[發明專利]一種基于熱對流原理的微機械加速度傳感器

有效

• 申請號: 201710435499.2
• 申請日: 2017-06-11
• 公開（公告）號: CN107192849B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 汶飛;劉曉陽;李麗麗;王高峰;葉劍飛;王路文;吳薇
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01P15/08
• 分類號: G01P15/08
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

1.基于熱對流原理的微機械加速度傳感器，其特征在于：

包括第一基板及其上表面的聚酰亞胺膜、參考區氧化鋁薄膜；

制作在膜上的鉑電阻、制作在膜上與鉑電阻相連接用以接入接出信號的金互連線；

制作在整個芯片上的最外層氮化硅保護層；

與第一基板的硅片鍵合在一起的玻璃蓋板；

所述的鉑電阻一共四部分，包括：

一個加熱電阻；

兩個完全相同的傳感電阻，對稱放置于加熱電阻的兩邊，形成差分放大；

一個參考電阻；

所有鉑電阻均為“S”形布置；

其中具有隔熱絕緣特性的聚酰亞胺膜來防止熱量散失使熱氣團更好地發揮作用和降低功耗；用BCB鍵合膠來對玻璃蓋板與硅片進行鍵合，從而形成一個密閉的空腔；

所述參考電阻制作于參考區的氧化鋁薄膜之上，且參考電阻的阻值與加熱電阻的阻值成一定的比例關系，通過與外接電路的配合來實現對器件工作溫度的控制和調節；

加熱電阻對密閉空腔中的空氣進行加熱后，在沒有加速度的情況下，密閉腔中的空氣進行自然對流，溫度場保持恒定，對稱放置在加熱電阻兩邊的傳感電阻感知到的溫度場是相同的，相應的電阻值也相等，再通過外接電路，兩邊輸出的電壓值相同，外接檢測電路的差分放大器輸出為0；

當對傳感器施加某一敏感方向的加速度時，溫度場的平衡被打破，溫度場的改變將使兩邊傳感電阻的電阻值大小發生改變，這樣，通過外接檢測電路就可測量出一個差分信號，進而測出加速度；

該微機械加速度傳感器采用以下方式制作：

步驟1、選用單拋的低阻硅片作為第一基板，在低阻硅片的拋光面形成聚酰亞胺膜，并亞胺化；

步驟2、結合第一掩膜版，用光刻膠作為掩膜，使用離子刻蝕RIE刻蝕聚酰亞胺膜，并利用剝離工藝做出參考區；

步驟3、結合第一掩膜版，用光刻膠作為掩膜，曝光、顯影后使用光學鍍膜機做氧化鋁，采用溫度100攝氏度，并利用剝離工藝將不需要的氧化鋁去除，形成氧化鋁參考區；

步驟4、結合第二掩膜版，用光刻膠做掩膜，使用磁控濺射機濺射鉑，濺射鉑之前先濺射一層鉻或鈦來增加鉑和基底的粘附性，然后用剝離工藝將不需要的鉻鉑或鈦去除，形成鉑電阻；

步驟5、用磁控濺射機在整個表面濺射一層20～500納米的鉻或鈦，再在鉻或鈦上濺射一層20～500納米的金，然后結合第三掩膜版，用光刻膠作為掩膜，曝光、顯影成后放入電鍍液中通電，進行金的電鍍，到達需要的厚度之后取出，去膠，然后用IBE刻蝕機在已做好結構的一面整片刻蝕掉40～1000納米厚度的金屬層，形成金互連線；

步驟6、用PECVD在已做好結構的第一基板上沉積氮化硅，形成氮化硅薄膜，即保護層；

步驟7、結合第三掩膜版，用光刻膠作為掩膜，曝光、顯影后使用RIE離子刻蝕進行氮化硅的刻蝕，去膠后在金互連線端點處形成引線區，涂覆光敏性的BCB鍵合膠，然后結合第五掩膜版，曝光、顯影后形成圖形化了的BCB鍵合膠，得到鍵合區；

步驟8、將玻璃蓋板與硅片通過BCB鍵合膠11鍵合在一起形成密閉空腔，并進行BCB膠的固化。

2.根據權利要求1所述的微機械加速度傳感器，其特征在于：所述的聚酰亞胺薄膜厚度為2～200微米。

3.根據權利要求1所述的微機械加速度傳感器，其特征在于：所述的參考區是在聚酰亞胺薄膜上刻蝕形成的一個長方體凹槽，凹槽的長度30～3000微米、寬度20～2000微米、深度2～200微米，所述的氧化鋁薄膜填滿參考區且上表面平整并與其它平面形成同一平面。

4.根據權利要求1所述的微機械加速度傳感器，其特征在于：所述加熱電阻，長度20～6000微米，寬度1～100微米，厚度0.1～10微米；兩個傳感電阻長、寬、厚度和形狀均相同，均為長度20～6000微米，寬度1～100微米，厚度0.1～10微米；一個參考電阻，長度20～20000微米，寬度1～100微米，厚度0.1～10微米。

5.根據權利要求1所述的微機械加速度傳感器，其特征在于：所述的金互連線主體部分寬度100～2000微米，厚度1～10微米。

6.根據權利要求1所述的微機械加速度傳感器，其特征在于：所述的氮化硅保護層厚度0.3～3微米，在金互連線的端點處有邊長為100～2000微米的正方形開孔，作為鍵合區，用以封裝時接引線。