CN118275732A - 加速度传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开是关于封装技术领域，涉及一种加速度传感器及其制备方法。加速度传感器包括底板、传感单元及盖板，其中：底板具有正对分布的第一面和第二面；传感单元位于第一面背离第二面的一侧；传感单元包括框体、质量块、微梁、第一固定梁、第二固定梁以及敏感电阻，框体与底板键合；质量块位于框体内，第一固定梁和第二固定梁分别连接于质量块与框体之间，且第一固定梁和第二固定梁在质量块的长度方向或宽度方向上正对分布；微梁连接于质量块与框体之间，第一固定梁的两侧分别设有一个微梁，第二固定梁的两侧分别设有一个微梁，每个微梁上均设有敏感电阻，各敏感电阻连接成加速度检测电路；盖板位于传感单元背离底板的一侧，且与框体键合。

Description

加速度传感器及其制备方法

技术领域

本公开涉及封装技术领域，具体而言，涉及一种加速度传感器及其制备方法。

背景技术

加速度传感器是一种将机械信号转化为电信号的装置。常规的加速度传感器在封装过程中，受封装工艺的影响使得应力较大，且封装效果较差。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开提供一种加速度传感器及其制备方法，可减小应力、提高封装效果，提高检测灵敏度，增大加速度测量的量程。

根据本公开的一个方面，提供一种加速度传感器，包括：

底板，具有正对分布的第一面和第二面；

传感单元，位于所述第一面背离所述第二面的一侧；所述传感单元包括框体、质量块、微梁、第一固定梁、第二固定梁以及敏感电阻，所述框体与所述底板键合；所述质量块位于所述框体内，所述第一固定梁和所述第二固定梁分别连接于所述质量块与所述框体之间，且所述第一固定梁和所述第二固定梁在所述质量块的长度方向或宽度方向上正对分布；所述微梁连接于所述质量块与所述框体之间，所述第一固定梁的两侧分别设有一个所述微梁，所述第二固定梁的两侧分别设有一个所述微梁，每个所述微梁上均设有所述敏感电阻，各所述敏感电阻连接成加速度检测电路；

盖板，位于所述传感单元背离所述底板的一侧，且与所述框体键合。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一面上设有第一凹陷部；所述质量块在所述底板上的正投影位于所述第一凹陷部内；所述盖板包括第二凹陷部，所述第二凹陷部由所述盖板中靠近所述传感单元的表面向远离所述传感单元的一侧凹陷，所述质量块在所述盖板上的正投影位于所述第二凹陷部内。

在本公开的一种示例性实施例中，所述微梁、所述第一固定梁、所述第二固定梁及所述质量块在所述底板上的正投影均位于所述第一凹陷部内；所述微梁、所述第一固定梁、所述第二固定梁及所述质量块在所述盖板上的正投影均位于所述第二凹陷部内。

在本公开的一种示例性实施例中，在垂直于所述微梁的轴向的方向上，所述微梁的横截面的面积小于所述第一固定梁和/或所述第二固定梁的横截面的面积。

在本公开的一种示例性实施例中，在平行于所述第一面的方向上，所述质量块和所述框体的横截面均为中心对称图形，且所述质量块与所述框体的中心重合。

在本公开的一种示例性实施例中，所述底板和所述盖板的材料均为硼硅玻璃，所述传感单元的材料为单晶硅。

在本公开的一种示例性实施例中，所述传感单元还包括焊盘，所述焊盘设于所述框体靠近所述盖板的表面，所述焊盘与所述加速度检测电路连接；

所述盖板上设有导电部，所述导电部包括导电柱、连接部及外接部，所述导电柱贯穿所述盖板，且所述导电柱靠近所述传感单元的端部与所述焊盘连接；所述外接部位于所述盖板远离所述传感单元的表面；所述连接部的一端与所述导电柱远离所述焊盘的一端连接，另一端与所述外接部连接。

根据本公开的一个方面，提供一种加速度传感器的制备方法，包括：

形成底板，所述底板具有正对分布的第一面和第二面；

在所述第一面背离所述第二面的一侧形成传感单元，所述传感单元包括框体、质量块、微梁、第一固定梁、第二固定梁以及敏感电阻，所述框体与所述底板键合；所述质量块位于所述框体内，所述第一固定梁和所述第二固定梁分别连接于所述质量块与所述框体之间，且所述第一固定梁和所述第二固定梁在所述质量块的长度方向或宽度方向上正对分布；所述微梁连接于所述质量块与所述框体之间，所述第一固定梁的两侧分别设有一个所述微梁，所述第二固定梁的两侧分别设有一个所述微梁，每个所述微梁上均设有所述敏感电阻，各所述敏感电阻连接成加速度检测电路；

在所述传感单元背离所述底板的一侧形成盖板，所述盖板与所述框体键合。

在本公开的一种示例性实施例中，形成所述底板包括：

对所述第一面进行刻蚀，以在所述第一面形成第一凹陷部；在所述传感单元与所述底板键合后，所述质量块在所述底板上的正投影位于所述第一凹陷部内；

在所述传感单元背离所述底板的一侧形成盖板，所述盖板与所述框体键合，包括：

对所述盖板进行刻蚀，以形成第二凹陷部；

将所述盖板与所述框体远离所述底板的表面键合；在所述盖板与所述框体键合后，所述第二凹陷部由所述盖板中靠近所述传感单元的表面向远离所述传感单元的一侧凹陷，所述质量块在所述盖板上的正投影位于所述第二凹陷部内。

在本公开的一种示例性实施例中，在所述第一面背离所述第二面的一侧形成传感单元，包括：

提供传感单元本体，所述传感单元本体具有正对分布的第三面和第四面；

在所述第三面对所述传感单元本体进行刻蚀，以形成质量块、框体以及位于所述框体与所述质量块之间且环绕所述质量块一周的凹部，并将所述凹部的底部作为连接膜；

将所述框体对应的第三面与所述底板的第一面键合；

对所述连接膜对应的第四面中的四个预设区域进行离子注入，以形成所述敏感电阻；

在所述传感单元本体对应的第四面上形成连接线，所述连接线将各所述敏感电阻连接成所述加速度检测电路；

在所述框体对应的第四面上形成焊盘，所述焊盘与所述加速度检测电路连接；

在所述第四面对所述连接膜进行刻蚀，以形成所述微梁、所述第一固定梁及所述第二固定梁。

在本公开的一种示例性实施例中，在所述盖板与所述框体键合之前，所述制备方法还包括：

对所述盖板靠近所述传感单元的表面进行平坦化处理。

在本公开的一种示例性实施例中，在对所述盖板靠近所述传感单元的表面进行平坦化处理之前，所述制备方法还包括：

在所述盖板上形成通孔；

在所述盖板与所述框体键合之后，所述通孔露出所述焊盘，所述制备方法还包括：

在所述盖板的第四面上形成连接部，并在所述通孔内形成导电柱，所述导电柱的一端与所述焊盘链接，另一端与所述连接部连接；

在所述盖板的第四面上形成外接部，所述外接部与所述连接部远离所述导电柱的一端连接。

本公开的加速度传感器及其制备方法，敏感电阻、质量块、微梁、第一固定梁及第二固定梁可共同构成加速度传感单元，在该传感单元中，可通过第一固定梁及第二固定梁对质量块进行支撑，通过微梁的设置限制了质量块绕第一固定梁和第二固定梁的扭转，使得质量块在受到加速度作用时只能沿垂直于第一面的方向上下移动，可减少其他方向上的干扰力，同时，微梁的设置增加了对质量块的支撑点，整个结构的强度更高，稳定性更强，有助于提高测量的准确性。当受到外界加速度作用时，质量块会受到力的作用，并通过微梁将力传递给敏感电阻。敏感电阻的阻值会随着受力的变化而变化，从而改变加速度检测电路的输出信号，进而完成加速度检测。且在上述过程中，由于微梁相对较小，当质量块受到微小的加速度作用时，微梁产生的应变相对较大，微梁上的敏感电阻能够迅速感知到这种变化，并将变化转化为电信号输出。因此，该加速度传感器具有较高的灵敏度，可检测到微小的加速度变化，使得加速度测量的量程下限更低。同时，由于微梁的设置增加了整个结构的强度，使得该加速度传感器能够测量更大的加速度，即使得加速度测量的量程上限更高。此外，通过键合的方式将传感单元键合在底板和盖板之间，形成了对传感单元的封闭保护，键合过程应力较小，且界面稳定性较强，封装效果较好。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关技术中加速度传感器的示意图。

图2为本公开实施例中加速度传感器的示意图。

图3为本公开实施例中传感单元的示意图。

图4为本公开实施例中底板的示意图。

图5为本公开实施例中盖板的示意图。

图6为本公开实施例中惠斯通电桥的等效电路图。

图7为本公开实施例中加速度传感器的制备方法的流程图。

附图标记说明：

100、胶水；200、芯片；300、框架；400、塑封料；1、底板；11、第一凹陷部；101、第一面；102、第二面；2、传感单元；21、框体；22、质量块；23、微梁；24、第一固定梁；25、第二固定梁；26、敏感电阻；27、焊盘；28、导线；3、盖板；31、第二凹陷部；4、导电部；41、导电柱；42、连接部；43、外接部。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

传统的加速度传感器在进行封装时，如图1所示，通常采用胶水100将MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电***)芯片200粘接在金属或塑料框架300上，再通过WB(Wire Bonding，引线键合)工艺实现MEMS芯片200与框架300之间的电连接，以构成加速度传感器。为了保护MEMS芯片200并增强整体结构的稳定性，通常采用注塑成型的方式对加速度传感器进行封装。然而，注塑成型过程会产生较大应力，且塑封料400与框架300之间可能存在微小间隙，导致器件密封效果较差。此外，为了预留WB工艺的工艺空间，传统的加速度传感器封装尺寸往往较大，不利于实现器件的小型化和集成化。

基于此，本公开提供了一种加速度传感器，如图2及图3所示，该加速度传感器可包括底板1、传感单元2及盖板3，其中：

底板1具有正对分布的第一面101和第二面102；

传感单元2位于第一面101背离第二面102的一侧；传感单元2包括框体21、质量块22、微梁23、第一固定梁24、第二固定梁25以及敏感电阻26，框体21与底板1键合；质量块22位于框体21内，第一固定梁24和第二固定梁25分别连接于质量块22与框体21之间，且第一固定梁24和第二固定梁25在质量块22的长度方向或宽度方向上正对分布；微梁23连接于质量块22与框体21之间，第一固定梁24的两侧分别设有一个微梁23，第二固定梁25的两侧分别设有一个微梁23，每个微梁23上均设有敏感电阻26，各敏感电阻26连接成加速度检测电路；

盖板3位于传感单元2背离底板1的一侧，且与框体21键合。

本公开的加速度传感器，敏感电阻26、质量块22、微梁23、第一固定梁24及第二固定梁25可共同构成加速度传感单元2，在该传感单元2中，可通过第一固定梁24及第二固定梁25对质量块22进行支撑，通过微梁23的设置限制了质量块22绕第一固定梁24和第二固定梁25的扭转，使得质量块22在受到加速度作用时只能沿垂直于第一面101的方向上下移动，可减少其他方向上的干扰力，同时，微梁23的设置增加了对质量块22的支撑点，整个结构的强度更高，稳定性更强，有助于提高测量的准确性。当受到外界加速度作用时，质量块22会受到力的作用，并通过微梁23将力传递给敏感电阻26。敏感电阻26的阻值会随着受力的变化而变化，从而改变加速度检测电路的输出信号，进而完成加速度检测。且在上述过程中，由于微梁23相对较小，当质量块22受到微小的加速度作用时，微梁23产生的应变相对较大，微梁23上的敏感电阻26能够迅速感知到这种变化，并将变化转化为电信号输出。因此，该加速度传感器具有较高的灵敏度，可检测到微小的加速度变化，使得加速度测量的量程下限更低。同时，由于微梁23的设置增加了整个结构的强度，使得该加速度传感器能够测量更大的加速度，即使得加速度测量的量程上限更高。此外，通过键合的方式将传感单元2键合在底板1和盖板3之间，形成了对传感单元2的封闭保护，可避免通过胶水粘接产生的应力，并提高封装效果。

下面对本公开的加速度传感器的各部分及其具体细节进行详细说明：

如图2及图4所示，底板1可呈板状。底板1可具有正对分布的第一面101和第二面102，第一面101和第二面102均可为平面，且第一面101和第二面102可平行分布。底板1的形状可为矩形、圆形、椭圆形、多边形或不规则图形等，其材料可为硼硅玻璃，例如，其材料可为BF33。为了保证底板1的支撑强度，底板1的厚度可为200μm～800μm，例如，其厚度可为200μm、400μm、600μm或800μm，当然，底板1也可以是其他厚度，在此不再一一列举。

在本公开的一种示例性实施例中，请继续参见图4所示，底板1上可设有第一凹陷部11。举例而言，第一凹陷部11可设于底板1的第一面101上，其可为由底板1的第一面101向内凹陷的槽状结构。第一凹陷部11的横截面可呈矩形、圆形、椭圆形、多边形或不规则形状等，在此不做特殊限定。在本公开的一种示例性实施例中，第一凹陷部11的深度可为20μm～100μm，例如，其深度可为20μm、40μm、60μm、80μm或100μm，当然，第一凹陷部11也可以是其他深度，在此不再一一列举。

如图2及图3所示，传感单元2的材料可为单晶硅。传感单元2可固定于底板1的第一面101背离第二面102的一侧，可通过底板1为传感单元2提供了稳定的支撑基础。具体而言，请继续参见图3所示，传感单元2可包括框体21、质量块22、微梁23、第一固定梁24、第二固定梁25以及敏感电阻26，其中：

框体21可呈环状，且可为中心对称结构。例如，在平行于底板1的第一面101的方向上，框体21的横截面的形状可为正方形、长方形、圆形、椭圆形，当然，在平行于底板1的第一面101的方向上，框体21的横截面也可为其他类型的中心对称图形，在此不再一一列举。框体21可与底板1通过阳极键合的方式连接在一起，该种连接方式稳定性较强，且键合界面应力较小。

质量块22可呈块状，质量块22可位于框体21内部。质量块22的形状与框体21的形状相匹配，以便于优化作用于质量块22上的力的固有频率。举例而言，在平行于第一面101的方向上，质量块22和框体21的横截面均为中心对称图形，且质量块22与框体21的中心重合。例如，在平行于第一面101的方向上，质量块22和框体21的横截面均可为矩形；或者，在平行于第一面101的方向上，质量块22和框体21的横截面均可为圆形；又或者，在平行于第一面101的方向上，质量块22和框体21的横截面均可为椭圆形；再或者，在平行于第一面101的方向上，质量块22和框体21的横截面均可为多边形。

质量块22中靠近底板1的表面不凸出于框体21靠近底板1的表面。优选的，质量块22与底板1之间无接触。举例而言，当底板1包括第一凹陷部11时，质量块22在底板1上的正投影位于第一凹陷部11内(即，质量块22位于第一凹陷部11的正上方，且其尺寸小于第一凹陷部11的尺寸)，在质量块22受力作用而向靠近底板1的方向移动时，可通过第一凹陷部11提供避让空间，有助于减小质量块22与底板1之间的摩擦，进而提高后续形成的加速度检测电路的检测精度。质量块22的形状可与第一凹陷部11的形状相匹配。例如，当第一凹陷部11在平行于第一面101的方向上的横截面为中心对称图形时，质量块22在平行于第一面101的方向上的横截面也可为中心对称图形，且质量块22的中心与第一凹陷部11的中心重合。

请继续参见图2和图3所示，第一固定梁24和第二固定梁25均可呈条状或片状，第一固定梁24和第二固定梁25均可连接于质量块22与框体21之间。第一固定梁24和第二固定梁25可同轴分布，且在质量块22的长度方向或宽度方向上正对设置，可通过第一固定梁24和第二固定梁25对质量块22进行支撑。在本公开的一种示例性实施例中，在垂直于底板1的第一面101的方向上，第一固定梁24和第二固定梁25的厚度均小于质量块22的厚度。

微梁23可呈片状或柱状，微梁23也可连接于质量块22与框体21之间，微梁23的数量可为多个，例如，其数量可为4个。举例而言，第一固定梁24的两侧可分别设有一个微梁23，位于第一固定梁24两侧的微梁23的中心轴与第一固定梁24的中心轴平行分布；同时，第二固定梁25的两侧也可分别设有一个微梁23，位于第二固定梁25两侧的微梁23的中心轴与第二固定梁25的中心轴平行分布。可通过微梁23限制质量块22绕第一固定梁24和第二固定梁25扭转，使得质量块22在受到加速度作用时只能沿垂直于第一面101的方向上下移动，可减少其他方向上的干扰力，同时，微梁23的设置增加了对质量块22的支撑点，整个结构的强度更高，稳定性更强，有助于提高测量的准确性。

在本公开的一些实施例中，位于第一固定梁24两侧的两个微梁23与第一固定梁24之间的间距可相等；位于第二固定梁25两侧的两个微梁23与第二固定梁25之间的间距也可相等。位于第一固定梁24两侧的微梁23与第一固定梁24之间的间距和位于第二固定梁25两侧的微梁23与第二固定梁25之间的间距相等。

在本公开的一种示例性实施例中，在垂直于底板1的第一面101的方向上，微梁23的厚度可小于质量块22的厚度。举例而言，在垂直于底板1的第一面101的方向上，微梁23的厚度可等于第一固定梁24和/或第二固定梁25的厚度。在本公开的一些实施例中，在垂直于微梁23的轴向的方向上，微梁23的横截面的面积小于第一固定梁24和/或第二固定梁25的横截面的面积，即，微梁23比第一固定梁24和/或第二固定梁25细。

在本公开的一种示例性实施例中，微梁23、第一固定梁24、第二固定梁25及质量块22在底板1上的正投影均位于第一凹陷部11内，在微梁23、第一固定梁24、第二固定梁25受质量块22挤压作用而产生形变时，可通过第一凹陷部11提供避让空间，有助于减小微梁23与底板1之间的摩擦，进而提高后续形成的加速度检测电路的检测精度。

在本公开的一种示例性实施例中，每个微梁23上均可设有一个敏感电阻26，各敏感电阻26可连接成加速度检测电路。举例而言，各敏感电阻26的阻值均可相等，各敏感电阻26可相互连接，进而构成惠斯通电桥(即，加速度检测电路)。当受到外界加速度作用时，质量块22会受到力的作用而沿垂直于第一面101的方向上下移动，从而使第一固定梁24或第二固定梁25以及相应的微梁23产生与加速度成比例的形变，并通过微梁23将形变传递给敏感电阻26，导致发生形变的微梁23上的敏感电阻26的阻值发生相应的变化，阻值发生变化的敏感电阻26作为惠斯通电桥的桥臂，通过电桥输出电压的变化实现对加速度的测量。且在上述过程中，由于微梁23相对较小，当质量块22受到微小的加速度作用时，微梁23产生的应变相对较大，微梁23上的敏感电阻26能够迅速感知到这种变化，并将变化转化为电信号输出。因此，本公开的加速度传感器具有较高的灵敏度，可检测到微小的加速度变化，使得加速度测量的量程下限更低。同时，由于微梁23的设置增加了整个结构的强度，使得该加速度传感器能够测量更大的加速度，即使得加速度测量的量程上限更高。

在本公开的一种示例性实施例中，传感单元2还可包括焊盘27及导线28，其中，导线28可设于框体21中远离底板1的表面。如图3所示，可通过导线28将四个敏感电阻26连接成惠斯通电桥，如图6所示，惠斯通电桥的输入电压V_in＝V_in+-V_in-，惠斯通电桥的输出电压V_out＝V_out+-V_out-。R₁、R₂、R₃及R₄阻值相等(例如，R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R)，且分别为惠斯通电桥的四个桥臂的电阻。此时：

当有外界加速度作用于微梁23时，电阻R₁、R₃降低ΔR，即二者阻值变为R-ΔR，电阻R₂、R₄增加ΔR，即二者阻值变为R+ΔR，使V_out发生变化，此时：

V_out变化量与质量块22所受加速度成正比，从而将加速度信号转化为电压信号。需要说明的是，惠斯通电桥中对应的电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃及电阻R₄分别对应图3中的R₁、R₂、R₃及R₄。

焊盘27可设于框体21中远离底板1的表面，焊盘27的数量可为四个，四个焊盘27可设于框体21的四周，四个焊盘27可分别与加速度检测电路连接，四个焊盘27可分别作为四个电源端，可用于向惠斯通电桥输入电压或通过惠斯通电桥输出电压。

如图5所示，盖板3可呈板状，例如，其可为平板。盖板3的形状可为矩形、圆形、椭圆形、多边形或不规则图形等，其材料可为硼硅玻璃，例如，其材料可为BF33。盖板3位于传感单元2背离底板1的一侧，且可与框体21键合。即，底板1、传感单元2、盖板3可通过阳极键合的方式构成三明治结构，此时，传感单元2键合在底板1和盖板3之间，底板1和盖板3形成了对传感单元2的封闭保护，可避免通过胶水粘接产生的应力；且由于盖板3和底板1的材料均为硼硅玻璃，该材料热膨胀系数较小，使得键合界面具有较强的高温稳定性，并形成坚固的密封界面，封装效果较好。

在本公开的一种示例性实施例中，在盖板3与传感单元2键合后，质量块22与盖板3之间无接触。举例而言，请继续参见图2所示，盖板3上可设有第二凹陷部31。第二凹陷部31可由盖板3中靠近传感单元2的表面向远离传感单元2的一侧凹陷，第二凹陷部31的横截面可呈矩形、圆形、椭圆形、多边形或不规则形状等，在此不做特殊限定。第二凹陷部31的形状可与质量块22的形状相匹配。例如，当质量块22在平行于第一面101的方向上的横截面为中心对称图形时，第二凹陷部31在平行于第一面101的方向上的横截面也可为中心对称图形，且第二凹陷部31的中心与质量块22的中心重合。

在本公开的一些实施例中，质量块22在盖板3上的正投影位于第二凹陷部31内，在质量块22受力作用而向靠近盖板3的方向移动时，可通过第二凹陷部31提供避让空间，有助于减小质量块22与盖板3之间的摩擦，进而进一步提高后续形成的加速度检测电路的检测精度。

在本公开的一种示例性实施例中，微梁23、第一固定梁24、第二固定梁25及质量块22在盖板3上的正投影均位于第二凹陷部31内，在微梁23、第一固定梁24、第二固定梁25受质量块22挤压作用而产生形变时，可通过第二凹陷部31提供避让空间，有助于减小微梁23与盖板3之间的摩擦，进而提高后续形成的加速度检测电路的检测精度。

在本公开的一种示例性实施例中，盖板3上设有导电部4，可通过导电部4将加速度检测电路电学引出。需要说明的是，本公开中通过焊盘27、导线28以及导电部4的配合，实现传感单元2的电学引出，避免使用引线键合工艺，也无需为引线键合工艺预留工艺空间，可在一定程度上缩小结构尺寸，有助于器件的微型化和集成化设计。

在本公开的一种示例性实施例中，导电部4可包括导电柱41、连接部42及外接部43，其中：

导电柱41可沿盖板3的厚度方向贯穿盖板3，且在盖板3与传感单元2的框体21键合后，导电柱41中靠近传感单元2的端部与焊盘27接触连接，以便通过焊盘27和导电柱41实现电信号的传输。导电柱41的材料可为导电材料，举例而言，其材料可包括钛或氮化钛和/或铜。

连接部42可为形成于盖板3远离传感单元2的表面的薄膜，其材料可为导电材料，例如，其材料可为钛、氮化钛、铝或铜等，当然，也可以是其他导电性能较好的材料，在此不再一一列举。连接部42可呈片状或条状，其一端可与导电柱41远离焊盘27的一端连接。

外接部43可为形成于盖板3远离传感单元2的表面的导电材料，例如，其材料可包括锡。外接部43可呈块状，举例而言，外接部43可为锡球。外接部43可与连接部42远离导电柱41的端部连接。外接部43可与终端设备焊接，进而实现互连。例如，可通过表面贴装技术(Surface Mount Technology，SMT)焊接。

在本公开的一些实施例中，外接部43与导电柱41之间还可设有转接部(图中未示出)，转接部可包括依次层叠的阻挡层、界面层以及抗氧化层，其中，阻挡层与连接部42接触连接，阻挡层的材料可为镍，可通过阻挡层防止外接部43中的锡(或其他焊料)与下方的连接部42或盖板3发生不利的化学反应。阻挡层的厚度可为3μm～8μm，例如，其可为3μm、4μm、5μm、6μm、7μm或8μm，当然，也可以是其他厚度。界面层的材料可为铂，在焊接过程中界面层与焊料(例如，锡)的反应活性较低，可进一步防止不利的界面反应，有助于在后续焊接过程中形成稳定的界面，进而提高焊接点的可靠性。界面层的厚度可为50nm～200nm，例如，其可为50nm、100nm、150nm或200nm，当然，也可以是其他厚度，在此不做特殊限定。抗氧化层的材料可为金，金是一种优良的导体，可以确保良好的电气连接，且金与焊料之间具有良好的润湿性，有助于实现可靠的焊接连接，与此同时，金可保护其下方的膜层免受氧化，有助于维持良好的电气性能。抗氧化层的厚度可为50nm～200nm，例如，其可为50nm、100nm、150nm或200nm，当然，也可以是其他厚度，在此不做特殊限定。

本公开还提供了一种加速度传感器的制备方法，如图7所示，该制备方法包括步骤S110-步骤S130，其中：

步骤S110，形成底板1，所述底板1具有正对分布的第一面101和第二面102；

步骤S120，在所述第一面101背离所述第二面102的一侧形成传感单元2，所述传感单元2包括框体21、质量块22、微梁23、第一固定梁24、第二固定梁25以及敏感电阻26，所述框体21与所述底板1键合；所述质量块22位于所述框体21内，所述第一固定梁24和所述第二固定梁25分别连接于所述质量块22与所述框体21之间，且所述第一固定梁24和所述第二固定梁25在所述质量块22的长度方向或宽度方向上正对分布；所述微梁23连接于所述质量块22与所述框体21之间，所述第一固定梁24的两侧分别设有一个所述微梁23，所述第二固定梁25的两侧分别设有一个所述微梁23，每个所述微梁23上均设有所述敏感电阻26，各所述敏感电阻26连接成加速度检测电路；

步骤S130，在所述传感单元2背离所述底板1的一侧形成盖板3，所述盖板3与所述框体21键合。

本公开的加速度传感器的制备方法，通过键合的方式将传感单元2键合在底板1和盖板3之间，形成了对传感单元2的封闭保护，键合过程应力较小，且界面稳定性较强，封装效果较好。

下面对本公开的加速度传感器的制备方法的各步骤及其具体细节进行详细说明：

如图7所示，在步骤S110中，形成底板1，所述底板1具有正对分布的第一面101和第二面102。

第一面101和第二面102均可为平面，且第一面101和第二面102可平行分布。底板1的材料可为硼硅玻璃，例如，其材料可为BF33。

在本公开的一种示例性实施例中，可对底板1的第一面101进行刻蚀，进而在底板1上形成第一凹陷部11，第一凹陷部11的横截面可呈矩形、圆形、椭圆形、多边形或不规则形状等，在此不做特殊限定。

如图7所示，在步骤S120中，在所述第一面101背离所述第二面102的一侧形成传感单元2，所述传感单元2包括框体21、质量块22、微梁23、第一固定梁24、第二固定梁25以及敏感电阻26，所述框体21与所述底板1键合；所述质量块22位于所述框体21内，所述第一固定梁24和所述第二固定梁25分别连接于所述质量块22与所述框体21之间，且所述第一固定梁24和所述第二固定梁25在所述质量块22的长度方向或宽度方向上正对分布；所述微梁23连接于所述质量块22与所述框体21之间，所述第一固定梁24的两侧分别设有一个所述微梁23，所述第二固定梁25的两侧分别设有一个所述微梁23，每个所述微梁23上均设有所述敏感电阻26，各所述敏感电阻26连接成加速度检测电路。

传感单元2中的框体21可与底板1通过阳极键合的方式连接，且在框体21与底板1键合之后，质量块22在底板1上的正投影位于第一凹陷部11内，在质量块22受力作用而向靠近底板1的方向移动时，可通过第一凹陷部11提供避让空间，有助于减小质量块22与底板1之间的摩擦，进而提高后续形成的加速度检测电路的检测精度。

在本公开的一种示例性实施例中，在第一面101背离第二面102的一侧形成传感单元2(即，步骤S120)可包括步骤S210-步骤S270，其中：

步骤S210，提供传感单元本体，所述传感单元本体具有正对分布的第三面和第四面。

传感单元本体可呈板状，举例而言，其可为平板结构。传感单元本体上的第三面和第四面均可为平面，且第三面和第四面可平行分布。传感单元本体的材料可为单晶硅。传感单元本体的形状可与底板1的形状相匹配，同时，其尺寸可与底板1的尺寸相匹配；例如，传感单元本体的形状与底板1的形状相同，其尺寸与底板1的尺寸相等。

步骤S220，在所述第三面对所述传感单元本体进行刻蚀，以形成质量块22、框体21以及位于所述框体21与所述质量块22之间且环绕所述质量块22一周的凹部，并将所述凹部的底部作为连接膜。

可通过干法刻蚀等方式在第三面对传感单元本体进行刻蚀，进而形成质量块22、框体21及凹部，框体21的内壁、质量块22的外周壁以及连接于质量块22与框体21之间的连接膜围成上述凹部。为了能够保证对质量块22的支撑性，连接膜的厚度不宜太薄，举例而言，连接膜的厚度可为5μm～50μm，例如，连接膜的厚度可为5μm、10μm、20μm、30μm、40μm或50μm，当然，也可以是其他厚度，在此不再一一列举。

步骤S230，将所述框体21对应的第三面与所述底板1的第一面101键合。

可通过阳极键合工艺将底板1和经过步骤S220处理后形成的框体21对应的第三面与底板1的第一面101进行键合。键合后凹部与第一凹陷部11可构成密闭空腔，在质量块22向靠近底板1的方向移动时，可通过该密闭空腔为质量块22提供避让空间，防止质量块22与底板1或框体21接触摩擦而产生检测误差，有助于提高检测结果的灵敏度及准确性。

步骤S240，对所述连接膜对应的第四面中的四个预设区域进行离子注入，以形成所述敏感电阻26。

在将框体21与底板1键合之后，可对连接膜进行分区，以确定用于形成第一固定梁24、第二固定梁25以及微梁23的区域。可将微梁23对应的区域定义为预设区域，当将要形成的微梁23的数量为四个时，预设区域的数量为四个。四个预设区域可分成两个区域组，每个区域组中包括两个沿质量块22的宽度方向间隔分布的预设区域，两个区域组沿质量块22的长度方向间隔分布。可采用离子注入工艺向各预设区域注入掺杂离子，以在各预设区域分别形成敏感电阻26。需要说明的是，经过离子注入后各敏感电阻26的方阻为45Ω/□～55Ω/□，例如，敏感电阻26的方阻可为50Ω/□。在本公开的一些实施例中，可向预设区域注入元素周期表中位于第III主族的元素对应的离子，例如，硼离子。

步骤S250，在所述传感单元本体对应的第四面上形成导线28，所述导线28将各所述敏感电阻26连接成所述加速度检测电路。

导线28的材料可为铜和/或金。在形成敏感电阻26之后，可通过真空蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积或原子层沉积等方式在传感单元本体的第四面形成导电膜层，并通过光刻工艺对导电膜层进行刻蚀，进而在框体21对应的第四面的表面形成导线28，请继续参见图3所示，可通过导线28将四个敏感电阻26连接成惠斯通电桥(即，加速度检测电路)，惠斯通电桥的具体细节已在对应的加速度传感器的实施例中进行了详细说明，因此，此处不再赘述。

步骤S260，在所述框体21对应的第四面上形成焊盘27，所述焊盘27与所述加速度检测电路连接。

焊盘27的材料可为铜和/或金。可通过真空蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积或原子层沉积等方式在传感单元本体的第四面形成导电材料层，并通过光刻工艺对导电材料层进行刻蚀，进而在框体21对应的第四面的表面形成焊盘27。焊盘27的数量可为四个，四个焊盘27可设于框体21的四周，四个焊盘27可分别与加速度检测电路连接，四个焊盘27可分别作为四个电源端，可用于向惠斯通电桥输入电压或通过惠斯通电桥输出电压。

在本公开的一些实施例中，可同时形成导线28和焊盘27。举例而言，可通过真空蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积或原子层沉积等方式在传感单元本体的第四面形成导电层，并通过光刻工艺对导电层进行刻蚀，进而在框体21对应的第四面的表面同时形成导线28和焊盘27。

步骤S270，在所述第四面对所述连接膜进行刻蚀，以形成所述微梁23、所述第一固定梁24及所述第二固定梁25。

在形成导线28和焊盘27之后，可在传感单元本体的第四面对连接膜进行刻蚀，进而形成微梁23、第一固定梁24及第二固定梁25，可将本次刻蚀后形成的结构作为传感单元2。举例而言，可通过刻蚀去除预设区域、用于形成第一固定梁24及用于形成第二固定梁25的区域之外的区域中的连接膜，并将剩余的连接膜中预设区域对应的部分中位于敏感电阻26下方的部分作为微梁23，将用于形成第一固定梁24的区域对应的连接膜作为第一固定梁24，将用于形成第二固定梁25的区域对应的连接膜作为第二固定梁25。

如图7所示，在步骤S130中，在所述传感单元2背离所述底板1的一侧形成盖板3，所述盖板3与所述框体21键合。

可通过阳极键合工艺将盖板3与框体21对应的第四面键合，进而通过键合的方式将传感单元2键合在底板1和盖板3之间，形成了对传感单元2的封闭保护，由于键合过程应力较小，界面稳定性较强，使得封装效果较好。

在本公开的一种示例性实施例中，在传感单元2背离底板1的一侧形成盖板3，盖板3与框体21键合(即，步骤S130)包括步骤S310及步骤S320，其中：

步骤S310，对所述盖板3进行刻蚀，以形成第二凹陷部31。

在本公开的一种示例性实施例中，在将盖板3与底板1键合之前，可对盖板3进行蚀刻，进而形成第二凹陷部31。第二凹陷部31的横截面可呈矩形、圆形、椭圆形、多边形或不规则形状等，在此不做特殊限定。第二凹陷部31的形状可与质量块22的形状相匹配。例如，当质量块22在平行于第一面101的方向上的横截面为中心对称图形时，第二凹陷部31在平行于第一面101的方向上的横截面也可为中心对称图形，且第二凹陷部31的中心与质量块22的中心重合。

步骤S320，将所述盖板3与所述框体21远离所述底板1的表面键合。

在形成第二凹陷部31之后，可通过阳极键合的方式将盖板3与框体21远离底板1的表面键合。需要说明的是，在盖板3与框体21键合之后，第二凹陷部31由盖板3中靠近传感单元2的表面向远离传感单元2的一侧凹陷，质量块22在盖板3上的正投影位于第二凹陷部31内。在质量块22受力作用而向靠近盖板3的方向移动时，可通过第二凹陷部31提供避让空间，有助于减小质量块22与盖板3之间的摩擦，进而进一步提高后续形成的加速度检测电路的检测精度。

在本公开的一种示例性实施例中，微梁23、第一固定梁24、第二固定梁25及质量块22在盖板3上的正投影均位于第二凹陷部31内，在微梁23、第一固定梁24、第二固定梁25受质量块22挤压作用而产生形变时，可通过第二凹陷部31提供避让空间，有助于减小微梁23与盖板3之间的摩擦，进一步提高后续形成的加速度检测电路的检测精度。

在本公开的一种示例性实施例中，在盖板3与框体21键合之前，本公开的制备方法还包括：

步骤S311，对所述盖板3靠近所述传感单元2的表面进行平坦化处理。

可通过化学机械研磨工艺对盖板3靠近传感单元2的表面进行平坦化处理，以使将要进行键合的表面光滑平整，有助于提高键合界面的稳定性。

在本公开的一种示例性实施例中，在对盖板3靠近传感单元2的表面进行平坦化处理之前，本公开的制备方法还包括：在盖板3上形成通孔。举例而言，可通过机械钻孔或者激光打孔的方式形成沿盖板3的厚度方向贯穿盖板3的通孔。该通孔的孔径可为0.1mm～0.4mm，例如，其可为0.1mm、0.2mm、0.3mm或0.4mm，当然，也可以是其他孔径，在此不再一一列举。通孔的数量可为多个，举例而言，通孔的数量与传感单元2上的焊盘27的数量相等。例如，当焊盘27的数量为四个时，通孔的数量也为四个。

在本公开的一些实施例中，还可通过刻蚀工艺在盖板3上形成导线28和焊盘27的避让空间，以减小后续与框体21键合过程中因键合表面不匹配而引发的界面不稳定的问题。需要说明的是，在盖板3与框体21键合之后，各通孔可一一对应的分别露出各焊盘27。

在盖板3与框体21键合之后，通孔可一一对应的露出焊盘27。在本公开的一些实施例中，本公开的制备方法还可包括步骤S312及步骤S313，其中：

步骤S312，在所述盖板3的第四面上形成连接部42，并在所述通孔内形成导电柱41，所述导电柱41的一端与所述焊盘27连接，另一端与所述连接部42连接。

可通过真空蒸镀或磁控溅射等工艺在盖板3的表面及通孔内形成第一导电层，随后，可通过电镀或印刷等方式在通孔内形成第二导电层，第二导电层可填满通孔，进而在通孔内形成导电柱41；在形成导电柱41之后。可对第一导电层进行蚀刻，进而形成连接部42。第一导电层和第二导电层的材料均可为导电性能较强的材料，举例而言，第一导电层的材料可为钛或氮化钛，第二导电层的材料可为铜。

步骤S313，在所述盖板3的第四面上形成外接部43，所述外接部43与所述连接部42远离所述导电柱41的一端连接。

在本公开的一些实施例中，在形成外接部43之前，可先在盖板3的第四面上形成与连接部42相连接的转接部，可通过转接部阻止形成外接部43时可能引起的不利的化学反应，提高界面稳定性。举例而言，可通过真空蒸镀或磁控溅射等方式在盖板3的第四面上依次形成阻挡层、界面层以及抗氧化层，其中，阻挡层与连接部42接触连接，阻挡层的材料可为镍，可通过阻挡层防止外接部43中的锡(或其他焊料)与下方的连接部42或盖板3发生不利的化学反应。界面层的材料可为铂，在焊接过程中界面层与焊料(例如，锡)的反应活性较低，可进一步防止不利的界面反应，有助于在后续焊接过程中形成稳定的界面，进而提高焊接点的可靠性。抗氧化层的材料可为金，金是一种优良的导体，可以确保良好的电气连接，且金与焊料之间具有良好的润湿性，有助于实现可靠的焊接连接，与此同时，金可保护其下方的金属层免受氧化，有助于维持良好的电气性能。

在本公开的一些实施例中，可在转接部的表面形成外接部43，外接部43可为形成于盖板3远离传感单元2的表面的导电材料，例如，其材料可包括锡。外接部43可与终端设备焊接，进而实现互连。例如，可通过表面贴装技术(Surface Mount Technology，SMT)焊接。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中加速度传感器的制备方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (12)

1.一种加速度传感器，其特征在于，包括：

底板，具有正对分布的第一面和第二面；

传感单元，位于所述第一面背离所述第二面的一侧；所述传感单元包括框体、质量块、微梁、第一固定梁、第二固定梁以及敏感电阻，所述框体与所述底板键合；所述质量块位于所述框体内，所述第一固定梁和所述第二固定梁分别连接于所述质量块与所述框体之间，且所述第一固定梁和所述第二固定梁在所述质量块的长度方向或宽度方向上正对分布；所述微梁连接于所述质量块与所述框体之间，所述第一固定梁的两侧分别设有一个所述微梁，所述第二固定梁的两侧分别设有一个所述微梁，每个所述微梁上均设有所述敏感电阻，各所述敏感电阻连接成加速度检测电路；

盖板，位于所述传感单元背离所述底板的一侧，且与所述框体键合。

2.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述第一面上设有第一凹陷部；所述质量块在所述底板上的正投影位于所述第一凹陷部内；所述盖板包括第二凹陷部，所述第二凹陷部由所述盖板中靠近所述传感单元的表面向远离所述传感单元的一侧凹陷，所述质量块在所述盖板上的正投影位于所述第二凹陷部内。

3.根据权利要求2所述的加速度传感器，其特征在于，所述微梁、所述第一固定梁、所述第二固定梁及所述质量块在所述底板上的正投影均位于所述第一凹陷部内；所述微梁、所述第一固定梁、所述第二固定梁及所述质量块在所述盖板上的正投影均位于所述第二凹陷部内。

4.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，在垂直于所述微梁的轴向的方向上，所述微梁的横截面的面积小于所述第一固定梁和/或所述第二固定梁的横截面的面积。

5.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，在平行于所述第一面的方向上，所述质量块和所述框体的横截面均为中心对称图形，且所述质量块与所述框体的中心重合。

6.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述底板和所述盖板的材料均为硼硅玻璃，所述传感单元的材料为单晶硅。

7.根据权利要求1-6任一项所述的加速度传感器，其特征在于，所述传感单元还包括焊盘，所述焊盘设于所述框体靠近所述盖板的表面，所述焊盘与所述加速度检测电路连接；

所述盖板上设有导电部，所述导电部包括导电柱、连接部及外接部，所述导电柱贯穿所述盖板，且所述导电柱靠近所述传感单元的端部与所述焊盘连接；所述外接部位于所述盖板远离所述传感单元的表面；所述连接部的一端与所述导电柱远离所述焊盘的一端连接，另一端与所述外接部连接。

8.一种加速度传感器的制备方法，其特征在于，包括：

形成底板，所述底板具有正对分布的第一面和第二面；

在所述第一面背离所述第二面的一侧形成传感单元，所述传感单元包括框体、质量块、微梁、第一固定梁、第二固定梁以及敏感电阻，所述框体与所述底板键合；所述质量块位于所述框体内，所述第一固定梁和所述第二固定梁分别连接于所述质量块与所述框体之间，且所述第一固定梁和所述第二固定梁在所述质量块的长度方向或宽度方向上正对分布；所述微梁连接于所述质量块与所述框体之间，所述第一固定梁的两侧分别设有一个所述微梁，所述第二固定梁的两侧分别设有一个所述微梁，每个所述微梁上均设有所述敏感电阻，各所述敏感电阻连接成加速度检测电路；

在所述传感单元背离所述底板的一侧形成盖板，所述盖板与所述框体键合。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，形成所述底板包括：

对所述第一面进行刻蚀，以在所述第一面形成第一凹陷部；在所述传感单元与所述底板键合后，所述质量块在所述底板上的正投影位于所述第一凹陷部内；

在所述传感单元背离所述底板的一侧形成盖板，所述盖板与所述框体键合，包括：

对所述盖板进行刻蚀，以形成第二凹陷部；

将所述盖板与所述框体远离所述底板的表面键合；在所述盖板与所述框体键合后，所述第二凹陷部由所述盖板中靠近所述传感单元的表面向远离所述传感单元的一侧凹陷，所述质量块在所述盖板上的正投影位于所述第二凹陷部内。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述第一面背离所述第二面的一侧形成传感单元，包括：

提供传感单元本体，所述传感单元本体具有正对分布的第三面和第四面；

在所述第三面对所述传感单元本体进行刻蚀，以形成质量块、框体以及位于所述框体与所述质量块之间且环绕所述质量块一周的凹部，并将所述凹部的底部作为连接膜；

将所述框体对应的第三面与所述底板的第一面键合；

对所述连接膜对应的第四面中的四个预设区域进行离子注入，以形成所述敏感电阻；

在所述传感单元本体对应的第四面上形成连接线，所述连接线将各所述敏感电阻连接成所述加速度检测电路；

在所述框体对应的第四面上形成焊盘，所述焊盘与所述加速度检测电路连接；

在所述第四面对所述连接膜进行刻蚀，以形成所述微梁、所述第一固定梁及所述第二固定梁。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，在所述盖板与所述框体键合之前，所述制备方法还包括：

对所述盖板靠近所述传感单元的表面进行平坦化处理。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在对所述盖板靠近所述传感单元的表面进行平坦化处理之前，所述制备方法还包括：

在所述盖板上形成通孔；

在所述盖板与所述框体键合之后，所述通孔露出所述焊盘，所述制备方法还包括：

在所述盖板的第四面上形成连接部，并在所述通孔内形成导电柱，所述导电柱的一端与所述焊盘链接，另一端与所述连接部连接；

在所述盖板的第四面上形成外接部，所述外接部与所述连接部远离所述导电柱的一端连接。