一种通气孔星形排布的背板结构及电容式气压传感器的制作方法

本技术涉及气流压力检测，具体的说是一种通气孔星形排布的背板结构及电容式气压传感器。

背景技术：

1、电容式气压传感芯片作为气流压力检测的核心部件，将气体流动压力或气压转换成电信号输出，从而控制电子烟、智能口罩等产品的工作。其工作原理是：吸气时形成负压，使气压传感器芯片的振膜往背板方向移动，从而背板和振膜之间的距离减小，电容量增大。外部as i c(专用集成电路)通过检测电容变化量控制电子烟或智能口罩工作。

2、现有传统技术方案：驻极体电容式气压传感器方案，采用柔性高分子膜片作为振动膜片，带有通气孔的金属外壳作为背板，中间用绝缘衬圈隔离开。振膜直径2至5毫米，两极板间隙几十微米。其体积较大，不耐高温，对水汽或油气的隔离性差，且产品一致性较差。在应用过程中，不便于终端产品的小型化，会造成终端产品的异常开启等问题。

3、现有mems电容式气压传感器方案，采用半导体工艺加工，重掺的多晶硅作为背板和振膜的导电结构材料，氧化硅作为背板和振膜之间的绝缘层，支撑结构为硅衬底。由于工艺及材料特性，其尺寸可以做到1㎜以内，并且产品一致性较高，耐高温。因为其背板厚度较薄，且通气孔均匀满布背板，使得背板强度较低。在气流冲击或气压变化过程中，会造成背板变形，减小电容变化量，降低灵敏度，且振膜外侧的气压与传感器外实际气压有偏差，导致传感器感应值不够准确。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于：为了解决电容式气压传感器内背板强度低、易形变，振膜外侧的气压与传感器外实际气压有偏差，而提供一种通气孔星形排布的背板结构及电容式气压传感器。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种通气孔星形排布的背板结构，背板包括第一通气结构、第二通气结构、第三通气结构以及第四通气结构，背板表面的通气结构呈现星型，多条第二通气结构由背板的中心向外辐射分布，第一通气结构设置预第二通气结构的辐射结构内，第三通气结构和第四通气结构均为环形且沿着第一通气结构、第二通气结构的外边缘由内至外依次进行设置。

3、作为上述技术方案的进一步描述：

4、背板由内至外依次设置氮化硅层和多晶硅层。

5、作为上述技术方案的进一步描述：

6、第一通气结构、第二通气结构、第三通气结构以及第四通气结构内均设置通气孔且其通气孔的直径依次减小而其间距依次增大。

7、作为上述技术方案的进一步描述：

8、第一通气结构、第二通气结构、第三通气结构以及第四通气结构内的通气孔直径和间距为2微米至20微米。

9、一种电容式气压传感器，包括硅衬底、氧化硅绝缘层、多晶硅振膜、氧化硅牺牲层、如上所述的一种通气孔星形排布的背板结构的背板以及金属焊盘。

10、作为上述技术方案的进一步描述：

11、多晶硅振膜的两端夹持固定在氧化硅绝缘层和氧化硅牺牲层之间，多晶硅振膜的上下面均设置有振动空腔。

12、综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型相较于现有技术具备以下有益效果：

13、本实用新型通过背板通气孔星型排布方式，且由内至外孔径减小间距增大，第一通气结构作为主要通气结构正对振膜的主要变形区域，其大孔小间距结构使得振膜外侧的气压更接近传感器外实际气压，使得传感器的气压感应值更加准确，而第一通气结构嵌入设置在其他通气结构内，提高背板强度，以减小背板变形，采用多晶硅振膜，保证其受两侧压差挤压变形时良好的韧性、变形量，进而保证传感器电容变化量和气压检测灵敏度、准确性。

技术特征：

1.一种通气孔星形排布的背板结构，其特征在于，背板(1)包括第一通气结构(13)、第二通气结构(14)、第三通气结构(15)以及第四通气结构(16)，所述背板(1)表面的通气结构呈现星型，多条所述第二通气结构(14)由所述背板(1)的中心向外辐射分布，所述第一通气结构(13)设置预所述第二通气结构(14)的辐射结构内，所述第三通气结构(15)和第四通气结构(16)均为环形且沿着所述第一通气结构(13)、第二通气结构(14)的外边缘由内至外依次进行设置。

2.根据权利要求1所述的一种通气孔星形排布的背板结构，其特征在于，所述背板(1)由内至外依次设置氮化硅层(12)和多晶硅层(11)。

3.根据权利要求1所述的一种通气孔星形排布的背板结构，其特征在于，所述第一通气结构(13)、第二通气结构(14)、第三通气结构(15)以及第四通气结构(16)内均设置通气孔且其通气孔的直径依次减小而其间距依次增大。

4.根据权利要求3所述的一种通气孔星形排布的背板结构，其特征在于，所述第一通气结构(13)、第二通气结构(14)、第三通气结构(15)以及第四通气结构(16)内的通气孔直径和间距为2微米至20微米。

5.一种电容式气压传感器，其特征在于，包括硅衬底、氧化硅绝缘层(4)、多晶硅振膜(5)、氧化硅牺牲层(3)、如权利要求1-4中任一条所述的一种通气孔星形排布的背板结构的所述背板(1)以及金属焊盘(2)。

6.根据权利要求5所述的一种电容式气压传感器，其特征在于，所述多晶硅振膜(5)的两端夹持固定在所述氧化硅绝缘层(4)和氧化硅牺牲层(3)之间，所述多晶硅振膜(5)的上下面均设置有振动空腔。

技术总结
本技术公开了一种通气孔星形排布的背板结构及电容式气压传感器，通过背板通气孔星型排布方式，且由内至外孔径减小间距增大，第一通气结构作为主要通气结构正对振膜的主要变形区域，其大孔小间距结构使得振膜外侧的气压更接近传感器外实际气压，使得传感器的气压感应值更加准确，而第一通气结构嵌入设置在其他通气结构内，提高背板强度，以减小背板变形，采用多晶硅振膜，保证其受两侧压差挤压变形时良好的韧性、变形量，进而保证传感器电容变化量和气压检测灵敏度、准确性。

技术研发人员：王敏锐,李文翔
受保护的技术使用者：美满芯盛（杭州）微电子有限公司
技术研发日：20230906
技术公布日：2024/5/10