CN105277738A - 电化学加速度计、将热敏电阻集成在电极中的方法 - Google Patents

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王军波
邓涛
陈德勇
陈健
孙振源
李光磊
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Abstract

本发明提供了一种基于集成式热敏电阻的电化学加速度计及将热敏电阻集成在电极中的方法，电化学加速度计包括热敏电阻和放大电路，热敏电阻集成在电极上，其阻值随电极温度变化而变化；放大电路根据热敏电阻的阻值，对输出电压进行补偿。本发明将热敏电阻直接集成在电化学加速度计电极上，硅材料的电极具有良好的导热性，因此集成在其上的热敏电阻与电解液的温度十分接近，可以大幅度地降低温度补偿的误差。

Description

电化学加速度计、将热敏电阻集成在电极中的方法
技术领域
本发明涉及加速度计技术领域、微电子机械系统(MEMS)技术领域与温度传感器技术领域，尤其涉及一种基于集成式热敏电阻的电化学加速度计、将热敏电阻集成在电极中的方法。
背景技术
电化学加速度计是一种将外界加速度转变为电信号的敏感器件，其核心的敏感部件是一个四电极结构，与其他类型的加速度计采用固体质量块相比，电化学加速度计最大的区别是采用电解液为质量块。电化学加速度计工作时，其电极上施加一个固定的偏置电压，经过一定时间后，反应离子在电极周围形成固定的浓度分布，达到稳态。当有外界加速度作用时，电解液受到惯性力作用相对电极产生位移，导致电极上发生的电化学反应发生变化，从而引起输出电压的变化，这就是电化学加速度计工作的基本原理。
由于采用液体质量块，电化学加速度计可以在较大的倾角下工作；同时，基于电化学反应的工作原理使其具有较高的灵敏度。因此，电化学加速度计在地震监测领域具有明显的优势，常被用在海底地震仪器中采集海底地震波信号。传统的电化学加速度计的敏感电极由铂网电极与多孔陶瓷薄片组装而成，但是工艺复杂、成本高、批量化生产能力差；此外，电化学加速度计受温度影响十分显著。这些都制约着它的使用。
一方面，为了克服传统工艺方法的缺点，近年来，MEMS技术被引入用来制作电化学加速度计的敏感电极。MEMS技术是在微电子技术和硅微加工基础上发展起来的多学科交叉的新技术，具有微型化、集成化、可批量生产等特点。基于MEMS技术的电化学加速度计在一定程度上克服了传统加速度计的缺点。
另一方面，为了提高电化学加速度计灵敏度的温度稳定性，出现了一些基于热敏电阻的温度补偿方案。在这些方案中，温度传感器一般是热敏电阻，放置在外置的检测电路中，当外界温度变化时，热敏电阻由于具有良好的响应速度，其温度变化滞后的时间较短，而电化学加速度计采用电解液作为质量块，由于液体的温度变化较慢从而使电化学加速度计灵敏度的变化相对外界电路的气温变化产生较大的滞后，导致温度补偿产生较大的误差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供一种基于集成式热敏电阻的电化学加速度计和将热敏电阻集成在电极中的方法，可以大幅度地降低温度补偿的误差。
(二)技术方案
本发明提供一种基于集成式热敏电阻的电化学加速度计，包括电解液、电极和电流/电压转换电路，电极与电解液进行电化学反应，在电极上形成输出电流，所述输出电流通过电流/电压转换电路转换成电压信号，当有外界加速度作用时，电解液受到惯性力作用相对电极产生位移，使输出电压发生变化，以确定加速度值，电化学加速度计还包括热敏电阻和放大电路，其中：热敏电阻集成在电极上，其阻值随电极温度变化而变化；所述放大电路根据热敏电阻的阻值，对输出电压进行补偿。
本发明还提供一种将热敏电阻集成在电极中的方法，包括：
步骤S11，在电极上布设光刻胶；
步骤S12，在电极上的窗口中光刻出电阻图形；
步骤S13，采用硬掩膜遮盖住除窗口外的其他电极区域，并根据电阻图形在窗口中生长正温度系数热敏电阻，并剥离光刻胶；
步骤S14，通过引线键合方法将正温度系数热敏电阻分别与电极和放大电路连接。
本发明还提供一种将热敏电阻集成在电极中的方法，包括：
步骤S21，在电极上的窗口中涂粘接胶；
步骤S22，将负温度系数热敏电阻胶粘接在电极芯片窗口里；
步骤S23，通过引线键合方法将该负温度系数热敏电阻分别与电极和放大电路连接。
(三)有益效果
本发明将热敏电阻直接集成在电化学加速度计电极上，硅材料的电极具有良好的导热性，因此集成在其上的热敏电阻与电解液的温度十分接近，可以大幅度地降低温度补偿的误差。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电化学加速度计的示意图，其中(a)是基于铂薄膜电阻的电化学加速度计，(b)是基于贴片热敏电阻的电化学加速度计。
图2是本发明实施例提供的在电极上集成铂薄膜电阻的方法流程图；
图3是本发明实施例提供的在电极上集成贴片热敏电阻的方法流程图。
附图标记说明
1-铂电极
2-通孔
3-绝缘材料
4-铂薄膜电阻
5-贴片热敏电阻
6-运算放大器
7-非热敏电阻
a-布设光刻胶
b-光刻与显影
c-生长热敏电阻
d-剥离光刻胶
e、h-引线键合
f-涂BCB胶
g-粘接贴片热敏电阻
具体实施方式
本发明提供一种基于集成式热敏电阻的电化学加速度计及将热敏电阻集成在电极中的方法，电化学加速度计包括热敏电阻和放大电路，热敏电阻集成在电极上，其阻值随电极温度变化而变化；放大电路根据热敏电阻的阻值，对输出电压进行补偿。本发明将热敏电阻直接集成在电化学加速度计电极上，硅材料的电极具有良好的导热性，因此集成在其上的热敏电阻与电解液的温度十分接近，可以大幅度地降低温度补偿的误差。
根据本发明的一种实施方式，电化学加速度计包括电解液、电极和电流/电压转换电路，电极与电解液进行电化学反应，在电极上形成输出电流，所述输出电流通过电流/电压转换电路转换成电压信号，当有外界加速度作用时，电解液受到惯性力作用相对电极产生位移，使输出电压发生变化，以确定加速度值，电化学加速度计还包括热敏电阻和放大电路，热敏电阻集成在电极上，其阻值随电极温度变化而变化；放大电路根据热敏电阻的阻值，对输出电压进行补偿。
根据本发明的一种实施方式，放大电路包括运算放大器，其中，热敏电阻为正温度系数热敏电阻，其中，热敏电阻作为输入电阻接入到该运算放大器，输出电压经过该热敏电阻后输入到该运算放大器，该运算放大器输出补偿后的输出电压。
根据本发明的一种实施方式，运算放大器的反馈电阻为非热敏电阻，即普通电阻。
根据本发明的一种实施方式，热敏电阻为铂薄膜电阻或陶瓷电阻。
根据本发明的一种实施方式，放大电路包括运算放大器，其中，热敏电阻为负温度系数热敏电阻，其中，热敏电阻作为反馈电阻接入到该运算放大器，输出电压经过输入电阻后输入到该运算放大器，该运算放大器输出补偿后的输出电压。
根据本发明的一种实施方式，运算放大器的输入电阻为非热敏电阻，即普通电阻。
根据本发明的一种实施方式，热敏电阻为贴片热敏电阻。
根据本发明的一种实施方式，电极上设有由绝缘材料(如：二氧化硅)覆盖的窗口，热敏电阻集成在窗口中，其中，将热敏电阻集成在电极中的方法包括：
步骤S11，在电极上布设光刻胶；
步骤S12，在电极上的窗口中光刻出电阻图形；
步骤S13，采用硬掩膜遮盖住除窗口外的其他电极区域，并根据电阻图形在窗口中生长正温度系数热敏电阻，并剥离光刻胶；
步骤S14，通过引线键合方法将正温度系数热敏电阻分别与电极和放大电路连接。
根据本发明的一种实施方式，电极上设有由绝缘材料(如：二氧化硅)覆盖的窗口，热敏电阻集成在所述窗口中，其中，将热敏电阻集成在电极中的方法包括：
步骤S21，在电极上的窗口中涂粘接胶，粘接胶可以是BCB胶；
步骤S22，将负温度系数热敏电阻胶粘接在电极芯片窗口里；
步骤S23，通过引线键合方法将该负温度系数热敏电阻分别与电极和所述放大电路连接。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1是本发明基于集成热敏电阻的电化学加速度计，如图1所示，提供了两种基于不同种类热敏电阻的电化学加速度计，左侧(a)是基于铂薄膜电阻的电化学加速度计，右侧(b)是基于贴片热敏电阻的电化学加速度计。Uo为电化学加速度传感器的输出电压，Uoc则为温度补偿后的输出电压。其中：
基于集成热敏电阻的电化学加速度计，是将热敏电阻直接集成在电化学加速度传感器电极上，然后将热敏电阻连接在比例放大电路中进行温度补偿。
电极是MEMS电化学加速度传感器的敏感元件，其基底为硅材料，包含铂电极1、通孔2与一个覆盖有绝缘材料3的窗口。
比例放大电路为反比例运算放大器6，由于电化学加速度计的灵敏度随温度升高而增加，所以当采用正温度系数的热敏电阻进行补偿时，将该温度传感器作为输入电阻，而反馈电阻采用普通电阻7；当采用负温度系数的温度传感器进行补偿时，将该温度传感器作为反馈电阻接入电路，而输入电阻采用普通电阻7。
基于铂薄膜电阻的电化学加速度计，其中铂薄膜电阻4是在电极芯片窗口的绝缘材料3上采用MEMS工艺制作而成；由于铂是正温度系数材料，因此需要将铂薄膜电阻作为输入电阻接在电路中，而反馈电阻采用普通电阻7。
基于贴片负温度系数热敏电阻的电化学加速度计，贴片负温度系数热敏电阻5通过BCB胶直接粘接在电极芯片窗口的绝缘材料3上；由于贴片负温度系数热敏电阻5的温度特性与电化学加速度传感器相反，因此将贴片负温度系数热敏电阻5作为反馈电阻接在电路中，而输入电阻采用普通电阻7。
图2为本发明实施例提供的在电极上集成铂薄膜电阻的MEMS方法流程图，如图2所示，方法包括：
步骤S11，在电极上布设光刻胶；
步骤S12，在电极上的窗口中光刻出电阻图形；
步骤S13，采用硬掩膜遮盖住除窗口外的其他电极区域，并根据电阻图形在窗口中生长正温度系数热敏电阻，并剥离光刻胶；
步骤S14，通过引线键合方法将正温度系数热敏电阻分别与电极和放大电路连接。
图3是本发明实施例提供的在电极上集成贴片热敏电阻的方法流程图，如图3所示，方法包括：
步骤S21，在电极上的窗口中涂BCB胶；
步骤S22，将负温度系数热敏电阻胶粘接在电极芯片窗口里；
步骤S23，通过引线键合方法将该负温度系数热敏电阻分别与电极和所述放大电路连接。
综上所述，本发明将热敏电阻直接集成在电化学加速度计电极上，硅材料的电极具有良好的导热性，因此集成在其上的热敏电阻与电解液的温度十分接近，可以大幅度地降低温度补偿的误差。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于集成式热敏电阻的电化学加速度计，包括电解液、电极和电流/电压转换电路，所述电极与电解液进行电化学反应，在所述电极上形成输出电流，所述输出电流通过所述电流/电压转换电路转换成电压信号，当有外界加速度作用时，所述电解液受到惯性力作用相对所述电极产生位移，使所述输出电压发生变化，以确定加速度值，其特征在于，所述电化学加速度计还包括热敏电阻和放大电路，其中：所述热敏电阻集成在所述电极上，其阻值随所述电极温度变化而变化；所述放大电路根据所述热敏电阻的阻值，对所述输出电压进行补偿。
2.根据权利要求1所述的电化学加速度计，其特征在于，放大电路包括运算放大器，所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻，其中，所述热敏电阻作为输入电阻接入到该运算放大器，所述输出电压经过该热敏电阻后输入到该运算放大器，该运算放大器输出补偿后的输出电压。
3.根据权利要求2所述的电化学加速度计，其特征在于，所述运算放大器的反馈电阻为非热敏电阻。
4.根据权利要求2所述的电化学加速度计，其特征在于，所述热敏电阻为铂薄膜电阻。
5.根据权利要求1所述的电化学加速度计，其特征在于，放大电路包括运算放大器，所述热敏电阻为负温度系数热敏电阻，其中，所述热敏电阻作为反馈电阻接入到该运算放大器，所述输出电压经过输入电阻后输入到该运算放大器，该运算放大器输出补偿后的输出电压。
6.根据权利要求5所述的电化学加速度计，其特征在于，所述运算放大器的输入电阻为非热敏电阻。
7.根据权利要求5所述的电化学加速度计，其特征在于，所述热敏电阻为贴片热敏电阻。
8.根据权利要求1所述的电化学加速度计，其特征在于，所述电极上设有由绝缘材料覆盖的窗口，所述热敏电阻集成在所述窗口中。
9.一种将热敏电阻集成在电极中的方法，所述电极为权利要求8中的电极，其特征在于，方法包括：
步骤S11，在所述电极上布设光刻胶；
步骤S12，在所述电极上的窗口中光刻出电阻图形；
步骤S13，采用硬掩膜遮盖住除窗口外的其他电极区域，并根据电阻图形在窗口中生长正温度系数热敏电阻，并剥离光刻胶；
步骤S14，通过引线键合方法将正温度系数热敏电阻分别与所述电极和所述放大电路连接。
10.一种将热敏电阻集成在电极中的方法，所述电极为权利要求8中的电极，其特征在于，方法包括：
步骤S21，在所述电极上的窗口中涂粘接胶；
步骤S22，将负温度系数热敏电阻胶粘接在电极芯片窗口里；
步骤S23，通过引线键合方法将该负温度系数热敏电阻分别与所述电极和所述放大电路连接。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106940385A (zh) * 2016-11-21 2017-07-11 哈尔滨盈江科技有限公司 一种用于分子‑电子感应式加速度计的温度补偿方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6382025B1 (en) * 1999-10-15 2002-05-07 The Regents Of The University Of California Rotational rate sensor
CN103048680A (zh) * 2011-10-13 2013-04-17 中国科学院电子学研究所 基于mems技术的电化学地震检波器
CN103235337A (zh) * 2013-05-21 2013-08-07 中国科学院电子学研究所 基于机械密封的电化学地震检波器及其封装方法
CN103274351A (zh) * 2013-05-21 2013-09-04 中国科学院电子学研究所 基于mems的电化学地震检波器电极敏感核心及其制造方法
CN103472480A (zh) * 2013-09-22 2013-12-25 中国科学院电子学研究所 电化学敏感元件、其制备方法、应用其的地震检波器
CN104409072A (zh) * 2014-10-29 2015-03-11 吉林大学 基于导热结构的分子-电子感应式线性速度计的降噪方法
WO2015077394A1 (en) * 2013-11-20 2015-05-28 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Microfabrication technology for producing sensing cells for molecular electronic transducer based seismometer

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6382025B1 (en) * 1999-10-15 2002-05-07 The Regents Of The University Of California Rotational rate sensor
CN103048680A (zh) * 2011-10-13 2013-04-17 中国科学院电子学研究所 基于mems技术的电化学地震检波器
CN103235337A (zh) * 2013-05-21 2013-08-07 中国科学院电子学研究所 基于机械密封的电化学地震检波器及其封装方法
CN103274351A (zh) * 2013-05-21 2013-09-04 中国科学院电子学研究所 基于mems的电化学地震检波器电极敏感核心及其制造方法
CN103472480A (zh) * 2013-09-22 2013-12-25 中国科学院电子学研究所 电化学敏感元件、其制备方法、应用其的地震检波器
WO2015077394A1 (en) * 2013-11-20 2015-05-28 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Microfabrication technology for producing sensing cells for molecular electronic transducer based seismometer
CN104409072A (zh) * 2014-10-29 2015-03-11 吉林大学 基于导热结构的分子-电子感应式线性速度计的降噪方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
何文涛 等: "MEMS宽带电化学地震检波器", 《光学精密工程》 *
娄伟 等: "热电化学电极的制备及其灵敏度测试", 《绍兴文理学院学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106940385A (zh) * 2016-11-21 2017-07-11 哈尔滨盈江科技有限公司 一种用于分子‑电子感应式加速度计的温度补偿方法
CN106940385B (zh) * 2016-11-21 2019-11-12 哈尔滨盈江科技有限公司 一种用于分子-电子感应式加速度计的温度补偿方法

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