[發明專利]一種柔性電容式加速度傳感器及其制造方法

在審

• 申請號: 201410345761.0
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104142409A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 劉瑞;張珽;谷文;沈方平;丁海燕;祁明鋒
• 申請（專利權）人: 蘇州能斯達電子科技有限公司
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125;B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫

技術領域

本發明涉及加速度測量技術領域，尤其涉及一種基于MEMS微納加工技術制備的高靈敏度柔性電容式加速度傳感器。

背景技術

加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設備，與人類的生活息息相關。目前加速度傳感器的應用領域越來越廣泛，比如汽車安全(氣囊、防抱死系統和牽引控制系統)、游戲控制、圖像自動翻轉和計步器等。從上個世紀八十年代微機電系統(MEMS)技術的迅速發展，越來越多的先進技術與設備出現在各行各業中，并且隨著集成電路和半導體行業的快速發展，利用新型技術制備微納傳感器也成為全球的研究熱點之一。利用微機電系統技術制備的微型加速度傳感器具有體積小、功耗低和重量輕等優點，而且成本也相對較低，在更多的領域尤其是消費電子領域有了更廣泛的應用。

加速度傳感器根據工作原理可分為以下幾個類型：壓阻式加速度傳感器、壓電式加速度傳感器、諧振式加速度傳感器和電容式加速度傳感器。其中，電容式加速度傳感器的優點是高靈敏度、低溫度效應和帶功率耗散，在近些年得到了大量的關注和研究。電容測量基于傳感器的一對電極的兩個表面之間的間隙變化，這兩個表面之間的電容取決于表面積和它們之間的距離。

請參考圖1，圖1為現有基于MEMS的電容式加速傳感器30的剖面示意圖。如圖1所示，現有的電容式加速傳感器30主要具有一非單晶硅基底32，例如玻璃基底或石英基底，一懸臂梁狀結構34，其具有一多晶硅梁狀結構36與一多晶硅支承構件38，多晶硅支承構件38設于非單晶硅基底32上，用來固定多晶硅梁狀結構36，并使多晶硅梁狀結構36與非晶硅基底32之間具有一距離，且多晶硅梁狀結構36具有一可動端，在可動端部分設有一可動電極40，一固定電極42設于可動電極40下方的非單晶硅基底32上，可動電極40與固定電極42分別用來當作電容式加速傳感器30的一平板電容44的上下電極，以及一控制電路，例如薄膜晶體管(TFT，Thin?Film?Transistor)控制電路46設于非單晶硅基底32上，并電連接于懸臂梁狀結構34與平板電容44，用來接收、處理并傳送平板電容44所輸出的信號。

當垂直方向的加速力施加于現有的電容式加速傳感器30時，設于多晶硅梁狀結構36的可動端的可動電極40會接收到垂直方向的力，使得多晶硅梁狀結構36的可動端產生彎曲模式的振動，并與固定電極42間產生相對位置變化，亦使得平板電容44內的電容值隨之改變，通過TFT控制電路46利用一差動放大器或其他電子元件將接收到的電容值變化量進行信號處理，以得到待測加速度力的大小。此外，由于非晶硅基底32可以由石英組成，又石英熔點較高，因此現有發明的TFT控制電路46可以為一高溫多晶硅TFT控制電路。

然而現有的電容式加速傳感器制作在玻璃和石英等剛性材料基底上，制作的器件是不能折疊或彎曲的剛性結構，從而限制了MEMS傳感器在曲面物體表面的測量，且在現有的電容式加速傳感器，當基底為石英時，由于石英熔點較高，要求TFT控制電路為高溫多晶硅TFT控制電路，增加了制造成本，另外，其加工工藝和結構相對較為復雜。因此，如何制造出一種工藝和結構簡單，成本較低且能靈活應用于不同物體表面測量的電容式加速度傳感器為目前重要的研究課題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于如何克服現有的電容式加速傳感器不能折疊或彎曲，制造成本較高且加工工藝和結構相對較為復雜的缺陷。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種用于測量加速力的柔性電容式加速度傳感器，其包括：

柔性基板；上電極，設于所述柔性基板的上表面；下電極，設于所述柔性基板的下表面；連接層，其包括上連接層和下連接層，所述上連接層設于所述柔性基板和上電極之間并連接所述柔性基板和上電極，所述下連接層設于所述柔性基板和下電極之間并連接所述柔性基板和下電極。

其中，所述上電極和下電極均設置有引腳部分，所述引腳部分用于與外圍電路連接；所述連接層由有機物薄膜或金屬薄膜制成；所述連接層由與柔性基板粘結性能優的材料制成。

優選地，所述上連接層和下連接層的厚度均為50～500nm。

優選地，所述上電極和下電極均由厚度為100～2000nm的金屬薄膜組成。

相應地，本發明還提供了一種制造所述柔性電容式加速度傳感器的方法，包括以下步驟：

S1、對柔性基板進行清洗和干燥；

S2、在所述柔性基板的上表面形成上連接膜層，并將所述上連接膜層制作成上連接層；

S3、在所述上連接層的上表面形成上電極膜層，并將所述上電極膜層制作成上電極；