[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

本發明涉及一種基于熱對流原理的微機械加速度傳感器的設計及其制作方法。本發明所涉及的熱對流式微機械加速度傳感器沒有在硅片上開孔形成腔結構，而是通過BCB鍵合膠把玻璃蓋板和硅片鍵合來形成密閉空腔，并且在所述的第一基底上制作了一層聚酰亞胺膜來防止熱量散失，保證熱氣團更好地發揮作用和降低功耗，另外聚酰亞胺膜也可以防止鉑電極漏電，這種設計使工藝過程變得簡單而且制作出來的傳感器結構更穩定，可靠性高，性能也更好。

技術領域

本發明屬于微電子機械技術領域，涉及一種微慣性傳感器，具體涉及一種基于熱對流原理的微機械加速度傳感器的設計及其制作方法。

背景技術

近年來微機械加速度傳感器的應用領域越來越廣，市場也越來越大，隨著微機械加工技術的快速發展，越來越多高性能的微機械加速度傳感器被研制出來。微機械加速度傳感器按照原理不同可分為電容式、壓阻式、壓電式、隧道電流式、熱對流式、諧振式等多種類型，其中電容式加速度傳感器由于具有靈敏度高，穩定性好，溫度系數小等優點，因此基于電容檢測的加速度傳感器是目前研制最多的一類傳感器。但是由于該類型的加速度傳感器需要大量的梳齒結構，梳齒間的間距也很小，如果施加的加速度較大，或者極板間落入顆粒的話將會導致粘連失效甚至損壞，因此在測量較大加速度或在一些特殊的環境中不適用。

壓阻式加速度傳感器利用了半導體的壓阻效應，外界的加速度信號會改變力敏電阻的電阻率，從而通過外界電路即可檢測出該信號。壓阻式加速度傳感器的靈敏系數大，分辨率高，但是該類型加速度傳感器溫度漂移較大，使用溫度受到限制。壓電式、隧道電流式、諧振式等都應用相對較少。熱對流式加速度傳感器對比以上各類型的微慣性傳感器有較大的優勢。熱對流式加速度傳感器沒有實體的質量塊，而是通過加熱空氣形成可以移動的小熱氣團作為虛擬的敏感質量塊，然后通過測量由加速度引起的溫度場的變化來測量加速度，因此它不會受到實體質量塊的限制，體積可以做到更小，而且它可以用硅表面工藝來進行加工，結構簡單工藝成熟，良品率可達90%以上；并且由于沒有實體質量塊，熱對流式微機械加速度傳感器可抵抗超過50000g的沖擊而不被損壞。熱對流式加速度傳感器完全基于標準的CMOS制造工藝，與IC工藝完全兼容，可滿足大批量生產。

熱對流式加速度傳感器是基于溫度敏感電阻的原理，因此，電阻材料的溫度敏感性對加速度計的靈敏度、響應時間等性能有重大影響，所以選擇合適的材料對于能否做出高性能的熱對流加速度傳感器至關重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于熱對流原理的微機械加速度傳感器的設計及其制作方法，該熱對流式微機械加速度傳感器使用溫度敏感性較好的材料——鉑來制作傳感器的核心部分——溫度敏感電阻；用導電性能較好的材料——金來制作傳遞信號用的互連線；用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；在最后用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，避免外界空氣對傳感器產生不利影響。本發明所涉及的熱對流微機械加速度傳感器使用硅表面工藝來進行加工制作，工藝過程簡單，與IC工藝兼容，有利于提高芯片集成度，可靠性高，靈敏度高，性能好。

本發明提供的熱對流式微機械加速度傳感器包括第一基板及其拋光面上的聚酰亞胺膜、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、制作在第一基板已做好結構的一面的最外層氮化硅保護層、與硅片鍵合在一起的玻璃蓋板。

所述的聚酰亞胺薄膜制作于第一基板硅片上，厚度2～200微米。

所述的參考區在聚酰亞胺薄膜上刻蝕出的長度30～3000微米、寬度20～2000微米、深度2～200微米的長方體凹槽。

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。