一种微机械位移传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种微机械位移传感器及其制造方法，该传感器包括衬底基板(1)、电阻线(2)、第一焊盘(21)和第二焊盘(22)、终端挡板(3)、第一固定壁(41)和第二固定壁(42)、接触电极(5)、滑块(6)、磁性材料(7)、磁体(8)、金属导线(9)和第三焊盘(91)；衬底基板(1)包括正面和与正面相对设置的背面；衬底基板(1)正面分为左右两个区域，左边区域设有第一焊盘(21)、第二焊盘(22)和第三焊盘(91)，还设有终端挡板(3)。本发明专利技术具有结构小巧、分辨率高，批量制造一致性好等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微机械位移传感器，是一种基于微机械加工技术制造的具有移动 部件的位移传感器结构。
技术介绍
位移传感器应用十分广泛，比如在需要建立和维护位置偏置与容差的工程应用 中。位移传感器也称为线性传感器，它把位移量转换为电量，从而实现对位移量的测量。位 移传感器分为电位器式、自感式、电容式、光栅式和霍尔效应等类型。电位器式位移传感器 又分为绕线式电位器位移传感器和非绕线式电位器位移传感器。绕线式位移传感器存在摩 擦和磨损、有阶梯误差、分辨率低和寿命短等缺点，同时在微小尺寸下电阻丝不易绕制在绝 缘骨架中，增加了加工的难度。非绕线式电位器位移传感器是在绝缘基片上制成各种薄膜 元件，分辨率较高、寿命长，耐磨且易校准，但传统的非绕线式电位器位移传感器体积较大。 随着微加工工艺的发展，传统的电位器式位移传感器体积较大，采用微加工技术降低器件 的尺寸是目前技术革新的努力方向。
技术实现思路
： 技术问题:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种微机械位移传感器 及其制造方法，具有结构小巧、分辨率高，批量制造一致性好等特点。
技术实现思路
:为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种微机械位移传感器，该传感器 包括衬底基板、电阻线、第一焊盘和第二焊盘、终端挡板、第一固定壁和第二固定壁、接触电 极、滑块、磁性材料、磁体、金属导线和第三焊盘； 衬底基板包括正面和与正面相对设置的背面； 衬底基板正面分为左右两个区域， 左边区域设有第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘，还设有终端挡板； 右边区域设有滑块以及固定滑块的第一固定壁和第二固定壁； 滑块包括上边框、下边框和连接上边框和下边框的的连接框，上边框、下边框和连 接框形成空间，且该空间开口朝向左边区域;第一固定壁和第二固定壁分别固定在上边框 和下边框;磁性材料覆盖于滑块上边框、下边框和连接框的内表面;接触电极设置在滑块的 空间内，且靠近开口处；磁体放置在衬底基板的背面。优选的，衬底基板表面微电绝缘，电阻线和金属导线为同种材料。本专利技术还提供了 一种微机械位移传感器的制造方法，该方法包括如下步骤： 步骤1:选择绝缘体上的硅作为起始硅片，通过背面光刻和等离子干法刻蚀将底部 刻浅槽； 步骤2:磁控溅射钛和金，并光刻形成接触电极； 步骤3:采用深反应离子刻蚀工艺对背面进行深槽刻蚀，一直到界面的氧化硅层停 止； 步骤4:玻璃基板作为衬底基板，在表面溅射钛、铂和金，然后光刻形成电阻线、金 属导线、及第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘； 步骤5:将SOI硅片和玻璃基板进行阳极键合； 步骤6:硅片正面进行反应离子干法刻蚀硅膜，到界面氧化硅停止； 步骤7:磁控溅射金属镍并刻蚀形成磁性材料，然后腐蚀氧化硅，释放滑块部分； 步骤8:划片后在每个衬底背面贴磁体即完成器件芯片级封装部分。 有益效果：1)本专利技术提出的微机械位移传感器，采用磁力保证接触电极和电阻的 紧密接触，可靠性好;2)整个传感器采用微机械加工实现，可以一次批量制造，一致性好且 成本低;3)采用非绕线式电位器位移结构，结构简单，分辨率较高、寿命长，耐磨;利用磁体 和磁性材料间的吸引力，接触板和电阻条接触良好，抗干扰能力强;结构微小，便于集成;可 采用体硅微机械加工技术，工艺可靠、批量制造容易且成本低；以硅为衬底，且加工方法和 半导体工艺兼容，便于与测量电路集成，可实现自动测量和较高的精度。【附图说明】图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术剖面示意图。图3a为硅衬底底部浅槽刻槽示意图。图3b为接触电极形成示意图。图3c为深槽刻蚀示意图。图3d为玻璃上结构形成示意图。图3e为玻璃和硅阳极键合示意图。图3f为正面硅膜刻蚀示意图。图中，衬底基板1、电阻线2、焊盘21和22、终端挡板3、L型固定壁41和42、接触电极 5、滑块6、磁性材料7、磁体8、金属导线9和焊盘91。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步说明。 本专利技术提供的微机械位移传感器，参见图1，该传感器包括衬底基板1、电阻线2、第 一焊盘21和第二焊盘22、终端挡板3、第一固定壁41和第二固定壁42、接触电极5、滑块6、磁 性材料7、磁体8、金属导线9和第三焊盘91;衬底基板1包括正面和与正面相对设置的背面；衬底基板1正面分为左右两个区域， 左边区域设有第一焊盘21、第二焊盘22和第三焊盘91，还设有终端挡板3;右边区域设有滑块6以及固定滑块6的第一固定壁41和第二固定壁42; 滑块6包括上边框、下边框和连接上边框和下边框的的连接框，上边框、下边框和 连接框形成空间，且该空间开口朝向左边区域;第一固定壁41和第二固定壁42分别固定在 上边框和下边框;磁性材料层7覆盖于滑块6上边框、下边框和连接框的内表面;接触电极5 设置在滑块6的空间内，且靠近开口处； 磁体8放置在衬底基板1的背面。 衬底基板表面微电绝缘，电阻线2和金属导线9为同种材料。 -种微机械位移传感器，如附图1和2所示，传感器由衬底基板1、电阻线2、焊盘21 和22、终端挡板3、L型固定壁41和42、接触电极5、滑块6、磁性材料7、磁体8、金属导线9和焊 盘91组成。衬底材料1为表面绝缘的平坦材料，例如带有氧化膜的硅片，其上表面设有带焊 盘21和22的电阻线2,及金属导线9和焊盘91。在焊盘21和22的外侧的衬底1上设有终端挡板 3,以防止滑块6从电阻线焊盘上方滑出衬底之外。滑块6为矩形框结构，为导体材料，其上表 面覆盖磁性材料层7,例如金属镍薄膜。在滑块的两侧，各有一个L型固定壁41和42挡住滑块 6,该固定壁41和42和衬底牢固粘结，上方的横条防止滑块6离面脱离衬底1。磁体8放置在衬 底材料1的背面，通过对滑块6表面的磁性材料7产生磁吸力，使滑块6固定在衬底表面，同时 保证滑块上的接触电极5和电阻线2和金属导线9紧密接触。 该传感器工作时，衬底1固定在工件1上，滑块6-端固定在工件2上，当工件2相对 于工件1产生位移，将带动滑块6沿电阻线2方向产生移动，设焊盘21接电压V，焊盘22接地 线，电阻线2的总电阻为R，接触电极5和电阻线2的接触点到焊盘22之间的电阻为Rx，则焊盘 vJS.Vi· 91的电压由于RX随滑块6移动而变化，因此输出电压Vo也将反映实际位移的大 小。 -种微机械位移传感器，如附图1和2所示，传感器由衬底基板1、电阻线2、焊盘21 和22、终端挡板3、L型固定壁41和42、接触电极5、滑块6、磁性材料7、磁体8、金属导线9和焊 盘91组成。滑块6相对衬底1沿电阻线2方向位移，将改变接触电极5和电阻线的接触位置，导 致焊盘9输出的电阻或电压随位移位置而变，从而敏感位移的大小。该传感器的制备方法如下： 1)选择绝缘体上的硅（SOI)作为起始硅片，通过背面光刻和等离子干法刻蚀将底 部刻浅槽(图3a); 2)磁控溅射钛和金，并光刻形成接触电极5(图3b); 3)采用深反应离子刻蚀工艺对背面进行深槽刻蚀，一直到界面的氧化硅层停止 (图 3c); 4)玻璃基板作为衬底基板1，在表面溅射钛、铂和金，然后光刻形成电阻线2、金属 导线9、及焊盘21、21和91 (图3d); 5)将SOI硅片和玻璃基板进行阳极键合(图3e); 6)硅片正面进行反应离子干法刻蚀硅膜，到界面氧化硅停止(图3f); 7)磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机械位移传感器，其特征在于，该传感器包括衬底基板(1)、电阻线(2)、第一焊盘(21)和第二焊盘(22)、终端挡板(3)、第一固定壁(41)和第二固定壁(42)、接触电极(5)、滑块(6)、磁性材料(7)、磁体(8)、金属导线(9)和第三焊盘(91)；衬底基板(1)包括正面和与正面相对设置的背面；衬底基板(1)正面分为左右两个区域，左边区域设有第一焊盘(21)、第二焊盘(22)和第三焊盘(91)，还设有终端挡板(3)；右边区域设有滑块(6)以及固定滑块(6)的第一固定壁(41)和第二固定壁(42)；滑块(6)包括上边框、下边框和连接上边框和下边框的的连接框，上边框、下边框和连接框形成空间，且该空间开口朝向左边区域；第一固定壁(41)和第二固定壁(42)分别固定在上边框和下边框；磁性材料层(7)覆盖于滑块(6)上边框、下边框和连接框的内表面；接触电极(5)设置在滑块(6)的空间内，且靠近开口处；磁体(8)放置在衬底基板(1)的背面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦明，王庆贺，穆林，叶一舟，高磬雅，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32