压力传感器制造技术

一种或多种反应性气体被引入到内和外电容式电极之间的一个或多个特定区域处的电容式压力计，从而正和负弯曲的导致误差的测量影响被抵消或最小化。此外，保护结构可用于电容式压力计的电极结构。保护结构呈现对于气体扩散进入到膜片内相对不敏感的一个区域，结果改变表面张力、曲率和偏转，从而提供压力计的零读数和压力读数的提高的或最佳的稳定性。保护件也可提供电极的静电隔离。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2012年10月11日、专利技术名称为“压力传感器”的专利申请201280059759.6的分案申请本申请要求于2011年10月11日提交的名为“压力传感器”的临时申请No.61/545,790号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
本公开总体上涉及一种电容式压力传感器，并且更具体而言涉及一种改善的传感器，其尤其在非常低的(真空)压力下提供非常精确和准确的压力测量。
技术介绍
压力换能器已经被应用在多种应用领域。一种这样的换能器是电容式压力计，其提供气体、蒸气或其它流体的非常精确和准确的压力测量。应用包括基于真空的工艺和半导体工艺控制的精确控制。示例包括半导体蚀刻工艺和物理气相沉积。电容式压力计通常使用：(a)形成或包括电极结构的柔性膜片；以及(b)固定电极结构，其与膜片间隔开以便在其间建立电容。膜片一侧上的压力相对于膜片另一侧上的压力的变化导致膜片挠曲，使得膜片电极结构和固定电极结构之间的电容根据该压差而变化。通常，膜片一侧上的气体或蒸气处于所测量的压力(Px)下，而膜片另一侧上的气体或蒸气处于已知的参考压力(Pr)下，后者处于在大气压下或某些固定的高或低(真空)压力下，使得膜片的测量侧上的压力可以根据电容测量来确定。已经并持续地开发需要极低压力(高真空)的许多应用导致对能够测量如此低压的电容式压力计存在需要。然而，增加在低压下提供非常精确和准确的压力测量的电容式压力计的灵敏度带来几项设计上的挑战。为了测量非常低的压力(高真空)，电容式压力计需要柔性膜片和固定电极结构之间的非常窄的间隙(“电极间隙”)，以便它们可以检测到压力上的微小变化。使用非常窄的电极间隙的缺陷在于还检测到与横跨膜片的压差测量无关的电极间隙形状上的较小变化。对于电极间隙形状的这些不利变化的其中之一是通过与工艺相关的化学反应(例如气体分子或原子扩散进入到膜片表面内)所导致的膜片形状的变化。电容测量基于适于平行板电容C的众所周知的公式：C＝ere0A/s(公式1)其中：C是两个平行板之间的电容；e0是自由空间的电容率；er是板之间材料的相对电容率(对于真空而言，er＝1)；A是板之间的公共面积；以及s是板之间的间距。基于这一公式，可以推导出如下关系：对于每个测量电极而言，电容的分数变化等于负的电极间隙间距上的分数变化(ΔC/C＝-ΔS/S)。因而可以很容易地看出为了对每个测量电极的电容提供稳定控制，保持对电极间隙间距的良好控制是很关键的。在简单的双电极设计中，对于给定的电测量技术，例如利用任意数目的公共电桥设计(例如惠斯登电桥)和/或其它的电气测量方法而言，这些作用对于平坦膜片和电极结构(每一个具有不同的真实平坦度值以及与真实平面的倾斜偏差)在零压差下的第一阶是平衡的。因为该传感器配置成测量极低压力(极小的膜片挠曲)，恰好平衡电极但并未构成稳定的电极间隙对于将压力测量的不确定性降低到足够低的水平以便实现最小压力的稳定检测而言是远远不够的。当电容测量被设计成检测固定电极结构和膜片耐压元件之间的位移变化时，一个误差来源与膜片形状和位置的任何变化相关(因为其影响电极间隙)，其能够产生与压力无关的传感器输出的变化。图1是在视图A和B中的侧视图和顶视图中分别示出现有技术电容式压力计100的一部分的视图。该装置包括与电极结构104间隔开的膜片102。电极结构104包括由间隙110分隔开的内电极106和外电极108。如视图B中所示，电极可以具有圆形配置。当在膜片102两侧上的压力之间存在压差时，如由替代位置102'所示，导致膜片偏转。图2是在视图A和B中的侧视图和顶视图中分别示出现有技术电容式压力计200的一部分的视图。该装置类似于图1中所示的装置并且包括壳体201，其具有与电极结构204间隔开的膜片202。电极结构204包括由间隙210分隔开的内电极206和外电极208。壳体包括用于允许气体到达邻近膜片202区域的入口212。存在挡板214，以便控制气体进入到达邻近膜片202的区域。如图B中所示，挡板可以通过多根系链(tather)218而固定到壳体201。挡板214具有实心型材而没有内部特征件。在操作时，来自入口212的气体环绕挡板214前进，并首先到达膜片202的外缘。气体接着朝向膜片202的中心散布。图3是在视图A至C中的侧视图和替代截面视图中分别示出现有技术电容式压力计300的一部分的视图。该装置类似于图2中所示的装置并且包括壳体301，其具有与电极结构304间隔开的膜片302。电极结构304包括由间隙310分隔开的内电极306和外电极308。壳体301包括用于允许气体到达邻近膜片302区域的入口312。存在挡板314，以便控制气体进入到达邻近膜片302的区域。如图B中所示，挡板包括以均匀分布的方式分布于挡板314的全部或大部分上的多个孔316。视图C示出挡板的另一种配置，其在挡板314的全部或大部分上具有均匀径向分布的孔316。参考了以下美国专利：7757563；7706995；7624643；7451654；7389697；7316163；7284439；7201057；7155803；7137301；7000479；6993973；6909975；6901808；6735845；6672171；6568274；6443015；6105436；6029525；5965821；5942692；5932332；5911162；5808206；5625152；5271277；4823603；4785669和4499773；以及以下美国专利申请公开：20090255342；20070023140；20060070447；20060000289；20050262946；20040211262；20040099061；全部都转让给本公开的受让人。所有上述专利和专利公开的全部内容通过引用并入本文。虽然这种现有技术的压力计可以适用于其预期目的，但是它们仍会容易出现瞬态测量误差，当与诸如氟原子等反应性气体一起使用时尤为如此。
技术实现思路
本公开的各方面通过提供挡板和/或电极结构来解决前面所提及的问题，所述挡板和/或电极结构可以减少和/或阻断由于压力以外的影响在电容式压力计中或给电容式压力计造成的瞬态膜片变形测量。根据本公开的一方面，电容式压力计或电容式压力计组件包括：(a)包括导电材料的膜片；以及(b)包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式压力计组件，包括：膜片，所述膜片包括导电材料；电极结构，所述电极结构包括内电极、外电极以及设置于所述内电极与所述外电极之间的保护结构，所述保护结构减小所述电极结构对反应气体扩散进入到所述膜片的区域上的敏感度，其中所述膜片能够相对于所述电极结构在(ⅰ)当所述膜片的每一侧上的压力相同时的零位置，与(ii)当最大的可测量压差被施加到所述膜片时的最大差分位置之间移动；支撑结构，所述支撑结构被布置成支撑所述膜片，使得所述膜片相对于所述电极结构受到限制，并且所述膜片与所述内电极和外电极间隔开，并且相对于所述压力计的对准轴线与所述内电极和外电极轴向对准；以及挡板，所述挡板具有一个或多个孔，所述孔被配置成允许气体到达邻近所述膜片的区域，其中所述一个或多个孔在策略上相对于所述保护结构定位。

【技术特征摘要】
2011.10.11 US 61/545,7901.一种电容式压力计组件，包括：
膜片，所述膜片包括导电材料；
电极结构，所述电极结构包括内电极、外电极以及设置于所述内电极
与所述外电极之间的保护结构，所述保护结构减小所述电极结构对反应气
体扩散进入到所述膜片的区域上的敏感度，其中所述膜片能够相对于所述
电极结构在(ⅰ)当所述膜片的每一侧上的压力相同时的零位置，与(ii)
当最大的可测量压差被施加到所述膜片时的最大差分位置之间移动；
支撑结构，所述支撑结构被布置成支撑所述膜片，使得所述膜片相对
于所述电极结构受到限制，并且所述膜片与所述内电极和外电极间隔开，
并且相对于所述压力计的对准轴线与所述内电极和外电极轴向对准；以及
挡板，所述挡板具有一个或多个孔，所述孔被配置成允许气体到达邻
近所述膜片的区域，其中所述一个或多个孔在策略上相对于所述保护结构
定位。
2.根据权利要求1所述的电容式压力计组件，其中所述内电极是第一
内电极，并且所述电容式压力计组件还包括位于所述保护结构和所述外电
极之间的第二内电极。
3.根据权利要求1所述的电容式压力计组件，其中所述保护结构包括
由间隙分隔开的内保护件和外保护件。
4.根据权利要求1所述的电容式压力计组件，还包括外周保护件，所
述外周保护件以与所述电极结构的中心相距更大径向距离的方式邻近所述
外电极设置于所述电极结构上。
5.根据权利要求2所述的电容式压力计组件，其中所述挡板中的一个
或多个孔被配置成在与所述电容式压力计组件的所述对准轴线平行的方向
上与电极或电极之一和所述电极结构的所述保护结构之间的间隙对准。
6.根据权利要求1所述的电容式压力计组件，其中所述膜片包括超合
金。
7.根据权利要求1所述的电容式压力计组件，还包括具...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·D·布兰肯希普，P·D·卢卡斯，
申请(专利权)人：MKS仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US