[發明專利]基于微組裝的三棱結構微型三維電場傳感器及制備技術

有效

• 申請號: 201811592143.0
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109581082B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 夏善紅;凌必赟;彭春榮;任仁;鄭鳳杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12;G01R3/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發明提供一種基于微組裝的三棱結構微型三維電場傳感器，包括至少三個電場敏感單元，布置于三個基底(5)上，分別用于測量電場X方向、Y方向和Z方向的分量；三個基底(5)構成三棱結構；每個基底(5)設有對應的引線底座(6)，引線底座(6)上設有焊盤(8)，通過導線(9)與電場敏感單元連接；柔性連接件(7)，將三個基底(5)與引線底座(6)連接構成整體結構；互鎖機構(4)，設于其中兩個基底(5)的連接處，用于固定三個基底(5)的相對位置，使得任意一基底(5)上電場敏感單元的測量軸與其它基底(5)上電場敏感單元的測量軸正交。該電場傳感器具有集成度高、體積小、組裝流程簡單和三維電場測量準確度高等優點。

技術領域

本發明涉及電子行業傳感器領域，尤其涉及一種基于微組裝的三棱結構微型三維電場傳感器及制備技術。

背景技術

電場傳感器廣泛應用于航空航天、氣象探測、電力系統、地震預報等眾多領域，對安全保障和科學研究都具有重要的作用。針對不同的應用領域，待測電場的性質(例如待測電場的頻率、強度、方向和持續時間等)和傳感器的工作環境(例如傳感器所處環境的溫度和物態等)均不盡相同，因此測量所需的電場傳感器的種類也不盡相同。目前，眾多電場測量原理和傳感器加工技術已被用于電場傳感器的研究。近二十年來，隨著微機電技術(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)的快速發展，微型電場傳感器憑借其體積小、成本低、可批量生產和功耗低等優點，成為了電場傳感器的研究熱點。

目前，大部分微型電場傳感器只能測量垂直于其芯片上表面的一維電場分量，但是在很多應用場合中電場的方向未知，因此研究三維電場傳感器具有重要的意義。典型的三維電場傳感器包含三個相互正交的測量軸(分別定義為X軸、Y軸和Z軸)，分別用于測量電場的三個相互正交的分量。目前，已報道的微型三維電場傳感主要分為單芯片式和組裝式。單芯片式的微型三維電場傳感器將測量X、Y和Z方向電場分量的敏感單元均制備于同一個芯片，優點是：體積小，集成度高，保證了三個測量軸相互正交；缺點是：芯片結構復雜。組裝式的微型三維電場傳感器由三個或若干個一維電場敏感芯片以粘貼或插接或其它某種方式組裝而成，優點是：芯片結構簡單；缺點是：組裝步驟會引入新的誤差從而有可能無法保證三個測量軸相互正交，且傳感器體積相較于單芯片較大。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對現有技術中單芯片式微型三維電場傳感器中芯片結構復雜，及組裝式微型三維電場傳感器中組裝步驟會引入新的誤差從而有可能無法保證三個測量軸相互正交和傳感器體積較大等缺點，本發明提供一種基于微組裝的三棱結構微型三維電場傳感器，用于至少部分解決上述技術問題。

(二)技術方案

本發明提出了一種基于微組裝的三棱結構微型三維電場傳感器，包括：三個基底5，構成三棱錐或三棱柱或三棱臺的三棱結構；三個基底5表面均設有至少一個電場敏感單元，分別用于測量電場的X方向、Y方向和Z方向的分量；互鎖機構4，設于其中兩個基底5的連接處，用于固定三個基底5的相對位置，使得任意一基底5上電場敏感單元的測量軸與其它基底5上電場敏感單元的測量軸正交；每個基底5設有與之對應的至少一個引線底座6，以及每個引線底座6上設有至少一個焊盤8，通過導線9與電場敏感單元連接；柔性連接件7將三個基底5與三個基底5對應的引線底座6連接構成一個整體結構。

可選地，每個電場敏感單元包括：至少一個感應電極10、至少一個驅動電極11及屏蔽結構12，感應電極10、驅動電極11和屏蔽結構12之間相互絕緣。

可選地，感應電極10、驅動電極11與屏蔽結構12為相互獨立的結構，固定在基底5上；和/或，感應電極10與屏蔽結構12為相互獨立的結構，感應電極10和屏蔽結構12固定于基底5表面，驅動電極11固定于屏蔽結構12表面。