面积，从而大大提高器件测量的灵敏度。
文档编号G01D5/241GK201837400SQ201020216160
公开日2011年5月18日 申请日期2010年6月4日 优先权日2010年6月4日
发明者周汉秦, 蒋乐跃 申请人:美新半导体(无锡)有限公司