一种传感器制造技术

技术编号:20111233 阅读:25 留言:0更新日期:2019-01-16 10:53
本发明专利技术公开了一种传感器,包括第一衬底以及通过第一间隔部支撑在第一衬底上方的振膜,检测结构包括第一磁体、第二磁体,以及设置在第一磁体、第二磁体形成共同磁场中的磁阻传感器;初始位置时,所述磁阻传感器位于第一磁体的磁场方向与第二磁体的磁场方向相反的位置;所述磁阻传感器被配置为在振膜的振动过程中感应第一磁体、第二磁体共同磁场的变化而输出变化的电信号;还包括调节磁阻传感器与第一磁体、第二磁体之间相互位置的驱动装置。本发明专利技术的传感器,通过驱动装置可以微调磁阻传感器与第一磁体、第二磁体之间的相对位置,保证磁阻传感器可以工作在合适的磁场中,避免了因制造、装配误差对传感器灵敏度的影响。

A Sensor

The invention discloses a sensor, which comprises a first substrate and a vibration film supported above the first substrate through a first spacer. The detection structure includes a first magnet, a second magnet, and a magnetoresistive sensor arranged in a common magnetic field formed by the first magnet and the second magnet. At the initial position, the magnetoresistive sensor is located in the magnetic field direction of the first magnet and the magnetic field of the second magnet. The magnetoresistive sensor is configured to induce the change of the common magnetic field of the first magnet and the second magnet during the vibration of the diaphragm and output the changed electric signal, and also includes a driving device for adjusting the mutual position between the magnetoresistive sensor and the first magnet and the second magnet. The sensor of the invention can fine-tune the relative position between the magnetoresistive sensor and the first magnet and the second magnet by the driving device, so as to ensure that the magnetoresistive sensor can work in an appropriate magnetic field and avoid the influence of manufacturing and assembly errors on the sensitivity of the sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种传感器
本专利技术涉及测量领域,更准备地说,本专利技术涉及一种传感器,例如麦克风、压力传感器、位移传感器。
技术介绍
现有主流的传感器,例如麦克风、压力传感器、位移传感器等,均是通过平板电容器的原理进行检测。例如在麦可风的结构中,平板电容器包括衬底以及形成在衬底上的背极板、振膜,背极板与振膜之间具有间隙,使得背极板、振膜构成了平板式的电容器感测结构。为了充分利用振膜的机械灵敏度,麦克风需要设计一个具有环境压力的巨大后腔,以确保流动空气的刚性远远振膜。背腔的容积通常远大于1mm3,例如通常设计为1-15mm3。而且麦克风芯片在封装的时候,需要开放其腔体。这就限制了MEMS麦克风最小尺寸封装的设计(>3mm3)。这是由于如果后腔容积过小,则不利于空气的流通,这种空气的刚性则会大大降低振膜的机械灵敏度。另外,为了均压,背极板上通常会设计密集的通孔,由于空气粘度造成的间隙或穿孔中的空气流动阻力成为MEMS麦克风噪声的主导因素,从而限制了麦克风的高信噪比性能。在传统的利用磁阻原理进行检测的结构中,采用的是单磁体、单磁阻传感器的检测结构。由于磁阻传感器的线性范围很窄,因此造成磁阻传感器的检测灵敏度很低。图7a示出了现有技术中单磁体、单磁阻传感器分布的坐标图,其中磁体的中心位置为坐标原点。图7b示出了图7a中的磁场分布仿真图。永磁体的尺寸为10μm*5μm*0.5μm,横坐标代表磁阻传感器相对于永磁体中心的竖直距离z(m),纵坐标代表磁场强度Bx(T)以及磁场变化梯度dB/dz(T/m)。图中的线a代表Bx(T)随着z(m)的变化曲线,线b代表磁场变化梯度dB/dz(T/m)随z(m)的变化曲线。从图7b可以看出磁阻传感器(例如巨磁阻GMR)线性检测区域的起点为距离永磁体的中心z(m)约为18μm的位置。此时磁场变化梯度dB/dz(T/m)约为4700T/m(在104T/m以下)。麦克风本征灵敏度最大值Soc=VB*SR*SB*SM~2V*(0.3%/Gs)*(104T/m)*(5nm/Pa)=3mV/Pa,远低于常规麦克风的灵敏度13mV/Pa。其中VB为GMR偏压,SR=(ΔR/R)/ΔB,SB=ΔB/ΔZ为磁场梯度,SM=ΔZ/ΔP为机械灵敏度。因此,需要提出一种新的磁传感器检测结构,以提高检测的灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供了一种传感器的新的技术方案。根据本专利技术的第一方面,提供一种传感器,包括第一衬底以及通过第一间隔部支撑在第一衬底上方的振膜,还包括用于输出表征振膜形变电信号的检测结构;所述检测结构包括第一磁体、第二磁体,以及设置在第一磁体、第二磁体形成共同磁场中的磁阻传感器;初始位置时,所述磁阻传感器位于第一磁体的磁场方向与第二磁体的磁场方向相反的位置;所述磁阻传感器被配置为在振膜的振动过程中感应第一磁体、第二磁体共同磁场的变化而输出变化的电信号;还包括调节磁阻传感器与第一磁体、第二磁体之间相互位置的驱动装置。可选地,所述驱动装置为压电片或者为用于提供静电力的电极片。可选地,初始位置时,所述磁阻传感器受到第一磁体的磁场,与受到第二磁体的磁场大小相等,方向相反。可选地,所述第一衬底、第一间隔部、振膜围成了真空腔;其中,振膜在大气压力下的静态偏转距离小于振膜与第一衬底之间的距离;驱动装置设置在振膜上;所述第一磁体、第二磁体以磁极方向相同的方式依次水平布置在振膜上,所述磁阻传感器设置在第一衬底上与第一磁体、第二磁体相对应的位置;或者,所述第一磁体、第二磁体以磁极方向相同的方式依次水平布置在第一衬底上,所述磁阻传感器设置在振膜上与第一磁体、第二磁体相对应的位置。可选地,所述第一衬底具有与外界连通的中空腔,还包括与振膜隔开的悬臂,所述悬臂、振膜悬置在第一衬底中空腔上方,且所述振膜与第一间隔部、衬底围成了开放式的容腔;驱动装置设置在振膜上和/或悬臂上;所述第一磁体、第二磁体以磁极方向相同的方式依次水平布置在振膜上,所述磁阻传感器设置在悬臂上与第一磁体、第二磁体相对应的位置;或者,所述第一磁体、第二磁体以磁极方向相同的方式依次水平布置在悬臂上,所述磁阻传感器设置在振膜上与第一磁体、第二磁体相对应的位置。。可选地,所述第一衬底、第一间隔部、振膜围成了真空腔;其中,振膜在大气压力下的静态偏转距离小于振膜与第一衬底之间的距离;还包括与振膜通过第二间隔部隔开的悬臂,且所述振膜与第二间隔部、悬臂围成了开放式的容腔;驱动装置设置在振膜上和/或悬臂上;所述磁阻传感器设置在振膜上,所述第一磁体、第二磁体分别设置在位于振膜两侧的第一衬底、悬臂上,且第一磁体、第二磁体的以磁极方向相反的方式进行布置。可选地,所述第一磁体、第二磁体相对于磁阻传感器对称。可选地,所述第一衬底具有与外界连通的中空腔,在振膜相对的两侧还分别设置有第一悬臂、第二悬臂,所述振膜与第一悬臂、第二悬臂之间均间隔开,所述振膜的两侧均与外界连通;驱动装置设置在振膜上和/或第一悬臂和/或第二悬臂;所述磁阻传感器设置在振膜上,所述第一磁体、第二磁体分别设置在第一悬臂、第二悬臂上,且第一磁体、第二磁体的以磁极方向相反的方式进行布置。可选地,所述第一磁体、第二磁体为经过磁化的薄膜。可选地,所述传感器为麦克风、压力传感器、位移传感器本专利技术的传感器,当磁阻传感器随着振膜振动的时候,磁阻传感器会以其初始位置上下振动。由于磁阻传感器同时受到两个磁体的作用,该两个磁体配合在一起,降低了整个磁场的强度,并在磁阻传感器的线性范围内提高了磁场变化的灵敏度,最终提高了磁阻传感器的检测灵敏度。通过驱动装置可以微调磁阻传感器与第一磁体、第二磁体之间的相对位置,保证磁阻传感器可以工作在合适的磁场中,避免了因制造、装配误差对传感器灵敏度的影响。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述,本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例,并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。图1至图4是本专利技术传感器四种不同实施方式的结构示意图。图5a是图1、图2所示实施例中磁阻传感器与两个磁体的坐标图。图5b是图1、图2所示实施例中磁场分布的仿真图。图6a是图3、图4所示实施例中磁阻传感器与两个磁体的坐标图。图6b是图3、图4所示实施例中磁场分布的仿真图。图6c是图6b中示意磁阻传感器线性检测区域的放大图。图7a是现有技术中单磁阻传感器、单磁体的坐标图。图7b是图7a所示现有技术中磁场分布的仿真图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有例子中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种传感器,其特征在于,包括第一衬底以及通过第一间隔部支撑在第一衬底上方的振膜,还包括用于输出表征振膜形变电信号的检测结构;所述检测结构包括第一磁体、第二磁体,以及设置在第一磁体、第二磁体形成共同磁场中的磁阻传感器;初始位置时,所述磁阻传感器位于第一磁体的磁场方向与第二磁体的磁场方向相反的位置;所述磁阻传感器被配置为在振膜的振动过程中感应第一磁体、第二磁体共同磁场的变化而输出变化的电信号;还包括调节磁阻传感器与第一磁体、第二磁体之间相互位置的驱动装置。

【技术特征摘要】
1.一种传感器,其特征在于,包括第一衬底以及通过第一间隔部支撑在第一衬底上方的振膜,还包括用于输出表征振膜形变电信号的检测结构;所述检测结构包括第一磁体、第二磁体,以及设置在第一磁体、第二磁体形成共同磁场中的磁阻传感器;初始位置时,所述磁阻传感器位于第一磁体的磁场方向与第二磁体的磁场方向相反的位置;所述磁阻传感器被配置为在振膜的振动过程中感应第一磁体、第二磁体共同磁场的变化而输出变化的电信号;还包括调节磁阻传感器与第一磁体、第二磁体之间相互位置的驱动装置。2.根据权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述驱动装置为压电片或者为用于提供静电力的电极片。3.根据权利要求1所述的传感器,其特征在于,初始位置时,所述磁阻传感器受到第一磁体的磁场,与受到第二磁体的磁场大小相等,方向相反。4.根据权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述第一衬底、第一间隔部、振膜围成了真空腔;其中,振膜在大气压力下的静态偏转距离小于振膜与第一衬底之间的距离;驱动装置设置在振膜上;所述第一磁体、第二磁体以磁极方向相同的方式依次水平布置在振膜上,所述磁阻传感器设置在第一衬底上与第一磁体、第二磁体相对应的位置;或者,所述第一磁体、第二磁体以磁极方向相同的方式依次水平布置在第一衬底上,所述磁阻传感器设置在振膜上与第一磁体、第二磁体相对应的位置。5.根据权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述第一衬底具有与外界连通的中空腔,还包括与振膜隔开的悬臂,所述悬臂、振膜悬置在第一衬底中空腔上方,且所述振膜与第一间隔部、衬底围成了开放式的容腔;驱动装置设置在振膜上和...

【专利技术属性】
技术研发人员:邹泉波冷群文王喆
申请(专利权)人:歌尔股份有限公司北京航空航天大学青岛研究院
类型:发明
国别省市:山东,37

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