CN105439071A - 一种电磁式振动传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁式振动传感器及其制备方法，包括：正面设有凹槽的第一硅基底、与该第一硅基底键合以形成空腔的第二硅基底以及粘附于所述第一硅基底背面的磁铁；所述第二硅基底上依次设有第一绝缘层、第一金属线圈、第二绝缘层以及第二金属线圈，所述第一金属线圈与所述第二金属线圈在线圈内部终端贯通第二绝缘层形成接触；所述第一硅基底背面的磁铁与所述凹槽底部通过深反应离子刻蚀释放为可动结构或者所述第二硅基底以及设于该第二硅基底上的第一、二绝缘层、第一、二金属线圈通过深反应离子刻蚀释放为可动结构。本发明在没有外界交变磁场干扰条件下，传感器无零偏，采用MEMS工艺制作，体积小，适合规模化制造，且易于与信号调理电路集成。

Description

一种电磁式振动传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及微机电***和微机械加工领域领域，特别是涉及一种电磁式振动传感器及其制备方法。

背景技术

电磁式振动传感器是指利用电磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电势输出。这种传感器的工作不需要外加电源，而是直接吸取被测物体的机械能并转换成电信号输出，它是一种典型的发电型传感器。

传统机械式电磁振动传感器将工程振动的参量转换成机械信号，再经机械***放大后，进行测量、记录，常用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪。但是传统机械式电磁振动传感器有体积大、质量重、不适合规模化制造、测量的频率较低的缺点。另外，传统机械式电磁振动传感器不易与其信号调理电路集成。

鉴于此，本发明提供一种新的一种电磁式振动传感器及其制备方法以解决上述技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种电磁式振动传感器及其制备方法，此电磁式振动传感器无零偏，体积小，易于与信号调理电路集成，且可以通过调整可动部件的形状和尺寸适应不同振动频率的检测。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电磁式振动传感器，所述振动传感器至少包括：正面设有凹槽的第一硅基底、与该第一硅基底键合以形成空腔的第二硅基底以及粘附于所述第一硅基底背面的磁铁；所述第二硅基底上设有第一绝缘层、设置于该第一绝缘层上的第一金属线圈、设置于所述第一绝缘层和所述第一金属线圈上的第二绝缘层以及设于所述第二绝缘层上的第二金属线圈；所述第一金属线圈与所述第二金属线圈在线圈内部终端贯通第二绝缘层形成接触；所述第一硅基底背面的磁铁与所述凹槽底部通过深反应离子刻蚀释放为可动结构或者所述第二硅基底以及设于该第二硅基底上的第一、二绝缘层、第一、二金属线圈通过深反应离子刻蚀释放为可动结构。

优选地，所述第一硅基底为平板或质量块。

优选地，所述第二硅基底为平板或质量块。

本发明还提供一种上述的电磁式振动传感器的制备方法，所述方法至少包括步骤：

a)提供第二硅基底以及正面设有凹槽的第一硅基底，在所述第二硅基底正面氧化形成第一绝缘层；接着在该第一绝缘层上沉积第一金属层；

b)图形化所述第一层金属层，形成第一金属线圈；

c)继续沉积形成覆盖所述第一金属线圈和第一绝缘层的第二绝缘层；

d)图形化所述第二绝缘层，并在所述第一金属线圈内部的终端上方形成接触孔，用于所述第一金属线圈与第二金属层的电连接；

e)在所述图形化的第二绝缘层上沉积形成覆盖接触孔和第二绝缘层的第二金属层；

f)图形化第二金属层，形成第二金属线圈；

g)采用深反应离子刻蚀释放第二硅基底以及其上方的第一、第二金属线圈，使其成为可动器件；

h)将设有凹槽的第一硅基底与步骤g)之后获得的结构键合形成空腔，在所述第一硅基底背面与空腔对应的位置粘附磁铁。

本发明再提供一种上述的电磁式振动传感器的制备方法，所述方法至少包括步骤：

a)提供第二硅基底以及正面设有凹槽的第一硅基底，在所述第二硅基底正面氧化形成第一绝缘层；接着在该第一绝缘层上沉积第一金属层；

b)图形化所述第一层金属层，形成第一金属线圈；

c)继续沉积形成覆盖所述第一金属线圈和第一绝缘层的第二绝缘层；

d)图形化所述第二绝缘层，并在所述第一金属线圈内部的终端上方形成接触孔，用于所述第一金属线圈与第二金属层的电连接；

e)在所述图形化的第二绝缘层上沉积形成覆盖接触孔和第二绝缘层的第二金属层；

f)图形化第二金属层，形成第二金属线圈；

g)采用深反应离子刻蚀释放所述第一硅基底的凹槽底部，形成可动结构，将磁铁粘附于该可动结构背面；

h)将该第一硅基底与步骤f)之后获得的结构键合形成空腔。

本发明的电磁式振动传感器在没有外界交变磁场干扰条件下，传感器无零偏，即当外界没有振动时，输出感应电流为零；该电磁式振动传感器采用MEMS工艺制作，体积小，适合规模化制造，且易于与信号调理电路集成；通过设计电磁式振动传感器的可动部件的形状、尺寸等参数，可以设计出适用于不同振动频率的检测。

附图说明

图1显示为本发明电磁式振动传感器三维示意图；

图2显示为本发明实施例一电磁式振动传感器剖面图；

图3至图10显示了本发明实施例一电磁式振动传感制作流程图；

其中，图3显示为在硅衬底圆片上沉积第一绝缘层和第一金属层示意图；

图4显示为图形化上述第一金属层，形成第一金属线圈示意图；

图5显示为在上述硅衬底圆片形成第一金属线圈后沉积第二绝缘层示意图；

图6显示为对上述第二绝缘层光刻、刻蚀出接触孔，为第一金属线圈和第二层属线圈的电连接作准备示意图；

图7显示为沉积第二金属层，在上述接触孔处第二金属层与第一金属线圈形成电连接，在非接触孔处第二金属层与第一金属线圈绝缘示意图；

图8显示为图形化上述第二金属层，形成第二金属线圈，其中第一金属线圈和第二金属线圈在上述接触孔处形成电连接示意图；

图9显示为释放金属线圈所在的平板结构，使其成为可动结构示意图；

图10显示为将上述可动结构与另一片带有凹槽的硅基底键合形成空腔，并且在硅基底背部粘附磁铁示意图。

图11显示为本发明另一实施例将一个带空腔的硅片通过深反应离子刻蚀释放，使其成为可动结构示意图。

图12显示为将图11中带可动结构的硅片与图8中的带两层线圈的硅片基底键合，并将磁铁粘附在可动结构背面示意图。

元件标号说明

11、11’第一、二硅基底

12第一绝缘层

13第一金属层

14第一金属线圈

15第二绝缘层

16第一金属层与第二金属层电连接

17第二金属层

18第二金属线圈

19结构释放

20磁铁

21空腔

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图所示。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1和图2所示，本发明提供一种电磁式振动传感器，所述振动传感器至少包括：正面设有凹槽的第一硅基底11、与该第一硅基底键合以形成空腔21的第二硅基底11’以及粘附于所述第一硅基底11背面的磁铁20；所述第二硅基底11’上设有第一绝缘层12、设置于该第一绝缘层12上的第一金属线圈14、设置于所述第一绝缘层12和所述第一金属线圈14上的第二绝缘层15以及设于所述第二绝缘层15上的第二金属线圈18；所述第一金属线圈14与所述第二金属线圈18在线圈内部终端贯通第二绝缘层形成接触16；所述第一硅基底11背面的磁铁20与所述凹槽底部通过深反应离子刻蚀释放为可动结构或者所述第二硅基底11’以及设于该第二硅基底上的第一、二绝缘层12、15、第一、二金属线圈14、18通过深反应离子刻蚀释放为可动结构。所述第一、第二金属线圈的材料为铝、铜或金。

本实施例中，所述第一硅基底为平板或质量块。所述第二硅基底也可以为平板或质量块。平板结构的检测频率比质量块结构的检测频率高，但是检测频率不止由平板或质量块决定，该技术领域属于本领域的公知常识，在此不再赘述。

概括的来说，本发明实施例一中金属线圈结构设于平板或质量块结构上；通过深反应离子刻蚀释放平板或质量块，使其成为可动结构，当外界振动导致可动结构运动时，运动的金属线圈切割磁感线产生感应电流，通过检测电流从而检测外界的振动；将磁铁粘附在所述可动结构之外。

本发明实施例二中磁铁设于平板或质量块结构上；通过深反应离子刻蚀释放平板或质量块，使其成为可动结构，当外界振动导致可动结构运动时，运动的磁场与金属线圈作用产生电流，通过检测电流从而检测外界的振动；将金属线圈结构设于所述可动结构之外。

实施例一

请参阅附图3至附图10所示的实施例一电磁式振动传感制作流程图；本发明提供一种电磁式振动传感器的制备方法，所述电磁式振动传感器的制作至少包括步骤：

本实施例提供一种电磁式振动传感器的制备方法，至少包括如下步骤：

1)提供一基底A片，其材质采用硅，在硅基底上沉积第一层绝缘层和第一层金属层，如图3所示；

2)对A片涂胶，光刻，腐蚀第一层金属层，形成第一层金属线圈，去胶，如图4所示；

3)对A片沉积第二层绝缘层，如图5所示；

4)对A片涂胶，光刻，刻蚀第二层绝缘层，形成用于与第一层金属线圈电连接的接触孔，去胶，如图6所示；

5)对A片沉积第二层金属层，在上述接触孔处，第二层金属层与第一层金属线圈形成电连接，如图7所示；

6)对A片涂胶，光刻，腐蚀第二层金属层，形成第二层金属线圈，去胶，如图8所示；

7)对A片涂胶，光刻，腐蚀第一层和第二层绝缘层并采用深反应离子刻蚀释放结构，使带有线圈的成为可动结构，如图9所示；

8)将A片与带有空腔的另一片基底B片键合，并将磁铁粘附在B片背面，如图10所示。

实施例二

本实施例提供一种电磁式振动传感器的制备方法，至少包括如下步骤：

1)提供一基底A片，其材质采用硅，在硅基底上沉积第一层绝缘层和第一层金属层；

2)对A片涂胶，光刻，腐蚀第一层金属层，形成第一层金属线圈，去胶，；

3)对A片沉积第二层绝缘层；

4)对A片涂胶，光刻，刻蚀第二层绝缘层，形成用于与第一层金属线圈电连接的接触孔，去胶；

5)对A片沉积第二层金属层，在上述接触孔处，第二层金属层与第一层金属线圈形成电连接；

6)对A片涂胶，光刻，腐蚀第二层金属层，形成第二层金属线圈，去胶；

7)取另一带有空腔的基底B片，对B片氧化，涂胶，光刻并采用深反应离子刻蚀释放结构使其可动，去胶，去氧化层，如图11所示；

8)将A片与B片键合，并将磁铁粘附与可动结构B背面，如图12所示。

综上所述，本发明提供一种电磁式振动传感器及其制备方法。本发明的电磁式振动传感器在没有外界交变磁场干扰条件下，传感器无零偏，即当外界没有振动时，输出感应电流为零；该电磁式振动传感器采用MEMS工艺制作，体积小，适合规模化制造，且易于与信号调理电路集成；通过设计电磁式振动传感器的可动部件的形状、尺寸等参数，可以设计出适用于不同振动频率的检测。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.电磁式振动传感器，其特征在于，所述振动传感器至少包括：正面设有凹槽的第一硅基底、与该第一硅基底键合以形成空腔的第二硅基底以及粘附于所述第一硅基底背面的磁铁；所述第二硅基底上设有第一绝缘层、设置于该第一绝缘层上的第一金属线圈、设置于所述第一绝缘层和所述第一金属线圈上的第二绝缘层以及设于所述第二绝缘层上的第二金属线圈；所述第一金属线圈与所述第二金属线圈在线圈内部终端贯通第二绝缘层形成接触；所述第一硅基底背面的磁铁与所述凹槽底部通过深反应离子刻蚀释放为可动结构或者所述第二硅基底以及设于该第二硅基底上的第一、二绝缘层、第一、二金属线圈通过深反应离子刻蚀释放为可动结构。

2.根据权利要求1所述的电磁式振动传感器，其特征在于，所述第一硅基底为平板或质量块。

3.根据权利要求1所述的电磁式振动传感器，其特征在于，所述第二硅基底为平板或质量块。

4.一种权利要求1所述的电磁式振动传感器的制备方法，其特征在于，所述方法至少包括步骤：

a)提供第二硅基底以及正面设有凹槽的第一硅基底，在所述第二硅基底正面氧化形成第一绝缘层；接着在该第一绝缘层上沉积第一金属层；

b)图形化所述第一层金属层，形成第一金属线圈；

c)继续沉积形成覆盖所述第一金属线圈和第一绝缘层的第二绝缘层；

d)图形化所述第二绝缘层，并在所述第一金属线圈内部的终端上方形成接触孔，用于所述第一金属线圈与第二金属层的电连接；

e)在所述图形化的第二绝缘层上沉积形成覆盖接触孔和第二绝缘层的第二金属层；

f)图形化第二金属层，形成第二金属线圈；

g)采用深反应离子刻蚀释放第二硅基底以及其上方的第一、第二金属线圈，使其成为可动器件；

h)将设有凹槽的第一硅基底与步骤g)之后获得的结构键合形成空腔，在所述第一硅基底背面与空腔对应的位置粘附磁铁。

5.一种权利要求1所述的电磁式振动传感器的制备方法，其特征在于，所述方法至少包括步骤：

a)提供第二硅基底以及正面设有凹槽的第一硅基底，在所述第二硅基底正面氧化形成第一绝缘层；接着在该第一绝缘层上沉积第一金属层；

b)图形化所述第一层金属层，形成第一金属线圈；

c)继续沉积形成覆盖所述第一金属线圈和第一绝缘层的第二绝缘层；

d)图形化所述第二绝缘层，并在所述第一金属线圈内部的终端上方形成接触孔，用于所述第一金属线圈与第二金属层的电连接；

e)在所述图形化的第二绝缘层上沉积形成覆盖接触孔和第二绝缘层的第二金属层；

f)图形化第二金属层，形成第二金属线圈；

g)采用深反应离子刻蚀释放所述第一硅基底的凹槽底部，形成可动结构，将磁铁粘附于该可动结构背面；

h)将该第一硅基底与步骤f)之后获得的结构键合形成空腔。

6.根据权利要求4或5所述的电磁式振动传感器的制备方法，其特征在于，所述第一、第二绝缘层的材料为氧化硅。

7.根据权利要求4或5所述的电磁式振动传感器的制备方法，其特征在于，所述第一、第二金属线圈的材料为铝、铜或金。