固定电极、电容式薄膜真空计及电子设备的制作方法

本技术涉及压力检测，特别涉及固定电极、电容式薄膜真空计及电子设备。

背景技术：

1、真空计是检测封闭环境内的气压或真空度的仪器。测量原理一般是利用不同气压下气体的某种物理变化效应进行响应。目前其在外太空航测，热处理加工和半导体精密仪器等领域有广泛应用。其中，电容式薄膜真空计因重复性能好，能够满足从低真空到中高真空约5个数量级范围较高快速响应和准确测量，且与气体成分无关，因而在化学和薄膜工艺领域得到重视。

2、电容式真空计主要原理是利用气压变化引起弹性膜片产生形变，引起由固定电极与弹性膜片组成的电容器的电容变化，适当的测量转换电路将电容响应信号转换为电压信号或电流信号输出，通过信号处理即可完成气压的测量。因此，固定电容上的线性度和灵敏度等质量指标，是影响电容式薄膜真空计的检测精度的重要因素。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种固定电极、电容式薄膜真空计及电子设备，用以提高检测精度。

2、第一方面，本技术实施例提供一种固定电极，该固定电极可应用于电容式薄膜真空计中。示例性地，所述固定电极包括：支撑板；设置于所述支撑板上的电极层。所述电极层包括：共圆心的补偿电极、第一环形电极以及第二环形电极；其中，所述第一环形电极环形且间隔设置于所述补偿电极外围，所述第二环形电极环形且间隔设置于所述第一环形电极外围。以及，所述补偿电极与所述第二环形电极通过至少一个第一连接部连接，且所述至少一个第一连接部与所述第一环形电极绝缘。

3、本技术实施例中的固定电极，将电极层分为共圆心的补偿电极、第一环形电极以及第二环形电极三部分，其中，第二环形电极的线性度最好、灵敏度最差，补偿电极的线性度最差、灵敏度最好，第一环形电极的线性度和灵敏度都居中。通过将第二环形电极和补偿电极连接在一起，采用补偿电极调节灵敏度，第二环形电极调节线性度，可互补平衡线性度和灵敏度。且第二环形电极和补偿电极连接在一起可作为一个极板与弹性膜片一起可构成电容c1。以及，第一环形电极的线性度和灵敏度都居中，第一环形电极与弹性膜片一起可构成电容c2。这样可得到高稳定性的电容差△c（即c1-c2），以保证良好的电容检测能力，提高检测精度和温度稳定性，提升电容差响应综合性能。

4、现有技术的固定电极的设计方案中，通过设置中心圆形电极以及在中心圆形电极外侧设置环形电极，构成内外差值电容结构。然而，由于电容中心区域和外侧区域的线性度和灵敏度存在矛盾变化趋势，仅通过调节中心圆形电极和外侧的环形电极的尺寸和位置，尚无法满足指定范围内的电容容量和电容差响应的要求。因此，现有技术中的电容设计方案在兼顾线性度、灵敏度和温漂等综合指标方面缺乏系统性优化设计。本技术实施例中的固定电极，将电极层分为共圆心的补偿电极、第一环形电极以及第二环形电极三部分，由于第二环形电极的线性度最好、灵敏度最差，补偿电极的线性度最差、灵敏度最好，第一环形电极的线性度和灵敏度都居中。通过将第二环形电极和补偿电极连接在一起，采用补偿电极调节灵敏度，第二环形电极调节线性度，可互补平衡线性度和灵敏度。且第二环形电极和补偿电极连接在一起可作为一个极板与弹性膜片一起可构成电容。以及，第一环形电极的线性度和灵敏度都居中，第一环形电极与弹性膜片一起可构成电容。这样可得到高稳定性的电容差△c（即c1-c2），以保证良好的电容检测能力，提高检测精度和温度稳定性，提升电容差响应综合性能。

5、可选地，电容式薄膜真空计采用上述固定电极时，可实现高性能的应用场景。示例性地，弹性膜片平面在未受气压作用时与固定电极的电极层所在平面保持平行，配合调整极板间距，使电极层与弹性膜片组成的可变电容器的初始电容值达10pf~100pf范围，以保证良好的电容检测能力。

6、本技术对支撑板的形状不作限定。示例性地，支撑板的形状可设置为圆形。并且，支撑板的直径r0为支撑板的最大边界形成的圆形的直径。可选地，电容式薄膜真空计采用上述固定电极时，可实现高性能的应用场景。在电容式薄膜真空计实现高性能的应用场景时，其对应的直径r0的范围为50mm~70mm。即，50mm≤r0≤70mm。例如，r0=50mm，或者，r0=55mm，或者，r0=60mm，或者，r0=65mm，或者，r0=70mm。在实际应用中，可以根据实际的应用需求确定r0的具体数值，在此不作限定。

7、示例性地，支撑板的材料可以为绝缘性材料。例如，支撑板为陶瓷基板。本技术对支撑板的材料不作限定，其可以根据实际应用的需求进行确定。

8、为了便于安装，示例性地，支撑板具有凸出部，使得凸出部和支撑板的边缘区域形成台阶，以便于安装。该凸出部的形状可设置为圆形，并与补偿电极、第一环形电极以及第二环形电极共圆心。补偿电极、第一环形电极以及第二环形电极设置于凸出部上。

9、在一些可能的实施方式中，所述固定电极包括：多个第一连接部。所述补偿电极包括：沿圆周方向划分的多个补偿子电极；其中，所述多个补偿子电极与所述多个第一连接部一一对应。并且，所述多个补偿子电极中的每一个补偿子电极通过对应的所述第一连接部与所述第二环形电极连接。这样可将补偿电极划分为多个补偿子电极，并设置与该每一个补偿子电极一一对应的第一连接部，以使每一个补偿子电极可以通过对应的第一连接部与第二环形电极连接。

10、本技术中，定义一个设定圆形，该设定圆形分别与补偿电极、第一环形电极以及第二环形电极共圆心。示例性地，设定圆形可以为圆形的支撑部的边界形成的圆形。或者，设定圆形也可以为圆形的凸出部的边界形成的圆形。或者，设定圆形也可以为其他形式的圆形，在此不作限定。下面以设定圆形可以为圆形的支撑部的边界形成的圆形为例进行说明。

11、在一些可能的实施方式中，每一个所述第一连接部沿设定圆形的半径方向延伸，所述设定圆形与所述第二环形电极共圆心。并且，每一个所述第一连接部与所述圆心的连线之间具有第一夹角，至少两个所述第一夹角相同。

12、示例性地，可以使每一个第一夹角相同。或者，也可以使部分第一夹角相同，部分第一夹角不同。或者，也可以使每一个第一夹角不同。

13、在一些可能的实施方式中，为了提高均一性，可沿着圆周方向将补偿电极平均划分为多个补偿子电极。当然，也可以不按照平均划分的方式沿着圆周方向划分补偿电极，在此不作限定。

14、在一些可能的实施方式中，可以通过设置第一连接部与补偿子电极的连接位置，提高信号均一性，提高检测精度，每一个所述第一连接部与对应的补偿子电极的外侧圆弧的中点连接。

15、在一些可能的实施方式中，由于补偿子电极位于第一环形电极的内围，第二环形电极位于第一环形电极的外围，可以通过将第一环形电极划分为多个第一子环形电极的方式，将第一连接部设置于相邻的两个第一子环形电极之间的间隙中。示例性地，所述第一环形电极包括：沿圆周方向划分的多个第一子环形电极；所述多个第一子环形电极通过至少一个第二连接部连接，且所述至少一个第二连接部与所述补偿电极以及所述第二环形电极绝缘；所述至少一个第一连接部设置于所述电极层，且所述至少一个第一连接部中的每一个所述第一连接部设置于相邻两个所述第一子环形电极之间的间隙中。

16、在一些可能的实施方式中，至少一个第二连接部设置于所述电极层，且所述至少一个第二连接部中的每一个所述第二连接部设置于相邻两个补偿子电极之间的间隙中。这样为了降低干扰和工艺步骤，可以将所有第二连接部均设置于电极层，即，在形成补偿电极、第一环形电极以及第二环形电极的图案时，也形成第二连接部的图案。由于第一环形电极内围设置有补偿电极，可以将第二连接部设置于相邻的补偿子电极的间隙中。

17、在一些可能的实施方式中，所述固定电极包括：多个第二连接部。所述多个第一子环形电极与所述多个第二连接部一一对应。所述第二连接部沿设定圆形的半径方向延伸至所述圆心处相互连接，所述设定圆形与所述第二环形电极共圆心。

18、在一些可能的实施方式中，每相邻两个所述第二连接部之间具有第二夹角，至少两个所述第二夹角相同。

19、示例性地，可以使每一个第二夹角相同。或者，也可以使部分第二夹角相同，部分第二夹角不同。或者，也可以使每一个第二夹角不同。

20、在一些可能的实施方式中，为了提高均一性，可沿着圆周方向将第一环形电极平均划分为多个第一子环形电极。当然，也可以不按照平均划分的方式沿着圆周方向划分补偿电极，在此不作限定。

21、在一些可能的实施方式中，可以通过设置第二连接部与第一子环形电极的连接位置，提高信号均一性，提高检测精度，每一个所述第二连接部与对应的第一子环形电极的内侧圆弧的中点连接。

22、在一些可能的实施方式中，也可以将第一连接部设置于支撑板的背面。示例性地，所述至少一个第一连接部设置于所述支撑板背离所述电极层一侧；所述支撑板具有至少一个通孔组；所述至少一个第一连接部与所述至少一个通孔组一一对应；所述至少一个通孔组中的每一个通孔组包括：第一通孔和第二通孔；每一个所述通孔组中，所述第一通孔中填充有第一导电部，所述第二通孔中填充有第二导电部，所述第一导电部的第一端与所述补偿电极连接，所述第二导电部的第一端与所述第二环形电极连接，所述第一导电部的第二端与所述第二导电部的第二端通过对应的所述第一连接部连接。

23、示例性地，第一导电部和第二导电部可采用导柱（如立体铜柱）的形式分别设置于第一通孔和第二通孔中。或者，也可采用导电材料填充的方式，在第一通孔和第二通孔中形成第一导电部和第二导电部。

24、示例性地，第一导电部和第二导电部的材料可以为导电材料，例如金属材料（如铜）。本技术对电第一导电部和第二导电部的材料不作限定，其可以根据实际应用的需求进行确定。

25、在一些可能的实施方式中，可以不将补偿电极和第一环形电极划分为多个子电极。当然，也可以将补偿电极划分为多个子电极。例如，在补偿电极包括沿圆周方向划分的多个补偿子电极时，支撑板具有多个通孔组。并且，多个补偿子电极与多个通孔组一一对应。补偿子电极与第二环形电极通过对应通孔组的第一导电部、第二导电部以及第一连接部连接。从而实现每一个补偿子电极与第二环形电极连接的效果。

26、在一些可能的实施方式中，支撑板的形状为圆形，其直径为r0。并且支撑板与补偿电极、第一环形电极以及第二环形电极共圆心。

27、可选地，电容式薄膜真空计实现高性能的应用场景。在电容式薄膜真空计实现高性能的应用场景时，其对应的直径r0的范围为50mm~70mm。即，50mm≤r0≤70mm。例如，r0=50mm，或者，r0=55mm，或者，r0=60mm，或者，r0=65mm，或者，r0=70mm。在实际应用中，可以根据实际的应用需求确定r0的具体数值，在此不作限定。

28、在实际应用时，可通过调整第一环形电极以及第二环形电极的相对位置和实际面积，优化线性度和灵敏度，以及有效避免电极层面积过大并提升加工效率。

29、在一些可能的实施方式中，所述第一环形电极的内径和外径的范围为0.4r0~0.8r0，所述第二环形电极在半径方向上的宽度不大于0.1r0，r0代表所述支撑板的直径。

30、在一些可能的实施方式中，可以使补偿电极在支撑板上的正投影的轮廓为环形，例如补偿电极在支撑板上的正投影的内轮廓和外轮廓均为圆形。这样在补偿电极的圆心区域设置与设定圆形共圆心的圆形镂空区域。在实际应用时，可通过调整补偿电极的相对位置和实际面积，优化线性度和灵敏度，以及有效避免电极层面积过大并提升加工效率。示例性地，可以使补偿电极的外径小于或等于0.2r0。

31、在一些可能的实施方式中，也可以使补偿电极在支撑板上的正投影的轮廓为圆形，即补偿电极的圆心所在区域也可以设置为实心的，未在圆心处设置圆形镂空区域。在实际应用时，可通过调整补偿电极的相对位置和实际面积，优化线性度和灵敏度。示例性地，可以使补偿电极的直径小于或等于0.2r0。

32、在一些可能的实施方式中，在实际应用时，可通过调整第一连接部和第二连接部的相对位置和实际面积，有效避免电极层面积过大并提升加工效率。示例性地，所述第一连接部和第二连接部中的至少一个的宽度不大于0.05 r0。

33、在一些可能的实施方式中，补偿电极、第一环形电极以及第二环形电极中的至少一个在支撑板上的正投影的边缘为曲线形（如光滑的曲线形）、锯齿形、波浪形中的至少一种。当然，补偿电极、第一环形电极以及第二环形电极在支撑板上的正投影的边缘的形状，也可以根据实际应用的需求进行确定，在此不作限定。

34、第二方面，本技术实施例还提供了一种固定电极，该固定电极也应用于电容式薄膜真空计中。其中，所述固定电极包括：支撑板，设置于所述支撑板上的电极层。所述支撑板的形状为圆形，所述电极层包括：第三环形电极。所述第三环形电极与所述支撑板共圆心，所述第三环形电极的内径和外径的范围为0.2r0~0.8r0，r0代表所述支撑板的直径。

35、在一些可能的实施方式中，电容式薄膜真空计采用该实施例中的固定电极时，可实现小型腔体尺寸的应用场景。示例性地，对应的直径r0的范围为0<r0≤40mm。

36、在一些可能的实施方式中，可以使20mm≤r0≤25mm。例如，r0=20mm，或者，r0=21mm，或者，r0=22mm，或者，r0=23mm，或者，r0=24mm，或者，r0=25mm。在实际应用中，可以根据实际的应用需求确定r0的具体数值，在此不作限定。

37、示例性地，第三环形电极与支撑板共圆心。示例性地，第三环形电极设置于凸出部上，并与凸出部共圆心。

38、示例性地，弹性膜片平面在未受气压作用时与固定电极的电极层所在平面保持平行，配合调整极板间距，使电极层与弹性膜片组成的可变电容器的初始电容值达10pf~100pf范围，以保证良好的电容检测能力。

39、可选地，电容式薄膜真空计采用上述固定电极时，可实现小型腔体尺寸的应用场景。从而针对小型化应用场景，由于电容式薄膜真空计的整体尺寸有限制，提出了单电容固定电极方案，选取线性度和灵敏度折中的中环作为检测电容，相对于现有技术中的高灵敏度的内圆电容，本技术实施例提供的固定电容可得到更高的线性度和更高的温度稳定性。并且，通过将第三环形电极的内径和外径在r0的0.2~0.8倍范围内调整，协同匹配腔体尺寸和极板间距。

40、第三方面，本技术实施例还提供了一种电容式薄膜真空计，该电容式薄膜真空计包括壳体、弹性膜片、连接口以及如第一方面或第一方面的各种实施方式或如第二方面或第二方面的各种实施方式的固定电极。其中，壳体包括容置腔，弹性膜片将所述容置腔分隔为测量腔和参考腔，连接口与所述测量腔连通，所述固定电极固定安装在所述参考腔中，所述固定电极与所述弹性膜片平行，且所述电极层面向所述弹性膜片一侧设置。固定电极与所述弹性膜片组成可变电容器。

41、由于上述固定电极的性能较好，因而，包括上述固定电极的电容式薄膜真空计的性能也较好。以及，该电容式薄膜真空计解决问题的原理与前述固定电极相似，因此该电容式薄膜真空计的实施可以参照前述固定电极的实施，重复之处不再赘述。

42、本技术实施例中的电容式薄膜真空计可以实现高性能和小型化等不同应用场景。

43、本技术实施例中的电容式薄膜真空计，可应用于气体压力传感器领域，也可以应用于感压智能穿戴设备、气液过滤设备和工业定压安防监视设备等技术领域中。

44、第四方面，本技术实施例还提供了一种电子设备，包括电容式薄膜真空计，所述电容式薄膜真空计包括如前述各方面以及各种可能的实施方式中的固定电极。电子设备可以是各种需要要用到电容式薄膜真空计的电子设备，可用于制造、工业、农业、通信等领域的各种电子设备，本技术并不限定。