[发明专利]一种无上下互连电极的LC无线无源压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，尤其是涉及基于LC谐振电路的一种无上下互连电极的LC无线无源压力传感器。

背景技术

压力传感器是传感器家族中使用最多的一个分支，大部分压力传感器使用电池供电，并通过导线与信号处理设备连接，严重限制了压力传感器的应用环境和使用寿命。无线无源压力传感器探头本身不需要电源，无导线引出，在一些高温高压、易燃易爆、动力旋转部件等不允许建立传感器及其测试电路的有线连接的检测环境中，具有广泛的应用市场。利用MEMS工艺制作的LC谐振式无线无源压力传感器，具有体积小、重量轻、灵敏度高、便于集成、价格便宜等特点，是近些年各国的研究热点。

LC谐振式无线无源压力传感器通常由一个电感线圈和一个压力敏感电容构成。其基本原理是，当压力发生变化时，电容随之改变，进而影响LC回路的谐振频率，外部阅读电路通过电感耦合的方式实现与传感器之间能量和电容变化信号的传输，从而实现对压力的测量。MEMS制作的LC无线无源压力传感器需要解决两大技术难点：电容极板引线和腔体密封问题。针对电容极板引线问题，目前已有的传感器采用两层或三层基底结构，其电感线圈和电容上极板位于上层基底，电容下极板位于下层基底，电感线圈和电容下极板之间利用通孔互连，并使用层压技术或键合工艺进行封装。此类传感器由于通孔互连工艺复杂，且电感线圈和电容上极板裸露在空气中，需进行下一步封装以提高性能，整体工艺流程较为复杂，制备成本高。此外，有部分传感器采用两层基底，其电感线圈和电容上极板位于上层基底面向电容下极板的一侧，与电容下极板同置于密闭的空腔中，电感线圈和电容下极板的连接与传感器封装工艺同时进行。此类传感器为了实现电感线圈和电容下极板的有效连接，封装工艺中定位精度要求极高，同时由于电感电容的互连线延伸至传感器基底的封装界面上，需要在封装界面上溅射金属以构成互连点，对封装工艺的要求提高，制备成本相应增加。

中国专利CN101322020公开一种压力传感器系统，包含集成在基底中的压力传感电容器和电感器。所述压力传感电容器包含用于检测压力差的导电隔膜和通过形成在基底中的预定间隙与隔膜分离开的电极。所述电感器和压力传感电容器形成无源电感性－电容性(LC)振荡电路。以感应方式耦合到所述压力传感器电感器线圈的远程询问电路可以用于无线检测LC振荡电路的谐振频率的变化。使用逐层加工技术制造所述整体集成的压力传感器结构。

中国专利CN103698060A公开一种无线无源高温压力传感器，包括第一生瓷片、第二生瓷片、第三生瓷片、第四生瓷片、第五生瓷片；第一生瓷片的上表面左部布置有第一平板电容器的下极板；第一生瓷片的上表面右部布置有第二平板电容器的下极板；第一电感线圈与第一平板电容器共同构成温度补偿敏感LC环路；第二电感线圈与第二平板电容器共同构成主敏感LC环路。

发明内容

本发明的目的在于提供采用4片电容极板的双电容结构，可解决目前无线压力传感器中由于电容极板引线和腔体密封所导致的制备工艺复杂，生产成本高等问题的一种无上下互连电极的LC无线无源压力传感器。

本发明设有上基板和下基板，上基板下表面设有上凹槽，下基板上表面设有下凹槽，上凹槽与下凹槽之间形成空腔；在空腔内从上至下设有上金属层和下金属层，所述上金属层设有平面电感线圈、可变电容上极板、固定电容上极板，可变电容上极板位于平面电感线圈中间，固定电容上极板位于平面电感线圈外部；所述平面电感线圈的内侧连接头与可变电容上极板连接，平面电感线圈的外侧连接头与固定电容上极板连接；所述下金属层设有可变电容下极板、固定电容下极板、连接可变电容下极板和固定电容下极板的互连线。

所述上基板和下基板的面积最好相同，以便进行密封连接。

所述可变电容上极板与可变电容下极板尺寸相同且位置相对，构成可变电容；所述固定电容上极板与固定电容下极板尺寸相同且位置相对，构成固定电容。

所述固定电容的电容值至少比可变电容的电容值大两倍，以提高本发明的测量精度。