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平行板電容器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種平行板電容器。該電容器包括第一極板和與第一極板相對設(shè)置的第二極板，其中，該平行板電容器還包括在形成所述第一極板的基底上設(shè)置的至少一對敏感單元，所述敏感單元包括敏感元件和將敏感元件連接到所述第一極板的元件連接臂；設(shè)置在所述第二極板所在的基底上的錨定支座，其通過懸臂梁連接到所述元件連接臂；其中，每個元件連接臂與相對于其對稱的至少兩個錨定支座連接。該平板電容器更容易受到外界因素影響，從而更易產(chǎn)生電容的變化。
【專利說明】平行板電容器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明電容器，尤其涉及平行板電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]微機電系統(tǒng)(Micro-electro-mechanicalSystem, MEMS)是近年來發(fā)展起來的一個多學(xué)科交叉的前沿性高【技術(shù)領(lǐng)域】。MEMS利用從半導(dǎo)體技術(shù)上發(fā)展起來的硅微機械加工工藝，主要以硅為材料，在硅片上制作出尺寸在微米量級、懸浮可動的三維結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對外界信息的感知和控制。MEMS加速度傳感器便是基于該技術(shù)的一種傳感器件。
[0003]如大家所知道的，電容式MEMS加速度傳感器的基本結(jié)構(gòu)為質(zhì)量塊與固定電極組成的電容器。當(dāng)加速度使得質(zhì)量塊產(chǎn)生位移時，改變電容器的電極之間的重疊面積或間距，在這樣的情況下，便可通過測量電容器電容的改變來實現(xiàn)對加速度的測量。作為MEMS加速傳感器的一種，由平板電容器構(gòu)成的加速傳感器由于工藝簡單，受寄生電容和邊緣效應(yīng)的影響較小，對處理電路的要求較低且應(yīng)用更為廣泛。
[0004]但是，由于當(dāng)前這種加速度傳感器的平板電容器的電容變化范圍較小，導(dǎo)致傳感器的靈敏度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供一種平行板電容器。該電容器包括第一極板和與第一極板相對設(shè)置的第二極板，其中，該平行板電容器還包括在形成所述第一極板的基底上設(shè)置的至少一對敏感單元,所述敏感單元包括敏感元件和將敏感元件連接到所述第一極板的元件連接臂；設(shè)置在所述第二極板所在的基底上的錨定支座，其通過懸臂梁連接到所述元件連接臂；其中，每個元件連接臂與相對于其對稱的至少兩個錨定支座連接。
[0006]優(yōu)選地，在該平行板電容器中，各敏感元件為質(zhì)量塊，各元件連接臂和懸臂梁均由硅形成，且各元件連接臂比各懸臂梁厚。
[0007]本發(fā)明還提供一種平行板電容器，其包括第一極板和與第一極板相對設(shè)置的第二極板，還包括在形成所述第一極板的基底上設(shè)置的至少一個敏感單元，所述敏感單元被所述第一極板包圍，且所述敏感單元包括敏感元件和將敏感元件連接到所述第一極板的元件連接臂；設(shè)置在所述第二極板所在的基底上的錨定支座，其通過懸臂梁連接到所述元件連接臂；其中，每個元件連接臂與相對于其對稱的至少兩個錨定支座連接。
[0008]本發(fā)明所述的平板電容器，通過元件連接臂、敏感元件和電容器的第一極板形成的杠桿的作用，可以放大敏感元件的受力，從而使得電容器更容易受到力的影響而產(chǎn)生電容的變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明所述的一個實施例的平行板電容器I的結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
[0010]圖2是圖1從a-a’處的平板電容器的側(cè)面示意圖。[0011]圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的平行板電容器2的結(jié)構(gòu)的平面示意圖。【具體實施方式】
[0012]現(xiàn)結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解到，以下只是結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明的主旨進行非限制性說明，本發(fā)明所主張的范圍由所附的權(quán)利要求確定，任何不脫離本發(fā)明精神的修改、變更都應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明所述的一個實施例的平行板電容器的結(jié)構(gòu)的平面示意圖。所示的平行板電容器包括第一極板10和第二極板(未示出)，第一對敏感元件21a、21b和第二對敏感元件22a、22b，用于分別將第一對敏感元件21a、21b連接到第一極板10的元件連接臂23a、23b，用于分別將第二對敏感元件22a、22b連接到第一極板10的元件連接臂24a、24b，設(shè)置在第二極板的錨定支座30、31、32和33，將錨定支座30連接到元件連接臂23a的懸臂梁30a，將錨定支座31連接到元件連接臂23a的懸臂梁30b，將錨定支座32連接到元件連接臂24b的懸臂梁31a，將錨定支座32連接到元件連接臂24b的懸臂梁31b，將錨定支座32連接到元件連接臂23b的懸臂梁32a，將錨定支座33連接到元件連接臂23b的懸臂梁32b，將錨定支座33連接到元件連接臂24a的懸臂梁33a，將錨定支座30連接到元件連接臂24a的懸臂梁33b。優(yōu)選地，各懸臂梁與連接到其的元件連接臂垂直。
[0014]敏感元件和元件連接臂構(gòu)成了敏感單元，它們均設(shè)置在第一極板所在的硅基底上。敏感元件例如為質(zhì)量塊。敏感元件和元件連接臂在本例中均由娃材料形成，例如通過在基底上蝕刻從而獲得敏感元件和元件連接臂，可以理解，質(zhì)量塊的重量較大。各懸臂梁同樣由硅材料形成在第一極板所在的硅基底上，且各懸臂梁要比元件連接臂薄一些。設(shè)置在第二極板上的錨定支座從第二極板延伸到第一極板并與相應(yīng)的懸臂梁固定連接。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，各敏感單元中的各對敏感元件的兩個元件對稱設(shè)置在所述導(dǎo)電部的相對側(cè)。圖1所示的例子中，共設(shè)置了兩對敏感元件。第一對敏感元件21a、21b分別設(shè)置在第一極板10的兩側(cè)，以面對該圖正常閱讀時的視角看，敏感元件21a設(shè)置在第一極板10的左側(cè)，敏感元件21b相對地設(shè)置在第一極板10的右側(cè)，元件連接臂23a和元件連接臂23b的長度相同。第二對敏感元件22a、22b分別設(shè)置在第一極板10的另外兩側(cè)，以面對該圖正常閱讀時的視角看，敏感元件22a設(shè)置在第一極板10的上側(cè)，敏感元件22b則相對地設(shè)置在第一極板10的下側(cè)，元件連接臂24a和元件連接臂24b的長度相同。
[0016]進一步,上述示例中,各敏感元件為等同的質(zhì)量塊。各質(zhì)量塊通過相應(yīng)的元件連接臂連接到第一極板10，由此形成了杠桿。也就是說，元件連接臂23a作為杠桿，其一端是敏感元件21a而另一端是第一極板10，同樣的情況適用于其他敏感元件和元件連接臂，不再贅述。
[0017]圖2是圖1從a-a’處的平板電容器的側(cè)面示意圖。如圖所示，第一極板10和第二極板20之間設(shè)置有用于支撐杠桿(即元件連接臂)23a和23b的錨定支座30和33 (因是從a-a’處的側(cè)視圖，因此錨定支座31和32未示出)。質(zhì)量塊21a通過杠桿23a連接到第一極板10，質(zhì)量塊21b通過杠桿23b連接到第二極板10。
[0018]該平板電容器I被用作加速度傳感器的感測部件后，如果該加速度傳感器受到上下方向的加速度，則在慣性作用下，各敏感元件(如各質(zhì)量塊)將感受到該加速度，并對相應(yīng)的元件連接臂(即各杠桿)施加與加速度方向相反的力。由于根據(jù)本發(fā)明，懸臂梁的厚度比元件連接臂小，所以懸臂梁受到元件連接臂傳來的力后，變形較大，而該變形將促使第一極板10的位移更大，亦即，使得第一極板在與加速度方向相同的方向上發(fā)生的位移更大，相應(yīng)地第一極板和第二極板間的電容改變量較大。由于敏感元件、元件連接臂及第一極板所形成的杠桿結(jié)構(gòu)，使得兩極板在相同的加速度下獲得了更大的位移，從而使得電容的變化更大，由此包括該平板電容器的加速度傳感器更為敏感。
[0019]以上示例示意該平板電容器包括兩對敏感單元，但本發(fā)明并不局限于此。實際應(yīng)用中，可根據(jù)需要設(shè)置更多對敏感單元或只設(shè)置一對。
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的平行板電容器的結(jié)構(gòu)的平面示意圖。與圖1所示的平行板電容器不同的是，本例中由敏感元件和元件連接臂形成的杠桿、以及連接錨定支座與元件連接臂的懸臂梁形成在第一極板的內(nèi)側(cè)，也就是說，本例中的敏感單元被第一極板包圍，并且本例中敏感元件只包括一個敏感單元。
[0021 ] 如圖3所示，該電容器包括第一極板40和第二極板(未圖示)，敏感元件50，用于將敏感元件50連接到第一極板40的元件連接臂50a、50b、50c和50d，設(shè)置在第二極板的錨定支座60、61、62和63，將錨定支座60連接到元件連接臂50a的懸臂梁60a，將錨定支座61連接到元件連接臂50a的懸臂梁60b，將錨定支座61連接到元件連接臂50b的懸臂梁61a，將錨定支座62連接到元件連接臂50b的懸臂梁61b，將錨定支座62連接到元件連接臂50c的懸臂梁62a，將錨定支座63連接到元件連接臂50c的懸臂梁62b，將錨定支座63連接到元件連接臂50d的懸臂梁63a，將錨定支座60連接到元件連接臂50d的懸臂梁63b。優(yōu)選地，各元件連接臂與連接到其的懸臂梁垂直。
[0022]敏感元件和元件連接臂構(gòu)成了敏感單元，它們均設(shè)置在第一極板所在的硅基底。敏感元件例如為質(zhì)量塊。敏感元件和元件連接臂在本例中均由娃材料形成，例如通過在基底上蝕刻從而獲得敏感元件和元件連接臂，可以理解，質(zhì)量塊的重量較大。各懸臂梁同樣由硅材料形成在第一極板所在的硅基底上，且各懸臂梁要比元件連接臂薄些。設(shè)置在第二極板上的錨定支座從第二極板延伸到第一極板并與相應(yīng)的懸臂梁固定連接。
[0023]圖3所示的例子中，優(yōu)選相對于敏感元件對稱的元件連接臂的長度相同，更優(yōu)選，各元件連接臂的長度相同。本示例中，敏感元件為等同的質(zhì)量塊，其通過元件連接臂連接到第一極板40，由此形成了基于個元件連接臂的杠桿。也就是說，元件連接臂50a作為杠桿，其一端是敏感元件50而另一端是第一極板40，同樣的情況適用于敏感元件50和其他連接臂，不再贅述。
[0024]在平板電容器2用作加速度傳感器的感測部件后，如果該加速度傳感器受到上下方向的加速度，則在慣性作用下，各敏感元件(如各質(zhì)量塊)將感受到該加速度，并對各元件連接臂(即各杠桿)施加與加速度方向相反的力。在這樣的情況下，較薄的懸臂梁受到元件連接臂傳來的力后，變形較大，而該變形將促使第一極板10在與加速度方向相同的方向上發(fā)生位移更大，從而使得第一極板和第二極板間的電容改變量相應(yīng)更大。由于敏感元件、元件連接臂以及第一極板所形成的杠桿結(jié)構(gòu)，使得兩極板在相同的加速度下獲得了更大的位移，從而使得電容的變化更大，由此包括該平板電容器的加速度傳感器更為敏感。
[0025]盡管本發(fā)明的上述各示例是以硅材料作為基底進行的說明，但實際應(yīng)用中也可以是其他材料的基底，如硅化鍺等。
[0026]此外，為了更好地達成杠桿的作用，各元件連接臂與懸臂梁連接的點更靠近質(zhì)量
塊一些。
【權(quán)利要求】
1.一種平行板電容器,包括第一極板和與第一極板相對設(shè)置的第二極板,其特征在于，所述平行板電容器包括: 在形成所述第一極板的基底上設(shè)置的至少一對敏感單元，所述敏感單元包括敏感元件和將敏感元件連接到所述第一極板的元件連接臂； 設(shè)置在所述第二極板所在的基底上的錨定支座，其通過懸臂梁連接到所述元件連接臂； 其中，每個元件連接臂與相對于其對稱的至少兩個錨定支座連接。
2.如權(quán)利要求1所述的平行板電容器，其特征在于，所述敏感元件為質(zhì)量塊，所述元件連接臂和所述懸臂梁均由硅形成，且所述元件連接臂比所述懸臂梁厚。
3.—種平行板電容器,包括第一極板和與第一極板相對設(shè)置的第二極板,其特征在于，所述平行板電容器包括:在形成所述第一極板的基底上設(shè)置的至少一個敏感單元，所述敏感單元被所述第一極板包圍，且所述敏感單元包括敏感元件和將敏感元件連接到所述第一極板的元件連接臂；設(shè)置在所述第二極板所在的基底上的錨定支座，其通過懸臂梁連接到所述元件連接臂； 其中，每個元件連接臂與相對于其對稱的至少兩個錨定支座連接。
4.如權(quán)利要求3所述的平行板電容器，其特征在于，所述敏感元件為質(zhì)量塊，所述元件連接臂和所述懸臂梁均由硅形成，且所述元件連接臂比所述懸臂梁厚。
5.一種包括如權(quán)利要求1 一 4中任意一項所述的平行板電容器的加速度傳感器。
【文檔編號】G01P15/125GK103728467SQ201210391609
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月16日
【發(fā)明者】郭梅寒, 張新偉, 夏長奉, 蘇巍 申請人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司