一种全金属电容极板微加速度传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种全金属电容极板微加速度传感器。所述的传感器为三层全金属结构，包括动极板和上、下固定极板；其中，动极板包含锚点、质量块、悬臂梁、框架。其连接关系是，所述的锚点与悬臂梁固定连接；悬臂梁和质量块固定连接，构成敏感芯片的可动部分；锚点和框架固定连接；质量块与上、下固定极板之间存在间隙，间隙上、下表面均为全金属结构；所述的上固定极板与动极板锚点上表面通过键合连接；所述的下固定极板与锚点下表面通过键合连接。本实用新型专利技术的键合采用热压键合完成，质量块与上、下极板间的空隙可以灵活精确控制。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供了一种全金属电容极板微加速度传感器。所述的传感器为三层全金属结构，包括动极板和上、下固定极板；其中，动极板包含锚点、质量块、悬臂梁、框架。其连接关系是，所述的锚点与悬臂梁固定连接；悬臂梁和质量块固定连接，构成敏感芯片的可动部分；锚点和框架固定连接；质量块与上、下固定极板之间存在间隙，间隙上、下表面均为全金属结构；所述的上固定极板与动极板锚点上表面通过键合连接；所述的下固定极板与锚点下表面通过键合连接。本技术的键合采用热压键合完成，质量块与上、下极板间的空隙可以灵活精确控制。【专利说明】一种全金属电容极板微加速度传感器
本技术属于微电子机械系统领域，具体涉及一种全金属电容极板微加速度传 感器，与CMOS具有良好的兼容性，该器件通过氧化层控制电容间隙，可以灵活调整灵敏度， 封装采用更可靠的热压键合。
技术介绍
对于电容式微加速度传感器，保证极板间电容间隙的一致性是非常重要的，一般 采用湿法腐蚀的方法制作极板间隔，但是腐蚀液和腐蚀条件的不一致，如腐蚀液浓度、腐蚀 温度等条件的变化会导致腐蚀结果有很大变化，直接导致较小电容间隙难以精确控制。 为保护电容使微加速度传感器免受外界外界环境的污染，使传感器结构保持稳 定，需对其进行封装处理。封装要保证不影响传感器的性能，引线和安装可靠，且简单易实 现，便于批量生产，目前的封装主要采用键合完成。若键合材料不同，热膨胀系数不同，键合 时必然会引入残余应力，这种情况下必须考虑温度对传感器性能的影响。若键合时需要加 高电压，会存在强烈的静电引力，因电容式微传感器包含可动部分，可能会出现中间极板与 上或下极板粘连，破坏传感器结构。另外，考虑MEMS与CMOS的兼容性，最优的电容式微加 速度传感器必然是全金属结构的。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种全金属电容极板微加速度传感器，传感器为三层 结构，电容极板间距离由氧化硅厚度决定，可以精确控制微加速度传感器的灵敏度，且工艺 简单易操作，重复性强，易于实现批量化。电容极板为全金属结构，封装采用金-金热压键 合，无需加电压，可以避免因电压使两块极板粘结造成的微结构损坏，且用于键合的材料相 同，可以避免因热膨胀系数不同而引入的残余应力。 本技术是通过以下技术方案实现的。 本技术的全金属电容极板微加速度传感器，其特点是，所述的传感器包括上 固定极板、下固定极板、动极板；其中，动极板含有锚点、悬臂梁、质量块、上表面动电极、下 表面动电极、锚点上键合面、锚点下键合面、上传输电极、下传输电极、框架、引线盘。上固定 极板含有上限位凸台、上键合面、上引线盘、上基板。下固定极板含有下限位凸台、下键合 面、下引线盘、下基板。其连接关系是，所述的锚点与锚点上键合面、锚点下键合面分别固定 连接；所述的锚点与悬臂梁固定连接；所述的锚点与框架、引线盘分别固定连接。所述的悬 臂梁与上传输电极、下传输电极分别固定连接；所述的悬臂梁与质量块固定连接。所述的质 量块与上表面动电极、下表面动电极分别固定连接。所述的上固定极板与上限位凸台固定 连接。所述的上限位凸台与上键合面固定连接。所述的上引线盘与上基板固定连接。所述 的下固定极板与下限位凸台固定连接。所述的下限位凸台与下键合面固定连接。所述的下 引线盘与下基板固定连接。所述的动极板与上固定极板、下固定极板分别通过键合连接。 所述的动极板与上固定极板、下固定极板之间的上间隙、下间隙分别通过上限位 凸台、下限位凸台设置。 所述的动极板与上固定极板通过锚点上键合面、上键合面固定连接。 所述的动极板与下固定极板通过锚点下键合面、下键合面固定连接。 所述的上表面动电极、下表面动电极、锚点上键合面、锚点下键合面、上传输电极、 下传输电极、上键合面、下键合面、上固定电极与下固定电极厚度均相同。 本技术的全金属电容极板微加速度传感器，当沿器件法线方向的加速度作用 于器件时，惯性力使质量块发生偏移，导致上下两个电容发生变化，产生电容差，得到控制 电压，再反馈到施力电极，产生的静电力作用于质量块上，质量块回到原来的位置。反馈电 压与被测加速度存在一定关系，从而测出加速度。 本技术的全金属电容极板微加速度传感器其优点是： 1.电容上、下两个极板均为全金属平面结构，与娃-娃面电容和娃-金属面电容 相比更接近于理想电容。 2.设计的电容式微加速度传感器为全金属结构，可以与CMOS兼容。 3.采用金-金热压键合。热压键合无需加电压，避免因电压使两块极板粘结造成 的微结构损坏。 4.键合需要在高温下进行，相同金属材料键合可以避免因不同材料热膨胀系数不 同而引入的残余应力，不用考温度对灵敏度的影响。 5.采用氧化层控制电容极板间距。用硅表面生长氧化层代替腐蚀硅来制作质量 块动电极和上、下固定电极之间的间隔，可以通过控制氧化硅生长厚度精确控制电容间隙， 实现了微小电容间距的制作，可以灵活控制灵敏度，且工艺实现简单，利于批量生产。 6.上、下固定电极制作在低阻娃表面，且动极板和上、下固定极板为全金属结构， 引线操作简单。 7.动极板金属层覆盖整个表面，动电极信号沿质量块、悬臂梁和锚点表面金属层 传出，避免图形化金属层必须的光刻、腐蚀等一些工艺步骤造成的污染。 【专利附图】【附图说明】 图1为本技术的全金属电容极板微加速度传感器整体图； 图2为本技术的全金属电容极板微加速度传感器分解图； 图3为本技术的全金属电容极板微加速度传感器中的敏感芯片示意图； 图4为本技术的全金属电容极板微加速度传感器中的敏感芯片俯视图； 图5为沿图1 A-A剖线的剖面图； 图中，1.锚点 2.上基板 3.下基板 4.悬臂梁 5.质量 块 61.锚点上键合面 62.锚点下键合面 63.上传输电极 64.下传输 电极 71.上键合面 72.下键合面 81.上限位凸台 82.下限位凸台 91.上固定电极 92.下固定电极 101.上间隙 102.下间隙 11.动极 板 12.框架 13.上引线盘 14.引线盘 15.下引线盘 16.上固定极 板 17.下固定极板。 【具体实施方式】 下面结合附图对本技术作进一步描述。 实施例1 图1为本技术的全金属电容极板微加速度传感器整体图，图2为本技术 的全金属电容极板微加速度传感器分解图，图3为本技术的全金属电容极板微加速度 传感器中的敏感芯片示意图，图4为本技术的全金属电容极板微加速度传感器中的敏 感芯片俯视图，图5为沿图1 A-A剖线的剖面图。在图1~5中，本技术的全金属电容极 板微加速度传感器，包括上固定极板16、下固定极板17、动极板11 ;其中，动极板11含有锚 点1、悬臂梁4、质量块5、上表面动电极65、下表面动电极66、锚点上键合面61、锚点下键合 面62、上传输电极63、下传输电极64、框架12、引线盘14 ;上固定极板16含有上限位凸台 81、上键合面71、上引线盘13、上基板2 ;下固定极板17含有下限位凸台82、下键合面72、 下引线盘15、下基板3 ;其连接关系是，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全金属电容极板微加速度传感器，其特征在于：所述的传感器包括上固定极板（16）、下固定极板（17）、动极板（11）；其中，动极板（11）含有锚点（1）、悬臂梁（4）、质量块（5）、上表面动电极（65）、下表面动电极（66）、锚点上键合面（61）、锚点下键合面（62）、上传输电极（63）、下传输电极（64）、框架（12）、引线盘（14）；上固定极板（16）含有上限位凸台（81）、上键合面（71）、上引线盘（13）、上基板（2）；下固定极板（17）含有下限位凸台（82）、下键合面（72）、下引线盘（15）、下基板（3）；其连接关系是，所述的锚点（1）与锚点上键合面（61）、锚点下键合面（62）分别固定连接；所述的锚点（1）与悬臂梁（4）固定连接；所述的锚点（1）与框架（12）、引线盘（14）分别固定连接；所述的悬臂梁（4）与上传输电极（63）、下传输电极（64）分别固定连接；所述的悬臂梁（4）与质量块（5）固定连接；所述的质量块（5）与上表面动电极（65）、下表面动电极（66）分别固定连接；所述的上固定极板（16）与上限位凸台（81）固定连接；所述的上限位凸台（81）与上键合面（71）固定连接；所述的上引线盘（13）与上基板（2）固定连接；所述的下固定极板（17）与下限位凸台（82）固定连接；所述的下限位凸台（82）与下键合面（72）固定连接；所述的下引线盘（15）与下基板（3）固定连接；所述的动极板（11）与上固定极板（16）、下固定极板（17）分别通过键合连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐彬，席仕伟，姚明秋，程永生，李玉萍，王旭光，沈朝阳，谭刚，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51