[發明專利]物聯網用無源無線的加速度傳感芯片及其加工方法

有效

• 申請號: 201410520303.6
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104267214B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 鄧佩剛
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G01P15/11
• 分類號: G01P15/11;B81B7/00;B81B1/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 許美紅

技術領域

本發明涉及加速度傳感芯片，尤其涉及一種物聯網用無源無線的加速度傳感芯片及其加工方法。

背景技術

物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后信息產業的第三次浪潮，為二十一世紀全球工業化、城市化進程提供了革命性的信息技術和智能技術。作為物聯網的基礎底層器件以及物聯網終端節點—傳感器，將是整個物聯網產業鏈中需求總量最大和最基礎的環節，物聯網終端節點及其相關產業的技術水平和發展速度將直接影響物聯網的發展速度。

加速度計是用來測量加速度的儀器，在航天、航海、汽車具有重要的應用價值。隨著微機電 MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微機電系統）產業的興起，加速度計逐漸向微型化、集成化方向發展。MEMS加速度計具有體積小、質量輕、成本低、功耗低、易批量生產等優點，目前已廣泛應用于車輛、測試、航空航天、日常運動監控、游戲及一些消費類電子產品等領域。

用于物聯網的加速度傳感器件要求其具有低功耗和低成本的特定。而現在用于物聯網的加速度傳感器都是有源方式的，在一些安裝條件不便的情況下，如地下結構，高空建筑結構等處，更換物聯網傳感器節點器件的電池就成了很大的問題，從而大大影響了該傳感器的廣泛應用。本發明提出的無源無線加速度傳感芯片，其芯片的工作是無需電源的，而且加速度信號以電感耦合無線方式傳出，故能解決現有加速度傳感芯片在物聯網應用中所遇到的這方面的問題。另一方面，本發明提出利用加速度改變MEMS電感，繼而改變無源諧振電路諧振頻率的新方法，設計中加速度的變化能引起微電感的電感量連續變化，變化范圍大。且電感器件尺寸小，加工工藝簡單，易于封裝，適合大規模生產。較之傳統改變電容的方法，便于消除寄生電容影響和提高系統Q值，大大提升傳感器芯片的工作性能和可靠性。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中物聯網中的加速度傳感器都是有源方式的缺陷，提供一種全新的MEMS結構和信號傳輸方法，實現一種無源無線MEMS加速度傳感芯片，該芯片無需電源就可以以無線方式將加速度信號傳遞給接收端。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

提供一種物聯網用無源無線的加速度傳感芯片，包括上層結構和下層結構；

所述下層結構包括下層襯底片，該下層襯底片上設有串聯的MEMS電容和MEMS電感；

上層結構包括上層襯底片，MEMS加速度感應的可動導體質量塊和支撐梁，支撐梁與上層襯底片連接，固定在下層結構上方，可動導體質量塊通過支撐梁懸浮于MEMS電感上方，可動導體質量塊底部淀積有金屬層；當加速度傳感芯片有垂直于該可動導體質量塊的加速度時，該可動導體質量塊會隨之上下運動。

本發明所述的加速度傳感芯片中，上層襯底片和下層襯底片通過鍵合工藝連接成一個整體。

本發明所述的加速度傳感芯片中，該支撐梁為十字形支撐梁。

本發明所述的加速度傳感芯片中，可動導體質量塊、支撐梁和上層襯底片為一體結構。

本發明所述的加速度傳感芯片中，MEMS電感的線圈為在下層襯底片上的平面螺旋 。

本發明所述的加速度傳感芯片中，可動導體質量塊底部淀積的金屬層為非晶體軟磁合金層。

本發明還提供一種物聯網用無源無線的加速度傳感芯片的加工方法，包括以下步驟：

在下層襯底片上淀積一層絕緣層，并利用標準的光刻和干法腐蝕工藝將下層襯底片的周邊鍵合區域的絕緣層去除；

在絕緣層上濺射一層金屬層；

在該金屬層上通過光刻和金屬腐蝕工藝得到MEMS電容的下電極，以及MEMS電感的平面螺旋結構的一個接線端，該接線端與MEMS電容的下電極連接；

在金屬層上淀積一層絕緣層，并用標準的光刻和腐蝕工藝去除多余部分，而將所述MEMS電感的平面螺旋結構的所述接線端形成一個開孔，使開孔下面的金屬層露出來；

在絕緣層上淀積另外一層金屬層，該金屬層和所述開孔處的所述接線端形成電連接，再通過光刻和金屬腐蝕工藝得到所需要的MEMS電感的平面螺旋結構，以及該平面螺旋結構的另外一個接線端；

在MEMS電容的下電極金屬層上沉積一層中間介質層，作為電容的絕緣電介質層；

在MEMS電感區域旋涂一層厚膠，并光刻出MEMS電感的平面螺旋結構的圖形，再利用金屬電鍍工藝，電鍍具有一定厚度的平面螺旋電感結構；

最后濺射另一層金屬層，通過光刻和腐蝕工藝得到MEMS電容的上電極，以及該上電極和MEMS電感平面螺旋結構的另外一個接線端的連接線；