振动换能器制造技术

技术编号:18052588 阅读:41 留言:0更新日期:2018-05-26 09:38
一种振动换能器包括:硅衬底、形成在硅衬底上的第一氧化物膜、形成在第一氧化物膜上的活化层、形成在活化层上的第二氧化物膜、形成在第二氧化物膜上的多晶硅层、和衬底接触部。在活化层中形成振子、与振子电导通的振子电极、靠近振子的固定电极、和配置为环绕振子的真空室。多晶硅层形成壳体。衬底接触部被配置为将多晶硅层和硅衬底电导通,并形成为在活化层中的未形成活化层的振子、振子电极、和固定电极的区域内连续环绕真空室域内。

【技术实现步骤摘要】
振动换能器
本专利技术涉及一种振动换能器(vibrationtransducer),更具体地说,涉及一种用于防止气体渗透引起的故障的技术。
技术介绍
振动换能器是被配置为通过检测形成在硅衬底上的振子的谐振频率的变化来测量所施加的物理量的装置。振动换能器作为诸如压力传感器、加速度传感器、角速度传感器、谐振器等的MEMS(微机电系统)装置,广泛用于发射机等。在现有技术中,振动换能器形成为使得两端固定的长板状振子的平面表面侧与芯片状硅衬底平行,并且被配置为在硅衬底的上下方向上振动。专利文献1公开了一种振动换能器,其形成为使得振子的平面表面侧垂直于硅衬底并被配置为在硅衬底的水平方向上振动。因此,简化了成形工艺并且可以以低成本高精度地制造振动换能器。图8A和图8B示出了专利文献1中公开的振动换能器300的主要部件的装配构造,其中图8A是剖面图,图8B是活化(activation)层部分的平面图。如图8A和图8B所示,振动换能器300具有如下结构:其中对硅的活化层320进行处理以在SOI衬底上形成振子330、第一电极板341、和第二电极板342,SOI衬底具有插入在硅衬底310和表面硅层之间(活化层320之下)的BOX层氧化物膜311,额外堆叠绝缘氧化物膜360和上多晶硅层350并且由上多晶硅层350形成壳体351。作为固定电极的第一电极板341和第二电极板342形成为将振子330夹在它们之间,并在振子330周围形成真空室370。此外,在振子330的端侧也形成电极,并且用作振子电极板331。用于防止附着的不平坦部分380形成在振子330和第一电极板341之间以及振子330和第二电极板342之间的相对表面上。在以上配置中,在振子电极板331和第二电极板342之间施加了偏置电压的状态下,当激励信号施加到第一电极板341时,振子330以谐振频率振动,并且振子330和第二电极板342之间的静电电容发生变化,使得电流从第二电极板342输出。该输出电流在使用运算放大器的电流-电压转换电路(未示出)处被转换为电压,并且通过输出传感器检测频率。此时,可改变待施加到每个电极板的电压和信号的组合、和电极板的数目。当对振动换能器300的上部和下部施加不同的压力时,在振动换能器300中引起失真,并且振子330的谐振频率与失真的大小对应地发生变化。因此,可以基于检测到的频率的变化来获得所施加的各个压力之间的差。引用列表专利文献专利文献1:JP-A-2012-58127专利文献2:JP-A-2014-515884专利文献3:WO2014/050229专利文献4:JP-A-2002-289687在现有技术的振动换能器300中,BOX层氧化物膜311和绝缘氧化物膜360从振动换能器300的侧面到真空室370是相通的。氧化物膜的气体渗透率高于硅层和多晶硅层。当在振动换能器300周围存在诸如氢、氦等低分子气体时,气体可经由氧化物膜渗入真空室370。当气体渗入真空室370时,真空度降低,从而可能引起振子330的激励缺陷。
技术实现思路
示例性实施例提供了一种振动换能器,其可以防止由于气体渗入到真空室而引起的故障。一种振动换能器包括:硅衬底;第一氧化物膜,其形成在所述硅衬底上;活化层,其形成在所述第一氧化物膜上;第二氧化物膜,其形成在所述活化层上;多晶硅层,其形成在所述第二氧化物膜上;以及衬底接触部,其中,在所述活化层中形成振子、与所述振子电导通的振子电极、靠近所述振子的固定电极、和配置为环绕所述振子的真空室,其中,所述多晶硅层形成壳体,并且其中,所述衬底接触部被配置为:将所述多晶硅层和所述硅衬底电导通,并形成为在所述活化层的其中未形成所述活化层的所述振子、所述振子电极和所述固定电极的区域内连续地环绕所述真空室。在所述活化层中可形成多个所述衬底接触部。在所述多晶硅层侧可设置有配置为与所述振子电极电导通的焊盘、配置为与所述固定电极电导通的焊盘、和配置为与所述硅衬底电导通的衬底接触焊盘。在所述振子电极与所述硅衬底之间、以及在所述固定电极与所述硅衬底之间可形成二极管。所述二极管可通过所述活化层的其中未形成所述振子、所述振子电极、和所述固定电极的所述区域和形成在所述区域中的扩散部而形成,所述扩散部的导电类型不同于所述区域的导电类型。所述二极管可通过所述各个电极和形成在每个电极中的扩散部形成,所述扩散部的导电类型不同于每个电极的导电类型。用于温度传感器的二极管可与位于所述活化层的其中未形成所述振子、所述振子电极、和所述固定电极的所述区域中的所述二极管分开形成。根据示例性实施例,可以防止振动换能器中的由于气体渗入到真空室中而引起的故障。附图说明图1A和图1B示出了本专利技术的振动换能器的基本结构。图2示出了其中配置为环绕真空室的衬底接触部为三重的示例。图3A和图3B示出了本专利技术的振动换能器的第一实施例。图4示出了第一实施例的振动换能器在工作时的电路。图5A和图5B示出了本专利技术的振动换能器的第二实施例。图6示出了第二实施例的振动换能器在工作时的电路。图7A和图7B示出了本专利技术的振动换能器的第三实施例。图8A和图8B示出了专利文献1中公开的振动换能器的主要部件的装配构造。具体实施方式将参照附图描述本专利技术的实施例。图1A和图1B示出了本专利技术的振动换能器10的基本结构,其中图1A是示出活化(activation)层的平面图,图1B是沿着线A-B截取的剖面图。如图1A和图1B所示,振动换能器10具有这样的结构,其中:处理硅的活化层150以在SOI衬底上形成振子100、第一电极板111、和第二电极板121,SOI衬底具有插入在硅衬底130和表面硅层(活化层150)之间的BOX层氧化物膜135;并且,额外堆叠绝缘氧化物膜152和上多晶硅层153。形成作为固定电极的第一电极板111和第二电极板121,以将振子100夹在它们之间,并在振子100周围形成真空室。此外,在振子100的端侧也形成电极,并且用作振子电极板101。在振动换能器10中,硅衬底130通过多晶硅或硅的衬底接触部131电连接到除电极板和振子之外的活化层150(称为“外围活化层151”)、和上多晶硅层153。衬底接触部131形成为不间断地连续环绕真空室。真空室由多晶硅或硅的衬底接触部131环绕,使得氧化物膜的气体渗透路径被阻断。因此,可以防止由于真空室的真空度的退化而导致的振子100的激励缺陷。由于对氧化物膜的气体渗透被认为是通过气体扩散进行的,所以按照气体渗透的振动换能器的寿命与要渗透的膜的厚度的平方成正比。当形成多重衬底接触部131时,也增大了阻断氧化物膜的气体渗透路径的硅或多晶硅的宽度,从而可以进一步延长振动换能器的寿命。图2示出了衬底接触部131为三重的示例;也就是说,形成了三个衬底接触部131、131、131。形成多重衬底接触部131(即,形成多个衬底接触部)的构造可应用于后述的任何实施例。图3A和图3B示出了应用基本结构的本专利技术的振动换能器10的第一实施例,其中图3A是活化层的平面图,图3B是剖面图。在图3A中,省略了除振子和电极板之外的活化层。在第一实施例中,处理硅的活化层150以在SOI衬底上形成振子100、第一电极板111和第二电极板121,SOI衬底具有插入在硅衬底130和表面硅层(活化层150)本文档来自技高网
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振动换能器

【技术保护点】
一种振动换能器,包括:硅衬底;第一氧化物膜,其形成在所述硅衬底上;活化层,其形成在所述第一氧化物膜上;第二氧化物膜,其形成在所述活化层上;多晶硅层,其形成在所述第二氧化物膜上;以及衬底接触部,其中,在所述活化层中形成振子、与所述振子电导通的振子电极、靠近所述振子的固定电极、和配置为环绕所述振子的真空室,其中,所述多晶硅层形成壳体,并且其中,所述衬底接触部被配置为:将所述多晶硅层和所述硅衬底电导通,并且形成为在所述活化层的其中未形成所述活化层的所述振子、所述振子电极和所述固定电极的区域内连续地环绕所述真空室。

【技术特征摘要】
2016.11.14 JP 2016-2210921.一种振动换能器,包括:硅衬底;第一氧化物膜,其形成在所述硅衬底上;活化层,其形成在所述第一氧化物膜上;第二氧化物膜,其形成在所述活化层上;多晶硅层,其形成在所述第二氧化物膜上;以及衬底接触部,其中,在所述活化层中形成振子、与所述振子电导通的振子电极、靠近所述振子的固定电极、和配置为环绕所述振子的真空室,其中,所述多晶硅层形成壳体,并且其中,所述衬底接触部被配置为:将所述多晶硅层和所述硅衬底电导通,并且形成为在所述活化层的其中未形成所述活化层的所述振子、所述振子电极和所述固定电极的区域内连续地环绕所述真空室。2.根据权利要求1所述的振动换能器,其中在所述活化层中形成多个所述衬底接触部。3.根据权利要求1或2所述的振动换能器,其中在所述多晶硅层侧设置有配置为与所述振子电极电导通的焊盘、配置为与所述固定电极电导通的焊盘、和配置为与所述硅衬底电导通的衬底接触焊盘。4.根据权利要求1或2所述的振动换能器,其中在...

【专利技术属性】
技术研发人员:三岛猛铃木广志
申请(专利权)人:横河电机株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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