專利名稱：電容傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電容傳感器，尤其涉及用于測(cè)量壓力的改進(jìn)型電容傳感器。
背景技術(shù)：
用于諸如輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)等的應(yīng)用中的壓力傳感器需要便宜，能抵抗惡劣環(huán)境，并且耗能非常小。尤其在由電池供電的系統(tǒng)中，這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)閭鞲衅骱拖嚓P(guān)電子電路在單個(gè)硬幣大小電池上可以工作延長(zhǎng)的時(shí)間周期。
比較而言，使用壓阻元件來(lái)測(cè)量電阻變化以確定壓力的常規(guī)壓力傳感器不是功率有效的，其限制了電池壽命。為了克服與壓阻元件相關(guān)的問(wèn)題，常規(guī)的電容式壓力傳感器測(cè)量電容以確定壓力。電容壓力傳感器的一個(gè)例子使用MEMS技術(shù)，其中將膜片、電容電極以及腔體加工到硅上。電容傳感器還包括測(cè)量電容電極的電容的電子電路。為了保護(hù)膜片電容電極和電子電路免受惡劣環(huán)境中的污染，一個(gè)蓋子被設(shè)置在傳感器封裝內(nèi)的腔體之上。然而，由于膜片必須被暴露于正在被測(cè)量的壓力，該蓋子必須包括一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口以允許暴露于正在被測(cè)量的壓力。該開(kāi)口允許不想要的污染物進(jìn)入腔體，這影響正在測(cè)量的電容，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確而且容易損壞傳感器。
另一種現(xiàn)有技術(shù)的電容式壓力傳感器，如美國(guó)專利No.5,436,795，在此結(jié)合作為參考，通過(guò)利用具有在腔體內(nèi)密封的兩個(gè)電容電極板的密封封裝腔體形成電容壓力測(cè)量裝置，克服了與其中具有開(kāi)口的蓋子有關(guān)的問(wèn)題?！?95專利的設(shè)計(jì)將膜片并入腔體外殼，其根據(jù)外部壓力和內(nèi)部腔體壓力之間的差異而偏轉(zhuǎn)。其中一個(gè)電極位于膜片上，因此電容取決于壓力差值。然而，’795專利中所公開(kāi)的傳感器在電容板之間具有大約為0.5～2.5mil量級(jí)的有限間隔，因此無(wú)法容納任何信號(hào)處理電路(例如集成電路管芯)。因此，’795專利中所公開(kāi)的傳感器的設(shè)計(jì)需要任何信號(hào)處理電路安裝在獨(dú)立的封裝中，這就增大了傳感器的尺寸和復(fù)雜度。
另一種現(xiàn)有技術(shù)的電容式壓力傳感器在美國(guó)專利No.6,278,379中公開(kāi)，其在此結(jié)合作為參考?！?79專利中所公開(kāi)的傳感器裝置包括位于腔體外殼的相對(duì)兩側(cè)的膜片上的具有兩個(gè)電容電極的密封腔體。該設(shè)計(jì)便于增大電容電極的偏轉(zhuǎn)，這提高了靈敏度。然而，’379專利公開(kāi)了該間隙必須同樣被最小化以使傳感器的靈敏度最高。在理論上，腔體和間隙可以被擴(kuò)大以容納信號(hào)處理電路，例如集成電路管芯；然而，這種改變將限制最小間隙大于管芯厚度(通常為600um)，而且還將限制電容電極之間的區(qū)域重疊，這兩者都將大大降低傳感器對(duì)所施加的壓力的靈敏度。
其它基于電容的壓力傳感器，如日本專利申請(qǐng)No.2002039893，在此結(jié)合作為參考，可以提供壓力傳感器和用于電子電路的外殼，這是通過(guò)利用第一腔體來(lái)容納封裝內(nèi)的電子電路和嚴(yán)密密封的在其中密封有兩個(gè)電容電極板的第二腔體來(lái)形成電容式壓力測(cè)量裝置而實(shí)現(xiàn)的。然而，這種設(shè)計(jì)很復(fù)雜，難于制造而且很昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的電容傳感器。
本發(fā)明的另一目的是提供設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電容傳感器。
本發(fā)明的另一目的是提供制造便宜的電容傳感器。
本發(fā)明的另一目的是提供比壓阻傳感器耗能更小的電容傳感器。
本發(fā)明的另一目的是提供能有效保護(hù)電容電極和電子電路免受惡劣環(huán)境影響的電容傳感器。
本發(fā)明的另一目的是提供無(wú)需獨(dú)立的腔體來(lái)容納電容電極和電子電路的電容傳感器。
本發(fā)明源于這樣一種實(shí)現(xiàn)方式真正有效和健壯的集成電容傳感器可以通過(guò)提供具有密封腔體的外殼、將一個(gè)板置于腔體內(nèi)、并提供形成腔體的一部分并與該板隔開(kāi)的膜片(diaphragm)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中該膜片包括第一導(dǎo)電層，而該板包括第二導(dǎo)電層，第一和第二導(dǎo)電層一同形成電容器的電極，電容器的電容隨著膜片相對(duì)于板子的位置而變化。
本發(fā)明的特征是一種電容傳感器，其包括具有密封腔體的外殼，腔體中的第一板，形成部分腔體并與第一板分隔的第一膜片，第一膜片上的第一導(dǎo)電層，以及第一板上的第二導(dǎo)電層，第一和第二導(dǎo)電層是電容器的電極，電容器的電容隨著第一膜片相對(duì)于第一板的位置而變化。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一膜片可以置于外殼的頂面的附近，第一膜片可以置于外殼的底面的附近，第一膜片可以置于外殼的側(cè)面的附近。第二導(dǎo)電層可以置于第一板的頂面的附近，第二導(dǎo)電層可以置于第一板的底面的附近，第二導(dǎo)電層可以置于第一板的側(cè)面的附近。外殼可以包括選自陶瓷、塑料、金屬或它們的任意組合物的組的材料。第一板可以包括集成電路管芯(die)，第一板可以包括印刷電路板。第一導(dǎo)電層可以嵌入到第一膜片中，第二導(dǎo)電層可以嵌入到第一板中，第一導(dǎo)電層可以置于第一膜片的外表面上。第一導(dǎo)電層可以置于第一膜片的內(nèi)表面上，第一導(dǎo)電層可以置于第一膜片的一部分上。第二導(dǎo)電層可以置于第一板的一部分上。外殼可包括獨(dú)立附著的蓋。膜片可以是獨(dú)立附著的蓋。膜片可以包括選自陶瓷、塑料、金屬或它們的任意組合物的材料。膜片可以由不同于外殼的材料組成?？梢酝ㄟ^(guò)將蓋釬焊到熔合到外殼內(nèi)的金屬層而將蓋附著到外殼。可以通過(guò)將蓋焊接到熔合到外殼的金屬層而將蓋附著到外殼?？梢岳谜澈喜牧蠈⑸w附著到外殼。可以用玻璃將蓋附著到外殼。第一導(dǎo)電層可包括用于形成電極的導(dǎo)電材料的網(wǎng)格。第一導(dǎo)電層可以包括用于形成電極的導(dǎo)電材料的固體層。第一導(dǎo)電層可以包括其中有隔開(kāi)的小孔的導(dǎo)電材料的固體層。第二導(dǎo)電層可以包括用于形成電極的導(dǎo)電材料的網(wǎng)格。第二導(dǎo)電層可以包括用于形成電極的導(dǎo)電材料的固體層。第二導(dǎo)電層可以包括其中有隔開(kāi)的小孔的導(dǎo)電材料的固體層。第一板可包括選自包括硅、陶瓷、玻璃、石英、塑料、環(huán)氧樹脂以及金屬的組的材料。第一板可以包括電氣子系統(tǒng)。電氣子系統(tǒng)可以將電容轉(zhuǎn)換為一個(gè)或多個(gè)電信號(hào)。電氣子系統(tǒng)可以測(cè)量電容。電氣子系統(tǒng)可以包括用于發(fā)送代表電容的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的發(fā)射機(jī)。電容傳感器可以包括響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的天線。電容傳感器可以另外包括用于接收啟動(dòng)信號(hào)的接收機(jī)。電氣子系統(tǒng)可以測(cè)量子系統(tǒng)附近的溫度。電氣子系統(tǒng)可以發(fā)送代表溫度的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)。電氣子系統(tǒng)可以管理電氣子系統(tǒng)的功耗。電氣子系統(tǒng)可以包括用于允許子系統(tǒng)將被外部詢問(wèn)的詢問(wèn)裝置。電氣子系統(tǒng)可以接收外部命令以管理子系統(tǒng)的功耗。電容傳感器可進(jìn)一步包括與由第一和第二導(dǎo)電層形成的電容器結(jié)合以形成諧振電路的電感器。第一板可以包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，一個(gè)或多個(gè)傳感器可以選自包括加速度傳感器、溫度傳感器以及運(yùn)動(dòng)傳感器的組。第一板可以另外包括用于發(fā)送一個(gè)或多個(gè)傳感器的一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)的發(fā)送裝置。電容傳感器可另外包括置于外殼中的第一電互連。電容傳感器可另外包括用于將第一板上的第二導(dǎo)電層連接到第一電互連的第二電互連。電容傳感器可另外包括用于將膜片上的第一導(dǎo)電層連接到第一電互連的第三電互連。電容可代表壓力。電容可代表腔體和外殼外部之間的壓力差。電容傳感器可另外包括置于膜片上的用于響應(yīng)于加速度而改變膜片相對(duì)于板的位置的檢測(cè)質(zhì)量。第二導(dǎo)電層可以包括用于減小第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的間隔距離的導(dǎo)電間隔件。電容可以隨著響應(yīng)于外力膜片相對(duì)于板的位置而改變。電容傳感器可另外包括腔體內(nèi)的第二板。第二板可以包括電氣子系統(tǒng)。電氣子系統(tǒng)可以將電容轉(zhuǎn)換為一個(gè)或多個(gè)電信號(hào)。電氣子系統(tǒng)可以測(cè)量電容。電氣子系統(tǒng)可包括用于發(fā)送代表電容的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的發(fā)射機(jī)。電傳感器可另外包括響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的天線。電容傳感器可以另外包括用于接收啟動(dòng)信號(hào)的接收機(jī)。電氣子系統(tǒng)可測(cè)量子系統(tǒng)附近的溫度。電氣子系統(tǒng)可發(fā)送一個(gè)或多個(gè)代表溫度的信號(hào)。電氣子系統(tǒng)可管理電氣子系統(tǒng)的功耗。電氣子系統(tǒng)可包括用于允許子系統(tǒng)將被外部詢問(wèn)的詢問(wèn)裝置。電氣子系統(tǒng)可接收外部命令以管理系統(tǒng)的功耗。第二板可包括一個(gè)或多個(gè)傳感器。一個(gè)或多個(gè)傳感器可選自包括加速度傳感器、溫度傳感器以及運(yùn)動(dòng)傳感器的組。第一板和/或第二板可以包括用于發(fā)送一個(gè)或多個(gè)傳感器的一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)的發(fā)送裝置。第二板可以置于第一板的頂面。第二板可以與第一板橫向分隔。電容傳感器可另外包括形成與第一板分隔的一部分腔體的第二膜片。電容傳感器可另外包括第二膜片上的第三導(dǎo)電層。電容傳感器可另外包括第一板上的第四導(dǎo)電層，第三和第四導(dǎo)電層是第二電容器的電極，該電容器的電容隨著第二膜片相對(duì)于第一板的位置而改變。電容傳感器可另外包括具有第四導(dǎo)電層的第二板和具有第三導(dǎo)電層、形成部分腔體、與第二板分隔的第二膜片。第二板上的第四導(dǎo)電層和第二膜片上的第三導(dǎo)電層可以形成第二電容器，該第二電容器的電容隨著第二膜片相對(duì)于第二板的位置而改變。第一膜片可以置于外殼的頂面附近，而第二膜片可以位于外殼的底面附近。第一和第二膜片可以在外殼上橫向隔開(kāi)。第一膜片和第一板可以位于外殼的頂面附近，第二膜片和第二板可以位于外殼的底面附近。第一板和第一膜片以及第二板和第二膜片可以在外殼內(nèi)橫向隔開(kāi)。每個(gè)第一和第二膜片可以遭受不同的壓力，使得第一電容器的電容代表腔體和施加到第一膜片的壓力之間的壓力差，而第二電容器的電容代表腔體和施加到第二膜片的壓力之間的壓力差。每個(gè)膜片可以遭受不同的壓力，使得第一電容器的電容代表腔體和施加到第一膜片的壓力之間的壓力差，而第二電容器的電容代表腔體和施加到第二膜片的壓力之間的壓力差。第一電容器的電容和第二電容器的電容可以相減以確定壓力差。第一電容器的電容和第二電容器的電容可以相減以確定壓力差。
本發(fā)明的特征還在于一種電容傳感器，其包括具有密封腔體的外殼，腔體中的板，形成一部分腔體并與板隔開(kāi)的導(dǎo)電膜片，以及板上的導(dǎo)電層，導(dǎo)電膜片和板上的導(dǎo)電層是電容器的電極，該電容器的電容隨著膜片相對(duì)于板的位置而變化。
本發(fā)明的特征還在于一種電容傳感器，其包括具有密封腔體的外殼，腔體中的導(dǎo)電板，形成一部分腔體并與導(dǎo)電板隔開(kāi)的膜片，以及膜片上的導(dǎo)電層，膜片上的導(dǎo)電層和導(dǎo)電板是電容器的電極，該電容器的電容隨著膜片相對(duì)于板的位置而變化。
本發(fā)明的特征還在于一種電容傳感器，其包括具有密封腔體的外殼，腔體中的導(dǎo)電板，形成一部分腔體并與導(dǎo)電板隔開(kāi)的導(dǎo)電膜片，導(dǎo)電膜片和導(dǎo)電板是電容器的電極，該電容器的電容隨著膜片相對(duì)于板的位置而變化。
本發(fā)明的特征還在于一種電容傳感器，其包括具有密封腔體的外殼，腔體中的板，形成一部分腔體并與板隔開(kāi)的膜片，膜片上的第一導(dǎo)電層，以及板上的第二導(dǎo)電層，第一和第二導(dǎo)電層是電容器的電極，該電容器的電容隨著響應(yīng)于外力膜片相對(duì)于板的位置而變化。
本發(fā)明的特征還在于一種電容傳感器，其包括具有密封腔體的外殼，腔體中的多個(gè)板，形成一部分腔體并與多個(gè)板隔開(kāi)的膜片，膜片上的第一導(dǎo)電層，以及多個(gè)板上的一個(gè)或多個(gè)第二導(dǎo)電層，第一導(dǎo)電層和一個(gè)或多個(gè)第二導(dǎo)電層是一個(gè)或多個(gè)電容器的電極，該一個(gè)或多個(gè)電容器的電容隨著膜片相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)板的位置而變化。
本發(fā)明的特征還在于一種電容傳感器，其包括具有密封腔體的外殼，腔體中的板，形成一部分腔體并與板隔開(kāi)的多個(gè)膜片，多個(gè)膜片上的一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電層，以及板上的一個(gè)或多個(gè)第二導(dǎo)電層，一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層是一個(gè)或多個(gè)電容器的電極，該一個(gè)或多個(gè)電容器的電容隨著多個(gè)膜片相對(duì)于板的位置而變化。
本發(fā)明的特征還在于一種電容傳感器，其包括具有密封腔體的外殼，腔體中的多個(gè)板，形成一部分腔體并與多個(gè)板隔開(kāi)的多個(gè)膜片，多個(gè)膜片上的一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電層，以及多個(gè)板上的一個(gè)或多個(gè)第二導(dǎo)電層，一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電層和一個(gè)或多個(gè)第二導(dǎo)電層是一個(gè)或多個(gè)電容器的電極，該一個(gè)或多個(gè)電容器的電容隨著多個(gè)膜片相對(duì)于多個(gè)板的位置而變化。
本發(fā)明的特征還在于一種電容壓力監(jiān)測(cè)傳感器系統(tǒng)，其包括具有密封腔體的外殼，腔體中的集成電路管芯，形成一部分腔體并與集成電路管芯隔開(kāi)的膜片，膜片上的第一導(dǎo)電層，管芯上的第二導(dǎo)電層，第一和第二導(dǎo)電層是電容器的電極，該電容器的電容隨著膜片相對(duì)于管芯的位置而變化以確定壓力，以及管芯上的信號(hào)調(diào)節(jié)電路用于將電容轉(zhuǎn)換為代表壓力的電信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施例中，管芯可以包括用于無(wú)線傳送代表壓力的信號(hào)的裝置。該系統(tǒng)可以安裝于車胎內(nèi)以測(cè)量胎內(nèi)壓力。
本發(fā)明的特征還在于一種電容傳感器，其包括具有密封腔體的外殼，腔體中的板，形成一部分腔體并與板隔開(kāi)的膜片，膜片上的第一導(dǎo)電層，板上的第二導(dǎo)電層，第一和第二導(dǎo)電層是電容器的電極，該電容器的電容隨著膜片相對(duì)于板的位置而變化，以及膜片上設(shè)置檢測(cè)質(zhì)量，其中可以通過(guò)檢測(cè)質(zhì)量的存在而放大膜片響應(yīng)于所施加力的位置變化以提高該傳感器的靈敏度。
在一個(gè)實(shí)施例中，所施加的力可能是由于加速度。所施加的力可能是離心力。
本發(fā)明的特征還在于一種制造電容傳感器的方法，該方法包括提供一種具有密封腔體的外殼，利用與板隔開(kāi)的膜片形成腔體的外殼的一部分，在膜片上形成第一導(dǎo)電層，在板上形成第二導(dǎo)電層，第一和第二導(dǎo)電層是電容器的電極，該電容器的電容隨著膜片相對(duì)于板的位置而變化，將板置于腔體內(nèi)，并且密封腔體。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法可以另外包括在膜片上設(shè)置檢測(cè)質(zhì)量的步驟。
本發(fā)明還涉及一種測(cè)量外力的方法，該方法包括將待測(cè)量的力暴露于與密封腔體中的具有第二導(dǎo)電層的板隔開(kāi)的具有第一導(dǎo)電層的膜片，以及測(cè)量由于膜片的第一導(dǎo)電層相對(duì)于板上的第二導(dǎo)電層的位置的電容，該電容可以代表施加到膜片上的力。
在一個(gè)實(shí)施例中，該力可包括壓力，該力可包括加速度。


通過(guò)下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例和附圖的說(shuō)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到其他目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是使用用于壓力傳感器的密封腔體和用于電子電路的另一獨(dú)立腔體的現(xiàn)有技術(shù)壓力傳感器的原理側(cè)視圖；圖2是本發(fā)明的電容傳感器的一個(gè)實(shí)施例的原理側(cè)視圖；圖3A～3D是表示圖2所示的導(dǎo)電層的各個(gè)實(shí)施例的原理頂視圖；圖4是本發(fā)明的電容傳感器的另一個(gè)實(shí)施例的原理側(cè)視圖；圖5是表示置于外殼的底面上的膜片的一個(gè)例子的本發(fā)明的電容傳感器的另一個(gè)實(shí)施例的原理側(cè)視圖；圖6是使用導(dǎo)電間隔件以降低板上的導(dǎo)電層和膜片上的導(dǎo)電層之間的間隙距離的圖5所示的電容傳感器的原理側(cè)視圖；圖7是使用用于測(cè)量壓力差的每個(gè)具有導(dǎo)電層的兩個(gè)膜片以及具有兩個(gè)導(dǎo)電層的板的本發(fā)明的電容傳感器的另一實(shí)施例的原理側(cè)視圖；圖8是使用用于測(cè)量壓力差的每個(gè)具有導(dǎo)電層的兩個(gè)膜片以及每個(gè)具有導(dǎo)電層的兩個(gè)板的本發(fā)明的電容傳感器的另一實(shí)施例的原理側(cè)視圖；圖9是圖8所示的電容傳感器的其它實(shí)施例的原理側(cè)視圖；圖10是圖5所示的具有置于包括電氣子系統(tǒng)的腔體中的第二板的電容傳感器的另一實(shí)施例的原理側(cè)視圖；圖11是圖10所示的表示第一板上堆疊的第二板的一個(gè)例子的電容傳感器的另一實(shí)施例的原理側(cè)視圖；圖12是表示電氣子系統(tǒng)的各種功能的一個(gè)例子的原理框圖，該電氣子系統(tǒng)可以包含在本發(fā)明的電容傳感器的一個(gè)或多個(gè)板上；圖13A是使用電感器來(lái)形成諧振電路的本發(fā)明的電容傳感器的另一實(shí)施例的原理側(cè)視圖；圖13B是圖13A所示的電感器的原理頂視圖；圖14是用作加速度計(jì)的本發(fā)明的基于電容的傳感器的原理框圖；圖15是用于制造本發(fā)明的電容傳感器的方法的一個(gè)例子的框圖。
具體實(shí)施例方式
除了下面公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施例之外，本發(fā)明還能以各種各樣的方式實(shí)施或執(zhí)行其它實(shí)施例。因此應(yīng)該理解，本發(fā)明并不局限于其對(duì)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)的應(yīng)用，以及在以下的說(shuō)明書中描述的或在附圖中示意的各種組件的排列。
如上述的背景部分所說(shuō)明的，常規(guī)電容式壓力傳感器，如常規(guī)電容式壓力傳感器10(圖1)，如同在前面引用的日本專利申請(qǐng)No.2002039893中所公開(kāi)的，克服了與影響密封腔體18的電容電極的污染物有關(guān)的問(wèn)題。密封腔體18包括電容電極板20和22，其形成密封腔體18內(nèi)的電容測(cè)量裝置。電容壓力傳感器10還包括容納管芯14的腔體12。傳感器10還包含連接導(dǎo)線24和26，用于將電容電極板20和22互連到管芯14。結(jié)果，導(dǎo)致一種非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)，難于制造而且造價(jià)昂貴。
相反，本發(fā)明的電容傳感器30(圖2)包括包含密封腔體36的外殼32，板38置于密封腔體36內(nèi)。板38可包含如以下詳細(xì)描述的電氣子系統(tǒng)或可以是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的集成電路管芯或印刷電路板或類似裝置。膜片40形成腔體36的一部分，并且與板38隔開(kāi)。膜片40包括導(dǎo)電層42，而板38包括導(dǎo)電層44，它們一起形成電容器45的電極，電容器45的電容隨著膜片40相對(duì)于板38的位置而變化，如箭頭46所示。在一個(gè)實(shí)例中，從外部壓力P(在50指示)如箭頭52所示，可能發(fā)生在其上具有導(dǎo)電層42的膜片40相對(duì)于具有導(dǎo)電層44的板38的位置變化，其使膜片朝向板38彎曲并且改變電容器45的電容。
利用密封腔體36內(nèi)的板38上的導(dǎo)電層44以及膜片40上的導(dǎo)電層42來(lái)形成電容器45的電極無(wú)需獨(dú)立的密封腔體用于壓力傳感器，以及無(wú)需另一獨(dú)立的腔體來(lái)容納現(xiàn)有技術(shù)中找到的集成電路管芯。結(jié)果導(dǎo)致一種健壯的電容傳感器，其可用于各種各樣的壓力傳感器應(yīng)用中，例如輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng)、高度計(jì)、工業(yè)處理壓力傳感器、引擎管理系統(tǒng)傳感器等等，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單并且容易制造。電容傳感器30使用比背景技術(shù)部分所述的壓阻設(shè)計(jì)更低的功率，并且更適合于電池供電的應(yīng)用。此外，電容傳感器30能夠?qū)箰毫迎h(huán)境。
外殼32可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的陶瓷、金屬、塑料或類似材料。導(dǎo)電層42可以置于膜片40的底面41上，置于膜片40之內(nèi)，如43所示，或置于膜片40的頂面51上。在一種設(shè)計(jì)中，膜片40被置于接近以下所說(shuō)明的外殼32的頂面48。膜片40也可被置于接近外殼32的底面33或側(cè)面35。導(dǎo)電層44可置于板38的頂面49上，或在其它設(shè)計(jì)中，導(dǎo)電層44可置于板38的底面47或側(cè)面90上，或嵌入板38中。導(dǎo)電層42和44通?？砂▽?dǎo)電材料，例如金屬合金或類似材料。
膜片40也可配置作為獨(dú)立連附的蓋子，如短劃線60和62所示，通過(guò)將蓋子焊接到外殼32內(nèi)的金屬觸點(diǎn)61和63而連附到外殼32。在其它設(shè)計(jì)中，可以利用焊接將蓋子連附到外殼32。作為選擇，可以使用粘接材料或玻璃以將蓋子連附到外殼32。膜片40可類似地包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的陶瓷、金屬、塑料或類似材料，而且可由不同于外殼32的材料組成。
膜片40還可由導(dǎo)電材料組成，而不是在其上設(shè)置導(dǎo)電層42。在本例中，導(dǎo)電膜片40和板38上的導(dǎo)電層44形成電容器45的電極。
第一導(dǎo)電層42和第二導(dǎo)電層44通常設(shè)置在膜片40和板38的表面的大部分，如圖3A的部分53所示。導(dǎo)電層42和44可置于膜片40和板38的子部分之上，如圖3B的部分55所示。導(dǎo)電層42和44可包括導(dǎo)電材料的網(wǎng)格，如圖3C的導(dǎo)電材料的網(wǎng)格57所示，以形成電極。導(dǎo)電層42和44可包括導(dǎo)電材料的固體層75(圖3D)，其可包括或不包括具有各種形狀的隔開(kāi)的小孔，例如65、67、69和71。
圖2的電互連68，例如電導(dǎo)線，可以用電互連74連接到導(dǎo)電層44以提供與外部裝置的連接。到導(dǎo)電層42的導(dǎo)電路徑可以具有電互連92和附加的電互連(例如導(dǎo)電材料)93，以允許從層44經(jīng)由電互連72電連接到板38或用電互連70電連接到外部裝置。
由于電容傳感器30的靈敏度與膜片40上的導(dǎo)電層42和板38上的導(dǎo)電層44之間的間隙距離39成反比，因此減小間隙距離39提高了傳感器30的靈敏度。使用電互連72和74連接到板38的一個(gè)缺點(diǎn)是電互連72和74的高度對(duì)間隙距離39設(shè)置了下限。本發(fā)明的圖4的電容傳感器30’(其中相同的部件給予相同的標(biāo)記)示出了用于將板38連接到電互連68和70的可選設(shè)計(jì)。在本實(shí)施例中，電互連68和70在板38之下伸展，并且通過(guò)粘結(jié)劑96和97(例如，焊錫或類似材料的粘結(jié)劑)粘結(jié)到金屬焊盤94和95，以提供導(dǎo)線68和70到板38的電連接。由此通過(guò)電互連98提供了從膜片40上的導(dǎo)電層44到板38上的金屬焊盤95的導(dǎo)電通路。通過(guò)去除如圖2所示的電互連72和74，間隙距離39(圖4)被大大減小，并且進(jìn)行必要的限制以避免導(dǎo)電層42和44之間的電接觸。如果導(dǎo)電層42和導(dǎo)電層44包括絕緣涂層(未示出)，膜片40在某些操作條件下可以接觸板38。
本發(fā)明的圖5中的電容傳感器30”(其中相同的部件給予相同的標(biāo)記)包括包含有上述的密封腔體36的外殼32。板38置于密封腔體36內(nèi)。在此實(shí)施例中，導(dǎo)電層44置于板38底面47上。膜片40構(gòu)成密封腔體36的一部分并且與板38分隔。在此設(shè)計(jì)中，膜片40設(shè)置得接近于外殼32的基底107的內(nèi)部或底表面105，并且包括設(shè)置于膜片40的頂面35上的導(dǎo)電層42。膜片40還可設(shè)置得接近外殼32的基底107的外表面81，如短劃線104所示，導(dǎo)電層也可以置于膜片40的頂面35和底面37兩者上。例如，導(dǎo)電層106可位于膜片40的底面37上，而導(dǎo)電層42可位于膜片40的頂面35上。利用膜片40的頂面35和底面37上的兩個(gè)導(dǎo)電層42和106導(dǎo)致一種對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其使膜片40中的應(yīng)力最小。導(dǎo)電層106也可與固定電壓(未示出)電連接，以用作保護(hù)膜片40上的導(dǎo)電層42和板38上的導(dǎo)電層44不受不想要的電信號(hào)影響的電屏蔽。板38可以被焊接到外殼32上，如54和56所示。與以上所述類似的是，導(dǎo)電層42和44形成電容器45的電極，電容器45的電容隨著膜片40相對(duì)于板38的位置變化而改變，如箭頭46所示。外殼32也可通過(guò)在101和103所示的位置上的焊接或熔接連附到附加的襯底83(例如，印刷線路板)。襯底83通常與外殼分隔，如間隙距離99所示，以允許空氣、氣體和/或流體從膜片40附近流過(guò)，如箭頭109和111所示。
圖6中的電容傳感器30(在此相同的部件給予相同的標(biāo)記)可包括導(dǎo)電盤65，其減小了板38上的導(dǎo)電層44和膜片40上的導(dǎo)電層42之間的間隙距離39。減小間隙距離39提高了系統(tǒng)30的靈敏度，同時(shí)僅對(duì)膜片40的剛性有最小的影響。
本發(fā)明的電容傳感器可包括置于腔體中的多個(gè)板，該腔體具有作為一個(gè)或多個(gè)電容器的電極的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層。在其它設(shè)計(jì)中，多個(gè)膜片可以形成部分腔體，并且包括限定一個(gè)或多個(gè)電容器的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層。在其它例子中，具有一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層的多個(gè)板和具有一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層的多個(gè)膜片均可形成一個(gè)或多個(gè)電容器的電極。以下說(shuō)明這些實(shí)施例的各例子。
本發(fā)明的圖7的電容傳感器30IV(其中相同的部件給予相同的標(biāo)記)包括兩個(gè)膜片，其用于測(cè)量?jī)煞N物理效果，例如同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同的壓力。電容傳感器30IV包括上述的具有導(dǎo)電層42(以及可選的導(dǎo)電層106)的膜片40，其響應(yīng)第一壓力(P1)，如箭頭52所示，引起膜片40上的導(dǎo)電層42和板38上的導(dǎo)電層44之間的電容45的變化。電容傳感器30IV還包括其上具有導(dǎo)電層142的第二膜片140，導(dǎo)電層142形成腔體36的一部分。附加導(dǎo)電層144置于板38頂面160上。類似的，膜片140的導(dǎo)電層142和板38的頂面160上的導(dǎo)電層144形成第二電容器145，其電容隨膜片140的位置變化而變化，如箭頭146所示，例如膜片140響應(yīng)于壓力150(P2)而變形，如箭頭152所示。外殼132還包括用于便于施加壓力50(P1)和150(P2)的接入組件133和134。電容傳感器30IV用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的壓力，例如壓力50(P1)和壓力150(P2)，用于計(jì)算壓力50(P1)和壓力150(P2)之間的差壓，其在自動(dòng)質(zhì)量氣流傳感器等中可用于HVAC系統(tǒng)中的流量測(cè)量。
本發(fā)明的圖8的電容傳感器30V(其中相同的部件給予相同的標(biāo)記)包括兩個(gè)膜片40和140以及兩個(gè)板38和138。在此設(shè)計(jì)中，導(dǎo)電層42位于膜片40上，膜片40位于接近外殼32的下表面33，而導(dǎo)電層142位于膜片140上，膜片140位于接近外殼32的上表面48。導(dǎo)電層44位于接近板38的底面147，而導(dǎo)電層144位于接近板138的頂面224。板138上的導(dǎo)電層144和膜片140上的導(dǎo)電層142形成電容器145的電極。電容器145的電容隨著膜片140相對(duì)于板138的位置變化而變化。如上所述，電容器45由膜片40上的導(dǎo)電層42和板38的底面147上的導(dǎo)電層44形成。具有各自構(gòu)成獨(dú)立的電容器45和145的兩塊板38和138以及兩個(gè)膜片40和140允許獨(dú)立改變電容器45和145的間隙距離39和226，這就提供了對(duì)每個(gè)電容器45和145的靈敏度的獨(dú)立控制。
圖9的電容傳感器30VI(在此相同的部件給予相同的標(biāo)記)示出了圖8的電容傳感器30V的另一實(shí)施例，其包括分別具有導(dǎo)電層42和142的兩個(gè)膜片40和140，以及在底面147和228上分別設(shè)置具有導(dǎo)電層44和144的兩塊板38和138，它們橫向分隔以允許在某些應(yīng)用中更容易地安裝板38和138。
圖10的本發(fā)明的電容傳感器30VII(在此相同的部件給予相同的標(biāo)記)包括具有導(dǎo)電層42的單個(gè)膜片40和兩塊板38和238。在本例中，板38包括導(dǎo)電層42并且與導(dǎo)電層44形成電容器45。板238被封裝在外殼32內(nèi)并可包含電氣子系統(tǒng)以處理來(lái)自電容器45的電容信號(hào)(以下說(shuō)明)。板238也可包括其它傳感器，如溫度傳感器或加速度計(jì)。如圖10所示，板238可以與板38橫向隔開(kāi)，或者與置于板38之上的板238如圖11所示，或者與置于板38之下的板238(未示出)處于堆疊結(jié)構(gòu)，或者處于由本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它結(jié)構(gòu)。
上面參考圖2和圖4～11所述的板38和/或板138可包括容納導(dǎo)電層44的任何材料，以連同導(dǎo)電層42形成電容器45，或者包括容納導(dǎo)電層144的任何材料，以連同導(dǎo)電層142形成電容器145。這種材料可包括硅、陶瓷、玻璃、石英、塑料以及金屬。在一種設(shè)計(jì)中，膜片40和/或膜片140可基本上由金屬組成，并用作導(dǎo)電層，無(wú)需諸如導(dǎo)電層42和/或?qū)щ妼?42的外在的導(dǎo)電層。板38和/或板138可以基本上由金屬組成并用作導(dǎo)電層，無(wú)需諸如導(dǎo)電層44和/或?qū)щ妼?44的外在的導(dǎo)電層。板38和/或板138也可是電子工業(yè)中通常使用的印刷電路板，并可包括銅和環(huán)氧樹脂或陶瓷。板38和/或板138也可是集成電路管芯。板38和/或板138可包含電氣子系統(tǒng)，例如電路和/或電子元件。
例如，上面的圖2和圖4～11所示的板38和/或板138可包括電氣子系統(tǒng)300(圖12)，其提供用于電容傳感器30的接口以發(fā)送所測(cè)量的壓力數(shù)據(jù)，從而允許遠(yuǎn)程監(jiān)視，如用于胎壓監(jiān)視應(yīng)用。電氣子系統(tǒng)300可將電容傳感器30(上述的圖2和圖4～11)的電容45和/或145所產(chǎn)生的線路302上的電容信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并提供電容的測(cè)量值，如圖12的方塊304所示。電氣子系統(tǒng)300可利用例如發(fā)射機(jī)306將所測(cè)量的電容通過(guò)天線308經(jīng)射頻手段發(fā)送到遠(yuǎn)程位置，天線308可以在電容傳感器30內(nèi)部或外部。電氣子系統(tǒng)300可以執(zhí)行功率管理功能，如方塊310所示，以激活和去激活電氣子系統(tǒng)300的各個(gè)組件，從而使電池供電的應(yīng)用中的功率消耗最小，電池壽命最長(zhǎng)。功率管理可以是通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器的312的自控或響應(yīng)于來(lái)自用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的加速度計(jì)318的啟動(dòng)信號(hào)或響應(yīng)于通過(guò)天線314和接收機(jī)316經(jīng)無(wú)線鏈路接收的啟動(dòng)信號(hào)。天線314可以是與天線308共用的功能，并且接收機(jī)316可以與發(fā)射機(jī)306組合作為收發(fā)信機(jī)電路。電氣子系統(tǒng)300也可以用諸如硅溫度傳感器的裝置來(lái)測(cè)量溫度，如方塊320所示。線路322上的溫度信號(hào)表示電氣子系統(tǒng)300附近的溫度，并可利用上述的發(fā)送技術(shù)用天線308發(fā)送到遠(yuǎn)程位置，或可被電氣子系統(tǒng)300用于校正上述本發(fā)明的電容傳感器的溫度變化。線路324上的信號(hào)表示加速度，也可利用天線308發(fā)送到上述的遠(yuǎn)程位置，而且可用于胎壓監(jiān)視系統(tǒng)以通過(guò)使加速度信息與來(lái)自汽車的反鎖制動(dòng)系統(tǒng)中的輪速傳感器的速度信息相關(guān)來(lái)識(shí)別傳送輪。電氣子系統(tǒng)300所執(zhí)行的各種功能，例如轉(zhuǎn)換和測(cè)量電容、傳送、功率管理、溫度測(cè)量等等，可以通過(guò)利用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的電子和/或電氣電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的圖13A的電容傳感器30VIII(其中相同的部件給予相同的標(biāo)記)包括置于板38上的電感器350。電感器350可形成圖13B中的線圈352。圖13A中的電感器350也可以置于外殼32上或者外殼32、板38或膜片40之內(nèi)或之上的任何其它適當(dāng)位置。電感器350可以經(jīng)由電互連354與導(dǎo)電層44相連，以及經(jīng)由電互連356與導(dǎo)電層42相連，以與電容器45形成諧振電路，使得諧振頻率取決于膜片40的變形。諧振頻率還可以接著通過(guò)從遠(yuǎn)程收發(fā)信機(jī)(未示出)發(fā)送單音而被遠(yuǎn)程測(cè)量。如果該單音處于諧振頻率，則諧振電路將在停止發(fā)送該單音之后繼續(xù)響鈴(但是衰變)。這種響鈴將使得電容傳感器30VIII重發(fā)該單音，該單音然后被遠(yuǎn)程收發(fā)信機(jī)拾取。作為選擇，遠(yuǎn)程電路可以只是發(fā)射機(jī)，其發(fā)射頻率可變并且能夠監(jiān)視發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率。發(fā)射功率將在對(duì)應(yīng)于電容傳感器30VIII的諧振頻率的發(fā)射頻率處出現(xiàn)峰值，以允許通過(guò)詢問(wèn)電容傳感器30VIII來(lái)檢測(cè)代表電容45的信號(hào)，而實(shí)際上并不發(fā)送任何信號(hào)。
本發(fā)明的圖14的電容傳感器30IX(其中相同的部件給予相同的標(biāo)記)包括設(shè)置在膜片40上的檢測(cè)質(zhì)量(proof mass)120，用于在當(dāng)電容傳感器30IX經(jīng)受由箭頭128所指示的方向上的加速時(shí)引入膜片40內(nèi)的變形。檢測(cè)質(zhì)量120上的加速改變了膜片40上的第一導(dǎo)電層42和板38上的第二導(dǎo)電層44之間的距離，如箭頭46所示，以測(cè)量代表加速度變化的電容變化。
本發(fā)明的特征還在于一種用于制造基于電容的傳感器的方法，包括下列步驟提供具有密封腔體的外殼(步驟400，圖15)；形成膜片作為與板隔開(kāi)的腔體的一部分(步驟402)。在膜片上形成第一導(dǎo)電層(步驟404)。在板上形成第二導(dǎo)電層(步驟406)，并將該板置于腔體內(nèi)(步驟408)。然后密封該腔體(步驟410)。第一和第二導(dǎo)電層形成電容器的電極，該電容器的電極隨著膜片相對(duì)于板的位置變化而變化。雖然如圖15所示，步驟400～410是以所示的順序執(zhí)行，但這對(duì)于本發(fā)明不是一個(gè)必要的限制，因?yàn)檫@些步驟可以以本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何順序執(zhí)行。
雖然已經(jīng)在一些附圖中但沒(méi)有在其它附圖中示意本發(fā)明的特定特征，但這僅僅是為了方便起見(jiàn)，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明每個(gè)特征都可以與其它特征中的任何一個(gè)或所有特征結(jié)合。在此使用的單詞“包含”、“包括”、“具有”、“帶有”取其廣義和詳盡解釋，并不局限于任何物理互連。此外，在本申請(qǐng)中公開(kāi)的任何實(shí)施例都不認(rèn)為是唯一可能的實(shí)施例。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)想到其它實(shí)施例，這些實(shí)施例在以下的權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電容傳感器，包括具有密封腔體的外殼；所述腔體中的第一板；形成所述腔體的一部分并與所述第一板分隔的第一膜片；所述第一膜片上的第一導(dǎo)電層；以及所述第一板上的第二導(dǎo)電層，所述第一和第二導(dǎo)電層是電容器的電極，電容器的電容隨著所述第一膜片相對(duì)于所述第一板的位置而變化。
2.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一膜片置于所述外殼的頂面附近。
3.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一膜片置于所述第一外殼的底面附近。
4.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一膜片置于所述外殼的側(cè)面附近。
5.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第二導(dǎo)電層置于所述第一板的頂面附近。
6.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第二導(dǎo)電層置于所述第一板的底面附近。
7.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第二導(dǎo)電層置于所述第一板的側(cè)面附近。
8.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述外殼包括選自包括陶瓷、塑料、金屬或它們的任意組合的組的材料。
9.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一板包括集成電路管芯。
10.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一板包括印刷電路板。
11.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一導(dǎo)電層被嵌入所述第一膜片中。
12.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第二導(dǎo)電層被嵌入所述第一板中。
13.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一導(dǎo)電層置于所述第一膜片的外表面上。
14.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一導(dǎo)電層置于所述第一膜片的內(nèi)表面上。
15.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一導(dǎo)電層置于所述第一膜片的一部分上。
16.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第二導(dǎo)電層置于所述第一板的一部分上。
17.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述外殼包括獨(dú)立附著的蓋。
18.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述膜片是獨(dú)立附著的蓋。
19.權(quán)利要求18所述的電容傳感器，其中所述膜片包括選自包括陶瓷、塑料、金屬或它們的任意組合物的組的材料。
20.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述膜片由不同于所述外殼的材料組成。
21.權(quán)利要求18所述的電容傳感器，其中通過(guò)將所述蓋釬焊到融入所述外殼內(nèi)的金屬層，將所述蓋附著到所述外殼。
22.權(quán)利要求18所述的電容傳感器，其中通過(guò)將所述蓋焊接到融入所述外殼內(nèi)的金屬層，將所述蓋附著到所述外殼。
23.權(quán)利要求18所述的電容傳感器，其中利用粘合材料將所述蓋附著到所述外殼。
24.權(quán)利要求18所述的電容傳感器，其中利用玻璃將所述蓋附著到所述外殼。
25.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一導(dǎo)電層包括用于形成所述電極的所述導(dǎo)電材料的網(wǎng)格。
26.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一導(dǎo)電層包括用于形成所述電極的導(dǎo)電材料的固體層。
27.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一導(dǎo)電層包括其中有隔開(kāi)的小孔的導(dǎo)電材料的固體層。
28.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第二導(dǎo)電層包括用于形成所述電極的所述導(dǎo)電材料的網(wǎng)格。
29.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第二導(dǎo)電層包括用于形成所述電極的導(dǎo)電材料的固體層。
30.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第二導(dǎo)電層包括其中有隔開(kāi)的小孔的導(dǎo)電材料的固體層。
31.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一板包括選自包括硅、陶瓷、玻璃、石英、塑料、環(huán)氧樹脂以及金屬的組的材料。
32.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一板包括電氣子系統(tǒng)。
33.權(quán)利要求32所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)將所述電容轉(zhuǎn)換為一個(gè)或多個(gè)電信號(hào)。
34.權(quán)利要求32所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)測(cè)量所述電容。
35.權(quán)利要求32所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)包括用于發(fā)送代表所述電容的所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的發(fā)射機(jī)。
36.權(quán)利要求35所述的電容傳感器，還包括響應(yīng)所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的天線。
37.權(quán)利要求32所述的電容傳感器，還包括用于接收啟動(dòng)信號(hào)的接收機(jī)。
38.權(quán)利要求32所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)測(cè)量所述子系統(tǒng)附近的溫度。
39.權(quán)利要求38所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)發(fā)送代表所述溫度的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)。
40.權(quán)利要求32所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)管理所述電氣子系統(tǒng)的功耗。
41.權(quán)利要求32所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)包括用于允許所述子系統(tǒng)將被外部詢問(wèn)的詢問(wèn)裝置。
42.權(quán)利要求32所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)接收外部命令以管理所述子系統(tǒng)的功耗。
43.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，還包括與由所述第一和第二導(dǎo)電層形成的所述電容器結(jié)合以形成諧振電路的電感器。
44.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第一板包括一個(gè)或多個(gè)傳感器。
45.權(quán)利要求44所述的電容傳感器，其中所述一個(gè)或多個(gè)傳感器選自包括加速度傳感器、溫度傳感器以及運(yùn)動(dòng)傳感器的組。
46.權(quán)利要求45所述的電容傳感器，其中所述第一板還包括用于發(fā)送所述一個(gè)或多個(gè)傳感器的一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)的發(fā)送裝置。
47.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，還包括置于所述外殼中的第一電互連。
48.權(quán)利要求47所述的電容傳感器，還包括用于將所述第一板上的所述第二導(dǎo)電層連接到所述第一電互連的第二電互連。
49.權(quán)利要求48所述的電容傳感器，還包括用于將所述膜片上的所述第一導(dǎo)電層連接到所述第一電互連的第三電互連。
50.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中電容代表壓力。
51.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述電容代表所述腔體和所述外殼的外部之間的壓力差。
52.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，還包括置于所述膜片上的檢測(cè)質(zhì)量，用于響應(yīng)于加速度而改變所述膜片相對(duì)于所述板的位置。
53.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中所述第二導(dǎo)電層包括導(dǎo)電間隔件，用于減小所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層之間的間隔距離。
54.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，其中響應(yīng)于外力，所述電容隨著所述膜片相對(duì)于所述板的所述位置而改變。
55.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，還包括所述腔體內(nèi)的第二板。
56.權(quán)利要求55所述的電容傳感器，其中所述第二板包括電氣子系統(tǒng)。
57.權(quán)利要求56所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)將所述電容轉(zhuǎn)換為一個(gè)或多個(gè)電信號(hào)。
58.權(quán)利要求56所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)測(cè)量所述電容。
59.權(quán)利要求56所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)包括用于發(fā)送代表所述電容的所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的發(fā)射機(jī)。
60.權(quán)利要求59所述的電容傳感器，還包括響應(yīng)于所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的天線。
61.權(quán)利要求56所述的電容傳感器，還包括用于接收啟動(dòng)信號(hào)的接收機(jī)。
62.權(quán)利要求56所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)測(cè)量所述子系統(tǒng)附近的溫度。
63.權(quán)利要求62所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)發(fā)送代表所述溫度的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)。
64.權(quán)利要求56所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)管理所述電氣子系統(tǒng)的功耗。
65.權(quán)利要求56所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)包括用于允許所述子系統(tǒng)將被外部詢問(wèn)的詢問(wèn)裝置。
66.權(quán)利要求56所述的電容傳感器，其中所述電氣子系統(tǒng)接收外部命令以管理所述子系統(tǒng)的功耗。
67.權(quán)利要求55所述的電容傳感器，其中所述第二板包括一個(gè)或多個(gè)傳感器。
68.權(quán)利要求67所述的電容傳感器，其中所述一個(gè)或多個(gè)傳感器選自包括加速度傳感器、溫度傳感器以及運(yùn)動(dòng)傳感器的組。
69.權(quán)利要求68所述的電容傳感器，其中所述第一板和/或所述第二板還包括用于發(fā)送所述一個(gè)或多個(gè)傳感器的一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)的發(fā)送裝置。
70.權(quán)利要求55所述的電容傳感器，其中所述第二板置于所述第一板的頂面上。
71.權(quán)利要求55所述的電容傳感器，其中所述第二板與所述第一板橫向分隔。
72.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，還包括形成與所述第一板分隔的部分所述腔體的第二膜片。
73.權(quán)利要求72所述的電容傳感器，還包括所述第二膜片上的第三導(dǎo)電層。
74.權(quán)利要求73所述的電容傳感器，還包括所述第一板上的第四導(dǎo)電層，所述第三和第四導(dǎo)電層是所述第二電容器的電極，該第二電容器的電容隨著所述第二膜片相對(duì)于所述第一板的位置而改變。
75.權(quán)利要求1所述的電容傳感器，還包括具有第四導(dǎo)電層的第二板和具有形成與所述第二板分隔的部分所述腔體的第三導(dǎo)電層的第二膜片。
76.權(quán)利要求75所述的電容傳感器，其中所述第二板上的所述第四導(dǎo)電層和所述第二膜片上的所述第三導(dǎo)電層形成第二電容器，該第二電容器的電容隨著所述第二膜片相對(duì)于所述第二板的位置而改變。
77.權(quán)利要求72所述的電容傳感器，其中所述第一膜片置于所述外殼的頂面附近，而所述第二膜片位于所述外殼的底面附近。
78.權(quán)利要求72所述的電容傳感器，其中所述第一和第二膜片在所述外殼上橫向隔開(kāi)。
79.權(quán)利要求75所述的電容傳感器，其中所述第一膜片和第一板位于所述外殼的頂面附近，所述第二膜片和所述第二板位于所述外殼的底面附近。
80.權(quán)利要求75所述的電容傳感器，其中所述第一板和所述第一膜片以及所述第二板和所述第二膜片在所述外殼內(nèi)橫向隔開(kāi)。
81.權(quán)利要求74所述的電容傳感器，其中每個(gè)所述第一和第二膜片可能遭受不同的壓力，使得所述第一電容器的電容代表所述腔體和施加到所述第一膜片的壓力之間的壓力差，而所述第二電容器的電容代表所述腔體和施加到所述第二膜片的壓力之間的壓力差。
82.權(quán)利要求76所述的電容傳感器，其中每個(gè)所述膜片可能遭受不同的壓力，使得所述第一電容器的電容代表所述腔體和施加到所述第一膜片的壓力之間的壓力差，而所述第二電容器的電容代表所述腔體和施加到所述第二膜片的壓力之間的壓力差。
83.權(quán)利要求81所述的電容傳感器，其中所述第一電容器的所述電容和所述第二電容器的所述電容相減以確定壓力差。
84.權(quán)利要求82所述的電容傳感器，其中所述第一電容器的所述電容和所述第二電容器的所述電容相減以確定壓力差。
85.一種電容傳感器，包括具有密封腔體的外殼；所述腔體中的板；形成一部分所述腔體并與所述板隔開(kāi)的導(dǎo)電膜片；以及所述板上的導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電膜片和所述板上的導(dǎo)電層是電容器的電極，該電容器的電容隨著所述導(dǎo)電膜片相對(duì)于所述板的位置而變化。
86.一種電容傳感器，包括具有密封腔體的外殼；所述腔體中的導(dǎo)電板；形成一部分所述腔體并與所述導(dǎo)電板隔開(kāi)的膜片；以及所述膜片上的導(dǎo)電層，所述膜片上的所述導(dǎo)電層和所述導(dǎo)電板是電容器的電極，該電容器的電容隨著所述膜片相對(duì)于所述板的位置而變化。
87.一種電容傳感器，包括具有密封腔體的外殼；所述腔體中的導(dǎo)電板；以及形成一部分所述腔體并與所述導(dǎo)電板隔開(kāi)的導(dǎo)電膜片，所述導(dǎo)電膜片和所述導(dǎo)電板是電容器的電極，該電容器的電容隨著所述膜片相對(duì)于所述板的位置而變化。
88.一種電容傳感器，包括具有密封腔體的外殼；所述腔體中的板；形成一部分所述腔體并與所述板隔開(kāi)的膜片；所述膜片上的第一導(dǎo)電層；以及所述板上的第二導(dǎo)電層，所述第一和第二導(dǎo)電層是電容器的電極，該電容器的電容隨著響應(yīng)于外力所述膜片相對(duì)于所述板的位置而變化。
89.一種電容傳感器，包括具有密封腔體的外殼；所述腔體中的多個(gè)板；形成一部分所述腔體并與所述多個(gè)板隔開(kāi)的膜片；所述膜片上的第一導(dǎo)電層；以及所述多個(gè)板上的一個(gè)或多個(gè)第二導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層和所述一個(gè)或多個(gè)第二導(dǎo)電層是一個(gè)或多個(gè)電容器的電極，該一個(gè)或多個(gè)電容器的電容隨著所述膜片相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)板的位置而變化。
90.一種電容傳感器，包括具有密封腔體的外殼；所述腔體中的板；形成一部分所述腔體并與所述板隔開(kāi)的多個(gè)膜片；所述多個(gè)膜片上的一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電層；以及所述板上的一個(gè)或多個(gè)第二導(dǎo)電層，所述一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層是一個(gè)或多個(gè)電容器的電極，該一個(gè)或多個(gè)電容器的電容隨著所述多個(gè)膜片相對(duì)于所述板的位置而變化。
91.一種電容傳感器，包括具有密封腔體的外殼；所述腔體中的多個(gè)板；形成一部分所述腔體并與所述多個(gè)板隔開(kāi)的多個(gè)膜片；所述多個(gè)膜片上的一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電層；以及所述多個(gè)板上的一個(gè)或多個(gè)第二導(dǎo)電層，所述一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電層和所述一個(gè)或多個(gè)第二導(dǎo)電層是一個(gè)或多個(gè)電容器的電極，該一個(gè)或多個(gè)電容器的電容隨著所述多個(gè)膜片相對(duì)于所述多個(gè)板的位置而變化。
92.一種電容傳感器，包括具有密封腔體的外殼；所述腔體中的集成電路管芯；形成一部分所述腔體并與所述集成電路管芯隔開(kāi)的膜片；所述膜片上的第一導(dǎo)電層；所述管芯上的第二導(dǎo)電層，所述第一和第二導(dǎo)電層是電容器的電極，該電容器的電容隨著所述膜片相對(duì)于所述管芯的位置而變化以確定壓力；以及所述管芯上的信號(hào)調(diào)節(jié)電路，用于將所述電容轉(zhuǎn)換為代表所述壓力的電信號(hào)。
93.權(quán)利要求92所述的電容傳感器，其中所述管芯包括用于無(wú)線傳送代表所述壓力的信號(hào)的裝置。
94.權(quán)利要求92所述的電容傳感器，其中所述系統(tǒng)安裝于車胎內(nèi)用于測(cè)量所述胎內(nèi)部的壓力。
95.一種電容傳感器，包括具有密封腔體的外殼；所述腔體中的板；形成一部分所述腔體并與所述板隔開(kāi)的膜片；所述膜片上的第一導(dǎo)電層；所述板上的第二導(dǎo)電層，所述第一和第二導(dǎo)電層是電容器的電極，該電容器的電容隨著所述膜片相對(duì)于所述板的位置而變化；以及所述膜片上設(shè)置的檢測(cè)質(zhì)量，其中所述膜片響應(yīng)于施加的力的位置變化通過(guò)所述檢測(cè)質(zhì)量的存在而被放大，以提高所述傳感器的靈敏度。
96.權(quán)利要求95所述的電容傳感器，其中所述施加的力是由于加速度。
97.權(quán)利要求95所述的電容傳感器，其中所述施加的力是離心力。
98.一種制造電容傳感器的方法，該方法包括提供具有密封腔體的外殼；用與板隔開(kāi)的膜片形成所述腔體的外殼的一部分；在所述膜片上形成第一導(dǎo)電層；在所述板上形成第二導(dǎo)電層，所述第一和第二導(dǎo)電層是電容器的電極，該電容器的電容隨著所述膜片相對(duì)于所述板的位置而變化；將所述板置于所述腔體內(nèi)；以及密封所述腔體。
99.權(quán)利要求98所述的方法，還包括在所述膜片上設(shè)置檢測(cè)質(zhì)量的步驟。
100.一種測(cè)量外力的方法，該方法包括將待測(cè)量的力暴露于與具有第二導(dǎo)電層的密封腔體中的板隔開(kāi)的具有第一導(dǎo)電層的膜片；以及測(cè)量由于所述膜片的第一導(dǎo)電層相對(duì)于所述板上的第二導(dǎo)電層的位置的電容，該電容代表施加到所述膜片的所述力。
101.權(quán)利要求100所述的方法，其中所述力包括壓力。
102.權(quán)利要求100所述的方法，其中所述力包括加速度。
全文摘要
一種包括具有密封腔體的外殼、腔體內(nèi)的板、形成部分腔體并與該板分隔的膜片、第一膜片上的導(dǎo)電層，以及板上的第二導(dǎo)電層的電容傳感器。該第一和第二導(dǎo)電層是電容器的電極，該電容器的電容隨著膜片相對(duì)于板的位置而變化。
文檔編號(hào)G01L13/02GK1864054SQ200480024780
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2004年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月11日
發(fā)明者約翰·奧多德, 達(dá)米恩·J·麥卡尼特, 威廉姆·哈特, 埃蒙·海因斯, 約翰·M·維尼, 帕特里克·克羅雷, 約翰·R·馬丁 申請(qǐng)人:阿納洛格裝置公司