免封装电磁驱动式微小型电场传感器制造技术

一种免封装电磁驱动式电场传感器，其中：绝缘支撑结构为一板状体，其上表面设置一屏蔽金属层；绝缘支撑结构间开设有一带台阶的孔，以嵌入安装电磁驱动元件；电磁驱动元件的振动膜上表面设置有一层感应金属层。在电磁驱动元件两端施加交流电压时，其交变的电流通过电磁驱动元件内部的线圈发生振动，驱动电磁驱动元件上的振动膜带动感应金属层一起振动；感应金属层在屏蔽金属层附近振动时，感应金属层上产生的感应电荷随着感应电荷周期性的变化，感应金属层输出一个正比于外电场的交变电流，通过外部测量电路检测出该电流的大小，实现外电场测量。相比传统的电场传感器，本发明专利技术具有体积小、功耗低、免封装、成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电场传感器，详细地说，涉及一种免封装电磁驱动式 小型电场传感器。
技术介绍
电场传感器广泛应用在气象研究和航空航天领域，如对雷电等天气现 象进行预警，为飞行器的安全发射提供安全保障；还用于对电力设备进行 故障检测和对高压输电线进行电场监测；为静电敏感的行业如半导休生产 组装、化学药品生产等提供重要的安全预警，以避免因静电放电引发安全 事故；另外，在森林防火，石油勘探等领域，电场传感器也有很大的潜在 应用价值。随着加工制造技术迅速发展，近年来出现了体积小，低功耗的基于 MEMS技术的微型电场传感器，并且这种传感器已经成为电场传感器的重 要发展方向。但是这种传感器彻底实现实用化，还有很多重要问题需要解 决，比如封装问题，是目前公认的难点技术，至今尚未圆满解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种免封装电磁驱动式微小型电场传感器，这 种传感器最大的特点在于结实耐用，其敏感结构可以直接暴露于空气中， 从而实现免封装。为实现上述目的，本专利技术提供的免封装电磁驱动式电场传感器，由电 磁驱动元件、屏蔽金属层、感应金属层和绝缘支撑结构构成；其中绝缘支撑结构为一板状体，其上表面设置一屏蔽金属层；绝缘支撑结 构间开设有一带台阶的孔，以嵌入安装电磁驱动元件；电磁驱动元件的振动膜上表面设置有一层感应金属层；由上述结构，在电磁驱动元件两端施加交流电压时，其交变的电流通过电磁驱动元件内部的线圈，在磁体产生的磁场的作用下，线圈发生振动， 驱动电磁驱动元件上的振动膜带动感应金属层一起振动；感应金属层在屏蔽金属层附近振动时，感应金属层上产生的感应电荷 随着感应电荷周期性的变化，感应金属层输出一个正比于外电场的交变电 流，通过外部测量电路检测出该电流的大小，实现外电场测量。所述的免封装电磁驱动式电场传感器，其中，电磁驱动元件与绝缘支 撑结构之间采用胶水粘结或热融胶粘结。所述的免封装电磁驱动式电场传感器，其中，感应金属层采用蒸发或 溅射工艺制作，或喷涂导电胶、导电溶液制作，或粘贴导电的金属薄片制 作。所述的免封装电磁驱动式电场传感器，其中，屏蔽金属层采用蒸发或 溅射工艺制作，或粘贴导的金属电薄片制作。所述的免封装电磁驱动式电场传感器，其中，导电的金属薄片为锡箔 纸或导电胶带。所述的免封装电磁驱动式电场传感器，其中，绝缘支撑结构采用具有刚度的绝缘材料制作。所述的免封装电磁驱动式电场传感器，其中，绝缘材料为塑料或木材。 所述的免封装电磁驱动式电场传感器，其中，屏蔽金属层接地。 本专利技术提供的免封装电磁驱动式电场传感器，与传统的机械式电场传感器相比，结构简单、体积变小，重量减轻，成本降低，具有很好的实用化前景。附图说明图1是本专利技术免封装电磁驱动式电场传感器结构示意图。 图2是本专利技术免封装电磁驱动式电场传感器结构侧视图。 图3是本专利技术表面有金属层的电磁驱动元件示意图。 图4是电磁驱动元件工作原理。 图5是盒式电场传感器具体实施例方式本专利技术提供的免封装电磁驱动式电场传感器，其结构包括电磁驱动 元件、感应金属层、屏蔽金属层等。传感器的输出信号可感应金属层输出， 并由外部测量电路进行检测。本专利技术所选用的电磁驱动元件为公知技术，其包括一层绝缘振动膜、 一块磁体以及嵌入磁体的线圈，当交变电流通过线圈时，磁体会对线圈产 生电磁驱动力，由于线圈与振动膜直接相连，可以带动振动膜产生振动。感应金属层是一层较薄的金属，直接覆盖在振动膜上，当振动膜振动 时，感应金属层也随之发生振动。屏蔽金属层位于感应金属层上方，当传感器工作时，感应金属/3会发 生周期性振动，与屏蔽金属层的位置关系也在周期性改变，从而实现调制 外电场的目的。由于这种电磁驱动元件的振动膜结实，不易破损，因此感应导体不需 要封装，可直接暴露于空气中，从而避免了封装问题给传感器设计带来的困难。下面结合附图作详细描述。本专利技术提供的免封装电磁驱动式电场传感器，其结构如图1和图2所 示，由电磁驱动元件l、屏蔽金属层2、感应金属层3以及绝缘支撑结构4 构成。绝缘支撑结构4中间有个台阶孔，电磁驱动元件1可以嵌入其中， 电磁驱动元件1的四周可以固定起来，比如采用胶水粘结、热融胶粘结等 办法。电磁驱动元件1的表面有一层感应金属层3，这层感应金属层3可采 用半导体工艺里常用的蒸发或溅射的方法制备，如图3所示。采用这种工 艺制备的感应金属层的厚度均匀，对电场的畸变影响小。当然在实际应用 中，如果希望能进一步降低传感器的成本，也可以采用在振动膜上喷涂导 电溶液、导电胶、甚至直接黏附锡箔纸、导电胶带等导电材料的办法制作 感应金属层。电磁驱动元件1的工作原理如图4所示，当电磁驱动元件两端施加交 流电压时，会有交变的电流通过其内部的线圈，在磁体产生的磁场的作用 下，线圈会发生振动，驱动振动膜一起振动，从而带动感应金属层3—起振动。当传感器工作时，感应金属层3会随振动膜一起发生周期性振动。当 感应金属层3在屏蔽金属层2附近振动时，感应金属层3上产生的感应电 荷会发生变化，随着感应电荷周期性的变化，感应金属层3会输出一个正 比于外电场E的交变电流，通过外部测量电路检测出该电流的大小，便可 以实现外电场测量。屏蔽金属层2的制作相对容易，可以直接选择较薄的金属制作，如薄 薄片，锡箔纸等。当然也可以采用溅射和蒸发的工艺来制备。用于固定电磁驱动元件1的绝缘支撑结构4可以采用刚度较好的绝缘 材料制作，比如塑料，木材等。另外，还可以直接将电磁驱动元件装在一个盒子里(参见图5所示)， 这样，其它方向的电场耦合小，但是在密闭空间中，空气会对振动膜的振 动产生影响，从而影响电磁驱动元件的动态特性，因此如果采用这种方式， 要注意更合理的设计结构，尽可能地减小空气的影响。但从原理上来说， 这种方式也是可以完成电场测量的。权利要求1、一种免封装电磁驱动式电场传感器，由电磁驱动元件、屏蔽金属层、感应金属层和绝缘支撑结构构成；其中绝缘支撑结构为一板状体，其上表面设置一屏蔽金属层；绝缘支撑结构间开设有一带台阶的孔，以嵌入安装电磁驱动元件；电磁驱动元件的振动膜上表面设置有一层感应金属层；由上述结构，在电磁驱动元件两端施加交流电压时，其交变的电流通过电磁驱动元件内部的线圈，在磁体产生的磁场的作用下，线圈发生振动，驱动电磁驱动元件上的振动膜带动感应金属层一起振动；感应金属层在屏蔽金属层附近振动时，感应金属层上产生的感应电荷随着感应电荷周期性的变化，感应金属层输出一个正比于外电场的交变电流，通过外部测量电路检测出该电流的大小，实现外电场测量。2、 如权利要求1所述的免封装电磁驱动式电场传感器，其中，电磁 驱动元件与绝缘支撑结构之间采用胶水粘结或热融胶粘结。3、 如权利要求1所述的免封装电磁驱动式电场传感器，其中，感应 金属层采用蒸发或溅射工艺制作，或喷涂导电胶、导电溶液制作，或粘贴 导电的金属薄片制作。4、 如权利要求1所述的免封装电磁驱动式电场传感器，其中，屏蔽 金属层采用蒸发或溅射工艺制作，或粘贴导的金属电薄片制作。5、 如权利要求3或4所述的免封装电磁驱动式电场传感器，其中， 导电的金属薄片为锡箔纸或导电胶带。6、 如权利要求1所述的免封装电磁驱动式电场传感器，其中，绝缘 支撑结构采用具有刚度的绝缘材料制作。7、 如权利要求6所述的免封装电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种免封装电磁驱动式电场传感器，由电磁驱动元件、屏蔽金属层、感应金属层和绝缘支撑结构构成；其中：　绝缘支撑结构为一板状体，其上表面设置一屏蔽金属层；绝缘支撑结构间开设有一带台阶的孔，以嵌入安装电磁驱动元件；　电磁驱动元件的振动膜上表面设置有一层感应金属层；　由上述结构，在电磁驱动元件两端施加交流电压时，其交变的电流通过电磁驱动元件内部的线圈，在磁体产生的磁场的作用下，线圈发生振动，驱动电磁驱动元件上的振动膜带动感应金属层一起振动；　感应金属层在屏蔽金属层附近振动时，感应金属层上产生的感应电荷随着感应电荷周期性的变化，感应金属层输出一个正比于外电场的交变电流，通过外部测量电路检测出该电流的大小，实现外电场测量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夏善红，叶超，郑凤杰，陈绍凤，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]