CN111780899B - 复合传感器及其制作方法 - Google Patents

复合传感器及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111780899B
CN111780899B CN201910272024.5A CN201910272024A CN111780899B CN 111780899 B CN111780899 B CN 111780899B CN 201910272024 A CN201910272024 A CN 201910272024A CN 111780899 B CN111780899 B CN 111780899B
Authority
CN
China
Prior art keywords
base material
substrate
cavity
pressure
collision
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910272024.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111780899A (zh
Inventor
李森林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Jiekai Technology Co ltd
Original Assignee
Wuhan Jiekai Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Jiekai Technology Co ltd filed Critical Wuhan Jiekai Technology Co ltd
Priority to CN201910272024.5A priority Critical patent/CN111780899B/zh
Priority to US16/790,784 priority patent/US11243226B2/en
Priority to TW109110086A priority patent/TWI737239B/zh
Publication of CN111780899A publication Critical patent/CN111780899A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111780899B publication Critical patent/CN111780899B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/12—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by alteration of electrical resistance
    • G01P15/123—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by alteration of electrical resistance by piezo-resistive elements, e.g. semiconductor strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0092—Pressure sensor associated with other sensors, e.g. for measuring acceleration or temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00—Details of instruments
    • G01P1/02—Housings
    • G01P1/023—Housings for acceleration measuring devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0228—Inertial sensors
    • B81B2201/0235—Accelerometers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0264—Pressure sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
    • G01L27/002—Calibrating, i.e. establishing true relation between transducer output value and value to be measured, zeroing, linearising or span error determination
    • G01L27/005—Apparatus for calibrating pressure sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0831—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type having the pivot axis between the longitudinal ends of the mass, e.g. see-saw configuration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0862—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system
    • G01P2015/0871—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system using stopper structures for limiting the travel of the seismic mass

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

本发明提供一种复合传感器及其制作方法，复合传感器包括：第一基材，及与所述第一基材层叠设置第二基材；位于所述第一基材的压力传感器，用于感知外界压力的变化；位于所述第二基材中的加速度传感器，用于感知加速度的变化；其中，所述压力传感器的压力膜与所述第二基材间隔设置，形成压力腔，所述加速度传感器的质量块与所述第一基材间隔设置，形成第一防撞腔。以使减小芯片面积及减小相互之间的干扰。

Description

复合传感器及其制作方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种复合传感器及其制作方法。
背景技术
传感器是一种检测装置，能够感受到被测量的信息，并将感受到的信息按照一定的规律变换为电信号或者其他所需形式的信息输出，给人以直观的感受。
压力传感器和加速度传感器是较常用的两类传感器，且两者经常被同时使用。为了在压力传感器和加速度传感器同时使用时较方便，现有技术中通常将两者集成在一起，形成一个整体，实现压力传感器与速度传感器的集成。目前将压力传感器和加速度传感器集成在一起的方案主要有三种：一种是在同一平面内制作压力传感器和加速度传感器；另一种是将压力传感器嵌入到加速度器的质量块中；再一种是采用三维堆叠结构，但是压力膜直接暴露于加速度传感器的质量块可触碰空间内。
上述第一种方案虽然能够实现压力传感和加速度传感的集成，但是集成芯片的尺寸较大。上述第二种方案虽然能够减小两者集成后的芯片尺寸，但是，实际应用中，为了保护加速度传感器的可动结构，通常会在其上设置保护盖板，为了调整加速度传感器的动态性能，保护盖板与加速度传感器可动结构之间做成密封腔，密封后的空腔内部做成真空或者填充一定压强的惰性气体(例如氮气)来调节空气阻尼，如果将压力传感器嵌入到加速度传感器的质量块中，经过保护盖板的密封后，压力传感器就与外部隔绝，失去了检测功能。第三种方案由于压力膜直接暴露于加速度传感器的质量块可触碰空间内，会存在压力和加速度相互干扰，当加速度过载时，会存在压力膜损坏的风险。因此，如何实现将加速度传感器和压力传感器集成后，不仅能使芯片面积减少，还能实现加速度传感器及压力传感器的功能成为目前急需解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是如何使复合传感器既能减小芯片面积又能减小相互之间的干扰，提高芯片的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种复合传感器，包括：
第一基材，及与所述第一基材层叠设置第二基材；
位于所述第一基材的压力传感器，用于感知外界压力的变化；
位于所述第二基材的加速度传感器，用于感知加速度的变化；
其中，所述压力传感器的压力膜与所述第二基材间隔设置，形成压力腔，所述加速度传感器的质量块与所述第一基材间隔设置，形成第一防撞腔。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种复合传感器的制作方法，包括：
提供第一基材及第二基材；
利用所述第一基材一部分材料形成压力传感器，利用所述第二基材一部分材料形成加速度传感器；
将所述第一基材和所述第二基材层叠设置，其中所述压力传感器的压力膜与所述第二基材间隔设置，形成压力腔，所述加速度传感器的质量块与所述第一基材间隔设置，形成第一防撞腔。
本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明提出的复合传感器通过将第一基材与第二基材层叠设置，将第一基材上的压力膜与第二基材间隔设置，形成压力腔，将第二基材的质量块与第一基材间隔设置，形成第一防撞腔。由此，将压力传感器与加速度传感器层叠设置以减小芯片尺寸，将压力膜与质量块隔离设置，以减小压力传感器与加速度传感器之间的相互干扰。
附图说明
图1是本发明复合传感器的第一实施例的剖视示意图；
图2a是本发明复合传感器压力膜及压敏电阻的结构示意图；
图2b是本发明复合传感器悬臂梁及压敏电阻的结构示意图；
图3是本发明复合传感器的第二实施例结构的剖视示意图；
图4a-图4h是本发明复合传感器的工艺流程示意图；
图5a-图5b是本发明复合传感器的制作方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
请参见图1，为本发明复合传感器第一实施例的剖视示意图。提供的复合传感器包括一个压力传感器和一个加速度传感器，具体地，包括：层叠设置的第一基材101及第二基材102；位于所述第一基材101的压力传感器，所述压力传感器包括压力膜105，用于感知外界压力的变化，位于所述第二基材102的加速度传感器，所述加速度传感器包括质量块104，用于感知加速度的变化；其中，所述压力膜105与所述第二基材102间隔设置，形成压力腔106，所述质量块104与所述第一基材101间隔设置，形成第一防撞腔115。需要说明的是，在本实施例中，所述压力膜105与所述质量块104错开设置，以上结构，能够使得所述压力传感器的压力膜105与所述加速度传感器的质量块104完全隔离，避免所述复合传感器在工作时压力传感器与加速度传感器之间碰撞。
其中，所述压力腔106由所述第一基材101邻近所述第二基材102的表面内凹形成，所述第一基材101在所述压力腔106位置厚度减薄形成所述压力膜105；具体地，对厚度均匀的所述第一基材101进行蚀刻，蚀刻出压力腔106及第一防撞腔115，所述第一防撞腔115与所述压力腔106连通且并排设置，所述第一防撞腔115深度小于所述压力腔106深度。所述压力腔106上方剩余的第一基材101作为压力膜105，所述压力膜105边缘设有第一压敏电阻108。
结合图2a所示，所述第一压敏电阻108嵌入在所述压力膜105的边缘处，在本实施例中，所述第一压敏电阻108为四个，在其他实施例中，还可以设置五个或六个，具体数量不做限定。所述第一压敏电阻108两侧设有第一接触孔109(图2a中未示)，在所述压力膜105上方具有第一导线107，所述第一导线107通过所述第一接触孔109将所述第一压敏电阻108串联，所述第一基材101的压力膜105外还设有第一焊盘110，所述第一焊盘110通过所述第一接触孔109与所述第一压敏电阻108连接。
其中，所述质量块104对应所述第一防撞腔115设置，在向所述第一基材101方向振动时至少部分落入所述第一防撞腔115内且不接触所述第一基材101。具体的，对厚度均匀的所述第二基材102的基材进行蚀刻，蚀刻出悬臂腔112及第二防撞腔113，所述第二防撞腔113的深度小于所述悬臂腔112的深度，所述第二防撞腔113位置对应所述第一防撞腔115的位置，所述第二防撞腔113处的所述第二基材102厚度减薄以形成所述质量块104，所述悬臂腔112上方的剩余所述第二基材102作为所述悬臂梁116，所述悬臂梁116边缘设有第二压敏电阻118。
如图2b所示，所述第二压敏电阻118嵌入在所述悬臂梁116的边缘处，在本实施例中，所述第二压敏电阻118为四个，在其他实施例中，还可以设置五个或六个，具体数量不做限定。所述第二压敏电阻118两侧设有第二接触孔117(图2b中未示)，在所述悬臂梁116上方具有第二导线120，所述第二导线120通过所述第二接触孔117将所述第二压敏电阻118串联，所述第二基材102的悬臂梁116外还设有第二焊盘119，所述第二焊盘119通过所述第二接触孔117与所述第二压敏电阻118连接。
在上述实施例中，所述质量块104一端通过所述悬臂梁116与所述剩余的第二基材102相连，以使所述质量块104通过所述悬臂梁116悬空在所述第二基材102中。在另一实施例中，所述质量块104的相对两端设有悬臂梁116，且所述相对两端都通过悬臂梁116与所述第二基材102的相连，以使所述质量块悬空在所述第二基材中102中。
所述复合传感器还包括位于所述第二基材102远离所述第一基材101表面的第三基材103，所述第三基材103与所述第二基材102层叠设置，且所述第一基材101与所述第二基材102之间及所述第二基材102及所述第三基材103之间通过粘结剂114连接，以使所述压力腔106、所述第一防撞腔115、所述悬臂腔112与所述第二防撞腔113连通，且形成密封腔，具体地，所述第一基材101的一个表面(与所述第一压敏电阻相对的表面)与所述第二基材102的一个表面(与所述第二压敏电阻相同的表面)粘合，所述第二基材102的一个表面(与所述第二压敏电阻相对的表面)与所述第三基材的一个表面进行粘合。
其中，所述第三基材103材料为硅材料或玻璃材料中的一种或任意组合，所述第一基材101及第二基材102材料为硅材料或二氧化硅的一种或任意组合。
请参见图3，为本发明复合传感器第二实施例结构示意图，与上一实施例(图1)的区别在于，在本实施例中，所述加速度传感器为双轴或三轴的复合传感器结构，具体为，在所述第二基材102中包括两个质量块201和202，具体的，所述质量块为方形，且所述两个质量块201和202的相邻两端分别通过双端固支梁的左右两侧连接，其余三端与所述第二基材断开，所述双端固支梁204的前后两端与所述第二基材102连接，以使所述质量块201和202悬空。另外，为了使所述质量块201、202悬空且在振动时不受干扰，在一实施例中，在所述第三基材103上蚀刻出第三防撞腔203，且所述第三防撞腔203中还设有凸台205，以防止所述质量块201、202在向下振动时与所述第三基材103吸合。
请参见图5a-图5b，为本申请复合传感器的制作方法流程示意图。具体地，步骤S401：提供第一基材及第二基材。
所述第一基材与第二基材为硅材料或二氧化硅，具体地，所述第一基材及第二基材的中间层可以为硅材料，硅材料两侧覆有二氧化硅。
步骤S402：在所述第一基材远离所述第二基材的表面形成依序连接的第一焊盘、第一导线及第一压敏电阻。
具体的，请参见图4a及图4b，图4a中对第一基材101的一个表面进行多次光刻以去除第一基材101上的部分二氧化硅，再进行蚀刻形成凹槽，在所述凹槽中注入硼离子以在所述第一基材101的一个表面形成第一压敏电阻301，为了提高所述压敏电阻301的接触效果，在所述凹槽中进行离子注入形成压敏电阻301时，所述压敏电阻301的两侧采用硼离子重掺杂注入，中间区域采用硼离子浅掺杂注入。
图4b中在所述第一基材101上制作第一导线及第一焊盘。具体地，所述第一导线303与所述第一焊盘302与所述第一压敏电阻301位于所述第一基材101的同一表面，所述第一基材101上的第一导线303通过接触孔将所述第一压敏电阻301连接，所述第一焊盘302位于所述第一基材101边缘并连接所述第一压敏电阻301。
步骤S403：利用所述第一基材的一部分材料形成压力膜。
请参见图4c，对所述第一基材101的另一表面(即与所述第一压敏电阻位置相对的表面)进行光刻及蚀刻，以形成压力腔306、第一防撞腔307，所述压力腔306及所述第一防撞腔307由所述第一基材101内凹形成，所述第一防撞腔307深度小于所述压力腔306，所述压力腔306位置对应所述压敏电阻301区域，且所述压力腔306上方的剩余所述基材作为压力膜311。
步骤S404：在所述第二基材邻近所述第一基材的表面形成依序连接的第二焊盘、第二导线及第二压敏电阻。
具体的，请参见图4d及图4e，图4d中对第二基材102的一个表面进行多次光刻以去除第二基材102上的部分二氧化硅，再进行蚀刻形成凹槽，在所述凹槽中注入硼离子以在所述第二基材102的一个表面形成第二压敏电阻501，为了提高所述压敏电阻501的接触效果，在所述凹槽中进行离子注入形成压敏电阻501时，所述压敏电阻501的两侧采用硼离子重掺杂注入，中间区域采用硼离子浅掺杂注入。
图4e中在所述第二基材102上制作第二导线及第二焊盘。具体地，所述第二导线503与所述第二焊盘502与所述第二压敏电阻501位于所述第二基材102的同一表面，所述第二基材102上的第二导线503通过接触孔将所述第二压敏电阻501连接，所述第二焊盘502位于所述第二基材102边缘并连接所述第二压敏电阻501。
步骤S405：利用所述第二基材的一部分材料形成质量块。
请参见图4f，对所述第二基材102的另一表面(即与所述第二压敏电阻位置相对的一表面)进行光刻及蚀刻，以形成悬臂腔304及第二防撞腔305、质量块308，所述第二防撞腔305及所述悬臂腔304由所述基材内凹形成，所述悬臂腔304位置对应所述第二压敏电阻位置区域，且所述第二防撞腔305深度小于所述悬臂腔306，所述悬臂腔304上方剩余的所述基材作为悬臂梁310，所述第二防撞腔305上方的剩余基材作为质量块308。
请参见图5b，本申请复合传感器的制作方法还包括以下步骤：
步骤S406：在所述第二基材远离所述第一基材表面设置第三基材，并将所述第二基材与所述第三基材通过粘结剂进行键合，以使所述悬臂腔及所述第二防撞腔密封。
请参见图4g，具体地，将具有所述悬臂腔304的第二基材102的表面(与所述第二压敏电阻501相对的表面)与另一完整基材(即第三基材103)的一个表面通过粘结剂309进行气密键合，以使所述悬臂腔304及所述第二防撞腔305形成密封空间。
需要说明的是，在本实施例中，为了确保所述质量块308在振动时不与所述第三基材吸合，可在所述第二防撞腔内设置凸台，或在所述第三基材103邻近所述第二基材的表面蚀刻出凹槽，并在所述凹槽中保留出凸台。
步骤S407：对所述第二基材进行蚀刻，以使所述质量块通过所述悬臂梁与所述第二基材连接，进而使所述质量块悬空设置。
如图4h所示，去除所述质量块308周围除与所述基材连接的所述悬臂梁310之外的基材，以将所述质量块通过所述悬臂梁310悬空。
在另一实施例中，所述质量块308的相对两端通过悬臂梁310与所述第二基材102连接，在进行蚀刻时，去除除质量块与所述悬臂梁连接的部分之外的其余部分，以使所述质量块308悬空。
步骤S408：将所述第一基材与所述第二基材通过粘结剂进行键合，以使所述压力腔、所述第一防撞腔、所述悬臂腔及所述第二防撞腔密封。
如图4h所示，具体地，所述第一基材101的一个表面(与所述第一压敏电阻301位置相对的表面)与所述第二基材的一个表面(与所述第二压敏电阻501位置相同的表面)通过粘结剂309进行气密键合，需要说明的是，在进行键合时，所述质量块位置对应所述第一防撞腔位置，以防止所述质量块在振动时触碰到基材。所述压力腔306、第一防撞腔307、悬臂腔304及所述第二防撞腔305进行连通并密封。
步骤S409：对所述第一基材进行蚀刻，以使所述第二焊盘裸露。
如图4f所示，所述第二焊盘314用于与外部电路连接，因此需要将所述第二焊盘314暴露出来，采用蚀刻的方式对第一基材进行处理，将所述第二焊盘314释放出来。
在本实施例中，步骤S409在所述第一基材与所述第二基材进行键合后进行，在另一实施例中，步骤S409可在对所述第一基材于所述第二基材进行键合之前进行。
在本实施例中，所述复合传感器只描述了部分相关功能部件，其他功能部件与现有技术中的复合传感器的功能部件相同在此不再赘述。
本申请提出的所述复合传感器通过将所述压力传感器及所述加速度传感器堆叠设置以减小芯片的尺寸，将所述压力传感器的压力膜与所述加速度传感器的质量块隔离设置，以减小压力传感器及加速度传感器之间的相互干扰。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合传感器，其特征在于，包括：
第一基材，及与所述第一基材层叠设置第二基材；
位于所述第一基材的压力传感器，用于感知外界压力的变化；
位于所述第二基材的加速度传感器，用于感知加速度的变化；
其中，所述压力传感器的压力膜与所述第二基材间隔设置，形成压力腔，所述加速度传感器的质量块与所述第一基材间隔设置，形成第一防撞腔；其中，所述第一防撞腔与所述压力腔错开设置，所述压力膜与所述质量块错开设置。
2.根据权利要求1所述的复合传感器，其特征在于，包括：
所述压力腔由所述第一基材邻近所述第二基材的表面内凹形成，所述第一基材在所述压力腔位置厚度减薄形成所述压力膜；
所述第一防撞腔与所述压力腔连通且并排设置，所述第一防撞腔由所述第一基材邻近所述第二基材的表面内凹形成，所述第一防撞腔深度小于所述压力腔深度；
其中，所述质量块对应所述第一防撞腔设置，在向所述第一基材方向振动时至少部分落入所述第一防撞腔内且不接触所述第一基材。
3.根据权利要求2所述的复合传感器，其特征在于，包括：
所述第二基材远离所述第一基材的表面对应所述压力腔位置内凹形成悬臂腔，所述第二基材对应所述悬臂腔位置厚度减薄形成悬臂梁；
所述第二基材远离所述第一基材的表面对应所述第一防撞腔位置内凹形成第二防撞腔，所述第二防撞腔深度小于所述悬臂腔深度，所述第二基材对应所述第二防撞腔位置厚度减薄形成所述质量块；
其中，所述质量块在背向所述第一基材方向振动时至少部分落入所述第二防撞腔内。
4.根据权利要求3所述的复合传感器，其特征在于，包括：
所述质量块的一端通过所述悬臂梁与所述第二基材连接，以使所述质量块悬空设置，进而使得所述悬臂腔、所述第二防撞腔、所述第一防撞腔以及所述压力腔相互连通；或
所述质量块相对两端通过所述悬臂梁与所述第二基材连接，以使所述质量块悬空设置，使得所述悬臂腔、所述第二防撞腔、所述第一防撞腔以及所述压力腔相互连通。
5.根据权利要求1所述的复合传感器，其特征在于，包括：
位于所述第一基材远离所述第二基材表面依序连接的第一焊盘、第一导线以及位于所述压力膜边缘的第一压敏电阻；
位于所述第二基材邻近所述第一基材表面依序连接的第二焊盘、第二导线，及位于悬臂梁边缘的第二压敏电阻。
6.根据权利要求1所述的复合传感器，其特征在于，还包括位于所述第二基材远离所述第一基材表面的第三基材，其中，所述第一基材与所述第二基材键合，所述第二基材与所述第三基材键合；
所述第三基材材料为硅材料或玻璃材料中的一种或任意组合，所述第一基材及第二基材材料为硅材料或二氧化硅的一种或任意组合，所述第一基材、第二基材及所述第三基材通过粘结剂粘结。
7.一种复合传感器的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
提供第一基材及第二基材；
利用所述第一基材一部分材料形成压力传感器，利用所述第二基材一部分材料形成加速度传感器；
将所述第一基材和所述第二基材层叠设置，其中所述压力传感器的压力膜与所述第二基材间隔设置，形成压力腔，所述加速度传感器的质量块与所述第一基材间隔设置，形成第一防撞腔；其中，所述第一防撞腔与所述压力腔错开设置，所述压力膜与所述质量块错开设置。
8.根据权利要求7所述的复合传感器的制作方法，其特征在于，所述利用所述第一基材一部分材料形成压力传感器，包括：
在所述第一基材远离所述第二基材的表面形成依序连接的第一焊盘、第一导线以及第一压敏电阻；
所述利用所述第二基材一部分材料形成加速度传感器，包括：
在所述第二基材邻近所述第一基材的表面形成依序连接的第二焊盘、第二导线及第二压敏电阻。
9.根据权利要求8所述的复合传感器的制作方法，其特征在于，
在所述第一基材邻近所述第二基材的表面进行蚀刻形成连通且并排设置的所述压力腔及所述第一防撞腔，以将所述第一基材的所述压力腔位置厚度减薄形成所述压力膜；
在所述第二基材远离所述第一基材的表面进行蚀刻形成悬臂腔及第二防撞腔，以将对应所述第二防撞腔位置的第二基材厚度减薄形成所述质量块。
10.根据权利要求9所述的复合传感器的制作方法，其特征在于，还包括：
在所述第二基材远离所述第一基材的表面设置第三基材并将所述第二基材与所述第三基材通过粘结剂进行键合，以使所述悬臂腔及所述第二防撞腔密封；
将所述第一基材与所述第二基材通过粘结剂进行键合，以使所述压力腔、所述第一防撞腔、所述悬臂腔及所述第二防撞腔密封。
CN201910272024.5A 2019-04-04 2019-04-04 复合传感器及其制作方法 Active CN111780899B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910272024.5A CN111780899B (zh) 2019-04-04 2019-04-04 复合传感器及其制作方法
US16/790,784 US11243226B2 (en) 2019-04-04 2020-02-14 Composite sensor and manufacturing method thereof
TW109110086A TWI737239B (zh) 2019-04-04 2020-03-25 複合傳感器及其製作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910272024.5A CN111780899B (zh) 2019-04-04 2019-04-04 复合传感器及其制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111780899A CN111780899A (zh) 2020-10-16
CN111780899B true CN111780899B (zh) 2022-04-12

Family

ID=72662238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910272024.5A Active CN111780899B (zh) 2019-04-04 2019-04-04 复合传感器及其制作方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11243226B2 (zh)
CN (1) CN111780899B (zh)
TW (1) TWI737239B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11609091B2 (en) * 2020-11-16 2023-03-21 Knowles Electronics, Llc Microelectromechanical systems device including a proof mass and movable plate
CN113504392B (zh) * 2021-07-05 2023-11-03 美满芯盛(杭州)微电子有限公司 一种高g值、高灵敏度MEMS加速度传感器及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101501505A (zh) * 2006-08-21 2009-08-05 松下电器产业株式会社 复合传感器
CN103454018A (zh) * 2012-05-31 2013-12-18 上海丽恒光微电子科技有限公司 压力传感器、振荡器、超声波传感器及测量方法
CN105783998A (zh) * 2016-04-15 2016-07-20 广东合微集成电路技术有限公司 一种复合传感器
DE102016114431A1 (de) * 2015-11-17 2017-05-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Infrarot-Bildsensorkomponente und Verfahren zu deren Herstellung
CN107923750A (zh) * 2015-08-21 2018-04-17 株式会社电装 复合传感器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3161736B2 (ja) 1994-04-05 2001-04-25 株式会社 日立製作所 加速度センサ
US6522762B1 (en) 1999-09-07 2003-02-18 Microtronic A/S Silicon-based sensor system
GB0302271D0 (en) * 2003-01-31 2003-03-05 Melexis Nv Integrated pressure and acceleration measurement device and a method of manufacture thereof
CN102353811B (zh) * 2011-07-12 2013-04-24 东南大学 一种微电子加速度传感器及其制备工艺
CN103708406B (zh) 2013-12-12 2019-04-16 中国计量学院 一种可隔离封装应力的谐振式红外探测器结构及制作方法
CN105174201B (zh) * 2015-06-24 2017-10-10 上海芯赫科技有限公司 一种mems集成复合传感器及其加工方法
US9550668B1 (en) * 2015-08-25 2017-01-24 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Integrated MEMS pressure sensor and MEMS inertial sensor
DE102015224545A1 (de) 2015-12-08 2017-06-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen eines mikromechanisches Bauelements
CN106783998A (zh) 2016-12-16 2017-05-31 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种基于金刚石衬底的氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101501505A (zh) * 2006-08-21 2009-08-05 松下电器产业株式会社 复合传感器
CN103454018A (zh) * 2012-05-31 2013-12-18 上海丽恒光微电子科技有限公司 压力传感器、振荡器、超声波传感器及测量方法
CN107923750A (zh) * 2015-08-21 2018-04-17 株式会社电装 复合传感器
DE102016114431A1 (de) * 2015-11-17 2017-05-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Infrarot-Bildsensorkomponente und Verfahren zu deren Herstellung
CN105783998A (zh) * 2016-04-15 2016-07-20 广东合微集成电路技术有限公司 一种复合传感器

Also Published As

Publication number Publication date
TWI737239B (zh) 2021-08-21
CN111780899A (zh) 2020-10-16
US20200319228A1 (en) 2020-10-08
US11243226B2 (en) 2022-02-08
TW202107634A (zh) 2021-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10626008B2 (en) Micro-electro-mechanical device and manufacturing process thereof
US7690255B2 (en) Three-axis inertial sensor and method of forming
JP3126467B2 (ja) 圧力または加速度センサ
US10407299B2 (en) 3D MEMS device with hermetic cavity
US8186221B2 (en) Vertically integrated MEMS acceleration transducer
CN102768290B (zh) 一种mems加速度计及制造方法
US20140001584A1 (en) Mems pressure sensor and manufacturing method therefor
US7487681B1 (en) Pressure sensor adjustment using backside mask
JP2013011587A (ja) 力学量センサ装置およびその製造方法
CN111780899B (zh) 复合传感器及其制作方法
JP4335545B2 (ja) 圧力と加速度との双方を検出するセンサおよびその製造方法
TWI634069B (zh) 混合整合構件及其製造方法
JP2003232803A (ja) 半導体型加速度センサ
WO2016192371A1 (zh) 传感器集成装置及其生产方法
CN102408089A (zh) 可同时量测加速度及压力的微机电传感器
CA2182180A1 (en) A capacitive pressure sensor having a reduced area dielectric spacer
TWI583931B (zh) Miniature piezoresistive pressure sensor
CN107892268B (zh) 压力传感器及其制造方法
JP2003172745A (ja) 半導体加速度センサ
CN107894297B (zh) 一种压力传感器芯片及其制造方法
JPH04249726A (ja) 静電容量の変化を利用したセンサの製造方法
US7682861B2 (en) Method for manufacturing a micromechanical motion sensor, and a micromechanical motion sensor
CN113483926B (zh) 一种爆炸场mems压阻式压力传感器
KR20160125770A (ko) 센서 소자 및 그 제조 방법
CN117433671A (zh) 一种mems压力传感器及其制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210304

Address after: 6 / F, building C3, future science and Technology City, 999 Gaoxin Avenue, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province (Wuhan area of free trade zone)

Applicant after: Wuhan Jiekai Technology Co.,Ltd.

Address before: 230000, 10 floor, A3 building, innovation industrial park, 800 Wangjiang West Road, Hefei, Anhui.

Applicant before: Hefei Jiefa Technology Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant