[發明專利]一種環狀結構溫度傳感器

有效

• 申請號: 202110144176.4
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112504498B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 李維平;蘭之康
• 申請（專利權）人: 南京高華科技股份有限公司
• 主分類號: G01K7/16
• 分類號: G01K7/16
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理有限公司 11226
• 代理人: 李明;趙吉陽

本發明公開一種環狀結構溫度傳感器，包括：基板；外部環狀電學通路，設置在所述基板上；多個電阻，串接在所述外部環狀電學通路中；溫度敏感環，設置在所述外部環狀電學通路內側；多個金屬叉指，通過絕緣連接橋連接于所述溫度敏感環的外側；固定錨點，設置在所述外部環狀電學通路的環心位置；多個回形梁，連接于所述溫度敏感環的內側以及所述固定錨點；其中，所述多個金屬叉指與所述多個電阻相匹配，且所述多個金屬叉指距離所述多個電阻的間距不同。本發明通過外部環狀電學通路將不同數量的電阻/叉指閉合接觸轉化為壓焊錨點之間電阻值變化實現溫度的測量。具有設計靈活、結構簡單、分辨率和量程可調、數字式輸出、體積小、工藝兼容等優勢。

技術領域

本發明屬于微電子器件技術領域，具體涉及一種環狀結構溫度傳感器。

背景技術

溫度是一個在日常生產和生活中需要經常測量和控制的非常重要的物理量。因此，溫度傳感器是一種應用極其廣泛的傳感器。目前，多數溫度傳感器的工作原理是將外部溫度信號轉變為模擬電子信號，傳統的溫度傳感原理包括電阻式、PN結式、熱電式、輻射式、光纖式、超聲波式、聲表面波式和頻率式等，但對同一感應原理和敏感材料，類似結構的溫度傳感器的靈敏度和量程范圍相對固定，這使得這類器件無法根據測試需求靈活改變設計方案。

近年來，國內外提出了幾種基于MEMS技術的溫度傳感器結構，它們通過MEMS結構實現溫度的測量，包括懸臂梁壓阻式溫度傳感器、雙諧振器式數字溫度傳感器、懸臂梁電容式溫度傳感器，這些溫度傳感器通過MEMS技術實現了結構的小型化、高靈敏度、高一致性、低功耗、低成本等優點，具備廣闊的應用前景。

發明內容

針對上述應用前景，本發明提供了一種環狀結構溫度傳感器，該溫度傳感器利用內部懸空溫度敏感環和金屬叉指組合將溫度變化產生的機械形變轉化為外部環狀電學通路的電學變化，不同的溫度節點對應外部環狀電學通路的不同電阻值。當外部環境溫度升高時，本發明中通過回形梁與錨點相連的內部懸空溫度敏感環將溫度升高轉變為環直徑的擴大，從而改變金屬叉指與對應電阻之間的距離，外部電學連接通路將不同溫度節點引起的金屬叉指與對應電阻之間不同程度距離變化轉變為不同數量的電阻/叉指閉合接觸，再通過外部環狀電學通路將不同數量的電阻/叉指閉合接觸轉化為壓焊錨點之間電阻值變化，實現對周圍環境溫度的測量。采用該結構可根據測量需求，添加或減少電阻/叉指組合數量，獲得分辨率和量程可調的數字式輸出溫度傳感器，具有設計靈活、結構簡單等特點，并且能夠將傳統MEMS工藝融入制造過程，解決在材料、工藝、可靠性、可重復性和生產成本等諸多方面的問題，從而為實現一種環狀結構溫度傳感器在集成電路和物聯網中的產業化應用提供了支持和保證。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種環狀結構溫度傳感器，所述溫度傳感器包括：

基板；

外部環狀電學通路，所述外部環狀電學通路設置在所述基板上；

多個電阻，所述多個電阻串接在所述外部環狀電學通路中；

溫度敏感環，所述溫度敏感環設置在所述外部環狀電學通路內側；

多個金屬叉指，所述多個金屬叉指通過絕緣連接橋連接于所述溫度敏感環的外側；

固定錨點，所述固定錨點設置在所述外部環狀電學通路的環心位置；

多個回形梁，所述多個回形梁連接于所述溫度敏感環的內側以及所述固定錨點；其中，

所述多個金屬叉指與所述多個電阻相匹配，且所述多個金屬叉指距離所述多個電阻的間距不同。

可選地，還包括至少兩個壓焊錨點，所述壓焊錨點設置在所述外部環狀電學通路的兩側，所述壓焊錨點與所述多個電阻中的任意兩個電連接。

可選地，所述壓焊錨點對稱分布在所述外部環狀電學通路的沿直徑方向的兩側。