磁力计制造技术

一种磁力计，包括一个悬浮的质量块，一组Y方向位移侦测电极，一组Z方向位移侦测电极，以及一电流供应模块；其中，该质量块、该Y方向位移侦测电极与Z方向位移侦测电极分别包括若干金属层与介于任二金属层间的介电层；该质量块中，对应于该Y方向位移侦测电极的部分，以及对应于该Z方向位移侦测电极的部分，分别有至少二金属层通过通孔连接；该Y方向位移侦测电极包括二组电极，各组包括至少二层通过通孔连接的金属层，该Z方向位移侦测电极也包括二组电极，各组包括至少二层通过通孔连接的金属层；且该电流供应模块供应可选择的分别沿该X方向或Y方向流经该质量块的电流。

Magnetometer

A magnetometer consists of a suspended mass, a group of Y-direction displacement detection electrodes, a group of Z-direction displacement detection electrodes and a current supply module. The mass block, the Y-direction displacement detection electrodes and the Z-direction displacement detection electrodes include several metal layers and dielectric layers between any two metal layers, respectively. In the mass block, the Y-direction displacement detection electrodes correspond to the Y-direction displacement detection. The Y-direction displacement detection electrodes include two groups of electrodes, each group includes at least two metal layers connected through a through-hole, the Z-direction displacement detection electrodes also include two groups of electrodes, each group includes at least two metal layers connected through a through-hole, and each group includes at least two metal layers connected through a through-hole. The supply module supplies alternative currents flowing through the mass block along the X or Y directions, respectively.

【技术实现步骤摘要】
磁力计
本专利技术涉及一种微型磁力计，特别涉及一种可同时测量三轴磁量的微型磁力计。
技术介绍
微型磁力计是一种广泛应用在例如智能型手机、穿戴型装置及物联网装置(InternetofThings–IOT–devices)的组件。微型磁力计也可以应用在其他工程、科学及工业领域。为在现代的应用上提供磁力测量的功能，微型磁力计必须高度集积化，低耗电且能提供正确的磁力/磁场测量。在各种微型磁力计中，应用罗伦兹力(theLorentzforces)原理制作的磁力计，较合于实用。因为这种微型磁力计可以标准的CMOS制程制作。新型的微型磁力计结构，都是应用罗伦兹力原理工作。应用罗伦兹力的磁力计基本上包括一质量块，通过弹簧悬吊在结构上或基板上。对该质量块提供一定电流，该电流与存在地球磁场或其他磁力物体发出的磁力，会产生罗伦兹力，将该质量块向垂直于该电流方向及该磁力方向的方向移动。侦测用电极通常形成梳形或指状，与该质量块边缘形成的梳形或指状交错，并维持一距离；两者间等同一电容。该侦测用电极可侦测到因质量块移动，导致质量块与侦测用电极间的相对位置变化所产生的电容值变化，产生侦测信号。该侦测信号经过转变成电压形式后，作为输出信号。所产生的输出信号代表该质量块在磁力影响下的位移方向与位移量，可据以计算出该磁力值。已知的微型磁力计因利用微机电制程或CMOS制程制作，体积极小，多数只能提供单一方向磁量的测量。业界的人也提出若干通过单一磁力计测量同平面两方向磁量的设计。但这种设计并不能测量与该平面垂直的第三方向的磁量。WO2013159584A1公开一种微机械磁场传感器，该磁场传感器可同时测量XY两方向的磁量。但该专利技术未提供Z方向，即垂直于XY平面方向的磁量测量。US8,637,943B1公开一种多轴集积型微机电装置，其中包含3组磁力计，用于测量3轴的磁量。US2012/0007597A1公开一种微机械磁力计结构，使用一组XY轴磁力侦测器与一组Z轴磁力侦测器，以提供三轴的磁力测量。其中，该XY轴磁力侦测器与该Z轴磁力侦测器为不同型态的侦测器。US8,390,283B2提供一种三轴磁力计，使用3组通过磁隧结传感器组成的惠斯登电桥，提供三轴的磁力侦测功能。目前业界亟须提供一种微型磁力计的新颖结构，以提供三轴的磁力侦测功能。同时也需要提供一种新颖的微型磁力计结构，可使用单一质量块提供三轴的磁力侦测功能。同时也需要提供一种可利用标准CMOS制程特性，将三轴的磁力测量功能集积于单一质量块的磁力计。
技术实现思路
本专利技术提供一种仅利用单一质量块，即可测量三轴磁力量的磁力计。本专利技术也提供一种利用标准CMOS制程特性，将三轴的磁力测量功能集积于单一质量块的磁力计磁力计，包括一个悬浮的质量块，一组Y方向位移侦测电极，一组Z方向位移侦测电极，以及一电流供应模块。该Y方向代表该质量块所在平面上的两垂直方向中的一方向，且该Z方向代表垂直于该平面的方向。其中，该质量块的长度方向与该Y方向平行，并包括若干金属层与若干介电层，以介电层与金属层交互堆栈方式形成；该Y方向位移侦测电极与Z方向位移侦测电极分别包括若干金属层与介于任二金属层间的介电层。其中，该质量块中，对应于该Y方向位移侦测电极的部分，有至少二金属层通过通孔(via)连接；对应于该Z方向位移侦测电极的部分，有至少二金属层通过通孔连接。且该Y方向位移侦测电极包括二组电极，各组包括至少二层通过通孔连接的金属层，该Z方向位移侦测电极也包括二组电极，各组包括至少二层通过通孔连接的金属层。该电流供应模块供应流经该质量块的电流。该通孔可用金属材质填满。该质量块中，对应于该Y方向位移侦测电极的部分，与对应于该Z方向位移侦测电极的部分，可位于不同平面，也可位于相同平面。如位于相同平面，则该二部分互相电性绝缘。该磁力计还可包括侦测电路，对应于该电流供应模块的供电状态，根据该电流供应模块电流流经该质量块的方向与该Y方向位移侦测电极或该Z方向位移侦测电极的输出，计算X、Y、Z三方向的磁量。该X方向为在该质量块所在平面上，与该Y方向垂直的方向。在本专利技术的若干较佳实例中，该质量块、该Y方向位移侦测电极与该Z方向位移侦测电极，共同形成于一包含若干金属层与若干介电层依序堆栈形成的结构物上，且该质量块以一空间与该Y方向位移侦测电极、该Z方向位移侦测电极分离。在此实例中，该Y方向位移侦测电极与该Z方向位移侦测电极在靠近该质量块的一侧，均形成向该X/Y平面延伸的指状延伸；该质量块也在靠近该Y方向位移侦测电极与该Z方向位移侦测电极的侧面，形成向该X/Y平面延伸的指状延伸，并延伸进入该Y方向位移侦测电极与该Z方向位移侦测电极的指状延伸形成的凹部内。在上述实施例中，该Y方向位移侦测电极位于该结构物的第一与第二金属层。在此实例中，该Y方向侦测电极的第一组电极可包括若干指状电极，第二组电极也包括若干指状电极，两者的指状电极互相交错配置，并使一对包含一支第一组电极指状电极与一支第二组电极指状电极的指状电极对，对应于该质量块的一指状延伸。在一种较佳实例中，该磁力计包括二群Y方向位移侦测电极，各群Y方向位移侦测电极分别包括二组电极，均位于该结构物的第一、第二金属层。较好使该Y方向位移侦测电极各组电极的第一与第二金属层通过一通孔连接。在上述实例中，该Z方向位移侦测电极分别位于该结构物的第三、第四金属层，以及第五、第六金属层；该第三、第四金属层与该第五、第六金属层位于Z方向上的不同高度。在一种较佳实例中，该磁力计包括二群Z方向位移侦测电极，各群Z方向位移侦测电极分别包括二组电极，各位于该结构物的第三、第四金属层，以及第五、第六金属层；该第三、第四金属层位于该第五、第六金属层的上方。也就是说，第一群Z方向位移侦测电极的第一组电极，与第二群Z方向位移侦测电极的第一组电极位在同一平面，且第一群Z方向位移侦测电极的第二组电极，与第二群Z方向位移侦测电极的第二组电极位在同一平面。该第一、第二金属层，与该第三至第六金属层间，通过至少一介电层保持一预定距离。在上述实例中，较好使该Z方向位移侦测电极的第三、第四金属层通过一通孔连接，并使其第五、第六金属层也通过一通孔连接。该通孔可以金属材料填充。再者，该质量块的第一与第二金属层也可以一通孔连接，第四、第五金属层通过一通孔连接。该通孔可用金属材料填充。该Y方向位移侦测电极可位于该质量块在X方向的两侧，且该二Z方向位移侦测电极也位于该质量块在X方向的两侧。该质量块提供至少4接点，可供电性链接该电流供应模块，使该电流供应模块供应的电流可选择的分别沿该X方向或Y方向流经该质量块。该侦测电路链接该电流供应模块，以及该Y方向位移侦测电极、该Z方向位移侦测电极的各组电极，以与该电流供应模块的操作同步，侦测该Y方向位移侦测电极与该质量块对应于该Y方向位移侦测电极的部分间的电容变化，以测定该质量块在磁场作用下，在Y方向的位移量；并侦测该Z方向位移侦测电极与该质量块对应于该Z方向位移侦测电极的部分间的电容变化，以测定该质量块在磁场作用下，在Z方向的位移量。该侦测电路并进一步可依据该电流的流经方向与该Y/Z方向的位移量，计算该磁场于X/Y/Z各方向的磁量。在本专利技术的较佳实例中，该侦测电路在该电流供应模块对该质量块施予X方向的电流时，测量该质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁力计，包括一个悬浮的质量块，一组Y方向位移侦测电极，一组Z方向位移侦测电极，以及一电流供应模块；该Y方向代表该质量块所在平面上的两垂直方向中的一方向，该质量块所在平面上的两垂直方向中的另一方向为X方向，且该Z方向代表垂直于该平面的方向；其中，该质量块的长度方向与该Y方向平行，并包括若干金属层与若干介电层，以介电层与金属层交互堆栈方式形成；该Y方向位移侦测电极与Z方向位移侦测电极分别包括若干金属层与介于任二金属层间的介电层；该质量块中，对应于该Y方向位移侦测电极的部分，有至少二金属层通过通孔连接；对应于该Z方向位移侦测电极的部分，有至少二金属层通过通孔连接；以及该Y方向位移侦测电极包括二组电极，各组包括至少二层通过通孔连接的金属层，该Z方向位移侦测电极也包括二组电极，各组包括至少二层通过通孔连接的金属层；以及该电流供应模块供应可选择的分别沿该X方向或Y方向流经该质量块的电流。

【技术特征摘要】
1.一种磁力计，包括一个悬浮的质量块，一组Y方向位移侦测电极，一组Z方向位移侦测电极，以及一电流供应模块；该Y方向代表该质量块所在平面上的两垂直方向中的一方向，该质量块所在平面上的两垂直方向中的另一方向为X方向，且该Z方向代表垂直于该平面的方向；其中，该质量块的长度方向与该Y方向平行，并包括若干金属层与若干介电层，以介电层与金属层交互堆栈方式形成；该Y方向位移侦测电极与Z方向位移侦测电极分别包括若干金属层与介于任二金属层间的介电层；该质量块中，对应于该Y方向位移侦测电极的部分，有至少二金属层通过通孔连接；对应于该Z方向位移侦测电极的部分，有至少二金属层通过通孔连接；以及该Y方向位移侦测电极包括二组电极，各组包括至少二层通过通孔连接的金属层，该Z方向位移侦测电极也包括二组电极，各组包括至少二层通过通孔连接的金属层；以及该电流供应模块供应可选择的分别沿该X方向或Y方向流经该质量块的电流。2.如权利要求1所述的磁力计，其特征在于：该通孔用金属材质填充。3.如权利要求1所述的磁力计，其特征在于：该质量块中，对应于该Y方向位移侦测电极的部分，与对应于该Z方向位移侦测电极的部分位于不同平面。4.如权利要求1所述的磁力计，其特征在于：该质量块中，对应于该Y方向位移侦测电极的部分，与对应于该Z方向位移侦测电极的部分位于相同平面，并互相电性绝缘。5.如权利要求1所述的磁力计，其特征在于：还包括一侦测电路，对应于该电流供应模块的供电状态，根据该电流供应模块电流流经该质量块的方向与该Y方向位移侦测电极或该Z方向位移侦测电极的输出，计算X、Y、Z三方向的磁量；其中，该X方向为在该质量块所在平面上，与该Y方向垂直的方向。6.如权利要求1所述的磁力计，其特征在于：该Y方向位移侦测电极与该Z方向位移侦测电极在靠近该质量块的一侧，均形成向X/Y平面延伸的指状延伸，该X/Y平面为X方向和Y方向形成的平面；该质量块也在靠近该Y方向位移侦测电极与该Z方向位移侦测电极的侧面，形成向该X/Y平面延伸的指状延伸，并延伸进入该Y方向位移侦测电极与该Z方向位移侦测电极的指状延伸形成的凹部内。7.如权利要求1所述的磁力计，其特征在于：该质量块、该Y方向位移侦测电极与该Z方向位移侦测电极，共同形成于一包含若干金属层与若干介电层依序堆栈形成的结构物上，且该质量块以一空间与该Y方向位移侦测电极、该Z方向位移侦测电极分离。8.如权利要求7所述的磁力计，其特征在于：该Y方向位移侦测电极位于该结构物的第一与第二金属层；该Y方向位移侦测电极第一组电极包括若干指状电极，第二组电极也包括若干指状电极，两者的指状电极互相交错配置，并使一对包含一支第一组电极指状电极与一支第二组电极指状电极的指状电极对，对应于该质量块的一指状延伸。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：温瓌岸，江泰维，
申请(专利权)人：硕英股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71