CN114236683B - 一种自耦合光子加速度传感器芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种自耦合光子加速度传感器芯片及其制造方法，传感器芯片，由制造方法制备得到，包括由耦合在一起的基层和准直透镜构成的光学组件、封装层和光纤组成，光线经过光纤、准直透镜射到金属层上，金属层反射光线再经过准直透镜、光纤射出。基层由SOI硅片加工而来，具有反射光线的金属层，通过控制准直透镜与金属层之间的距离使准直透镜的焦点位于金属层来实现直接耦合，采用MEMS加工手段进行晶圆级封装，产品一致性高，生产效率高，成本低。
Description
技术领域
本申请属于光子传感器技术领域，尤其是涉及一种自耦合光子加速度传感器芯片及其制造方法。
背景技术
目前市面上主流的mems加速度计为电容式加速度计。电容式加速度计具有抗电磁干扰能力差的缺点，而光学加速度计抗电磁干扰性能优异，广泛应用于航空航天，电塔，输电线等电磁辐射强的应用场景。同时光学加速度计灵敏度性能也优于电容式加速度计。在检测一些微小加速度或振动时具有明显优势。
同时，大多数MEMS光学传感器采用TO管壳进行封装，存在封装效率低，成本高，一致性差的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种封装效率高、成本低的自耦合光子加速度传感器芯片及其制造方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，包括以下步骤：
S1：取一SOI硅片，所述SOI硅片具有第一硅层、氧化层和第二硅层，在第二硅层顶面通过电子束蒸发或磁控溅射或电镀金属形成金属层，并金属层进行金属图形化处理；
S2：第二硅层顶面金属层四周刻蚀形成深度到达氧化层的槽；
S3：从第一硅层底部氧化层下发刻蚀形成空腔使氧化层露出；
S4：将槽和空腔部分的氧化层腐蚀掉，第二硅层中具有金属层的中间部分通过悬臂梁与第一硅层连接；
S5：第二硅层顶面与中间具有空腔的第一硅基材料通过硅硅键合形成侧壁；
S6：在侧壁顶部键合准直透镜并进行封装和安装光纤制备得到自耦合光子加速度传感器芯片。
优选地，本发明的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，所述准直透镜的一侧或者两侧具有凸透镜。
优选地，本发明的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，所述准直透镜未设置凸透镜的一侧设置有引导凸块。
优选地，本发明的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，所述侧壁的套设在所述准直透镜外侧，通过调整所述准直透镜的位置使所述准直透镜的焦点位于金属层后再进行键合。
优选地，本发明的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，所述侧壁和所述准直透镜的接触部位设置螺纹，通过旋转准直透镜进行相对位置的调节。
优选地，本发明的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，所述光纤为1根光纤，光纤同时作为入射和出射的光纤。
优选地，本发明的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，所述光纤为2根光纤，其中一根作为入射光纤、另一根作为出射光纤。
优选地，本发明的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，所述准直透镜为硅基材料或者或玻璃基材料。
本申请还提供一种自耦合光子加速度传感器芯片，由上述的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法制造得到。
本发明的有益效果是：
本申请的自耦合光子加速度传感器芯片及其制造方法，传感器芯片，由制造方法制备得到，包括由耦合在一起的基层和准直透镜构成的光学组件、封装层和光纤组成，光线经过光纤、准直透镜射到金属层上，金属层反射光线再经过准直透镜、光纤射出。基层由SOI硅片加工而来，具有反射光线的金属层，通过控制准直透镜与金属层之间的距离使准直透镜的焦点位于金属层来实现直接耦合，采用MEMS加工手段进行晶圆级封装，产品一致性高，生产效率高，成本低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例2的自耦合光子加速度传感器芯片结构示意图；
图2是本申请实施例1的制造方法的流程图；
图3a和3b是本申请实施例1的准直透镜的结构图；
图4是本申请实施例2的自耦合光子加速度传感器芯片的剖视图。
图中的附图标记为：
1 硅片；
2 准直透镜；
3 封装层；
8 基层；
9 光纤；
11 第一硅层；
111 空腔；
12 氧化层；
13 第二硅层；
14 金属层；
15 第一硅基材料；
21 凸透镜；
22 引导凸块；
131 槽。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：取一SOI硅片1，所述SOI硅片具有第一硅层11、氧化层12和第二硅层13，在第二硅层13顶面通过电子束蒸发或磁控溅射或电镀金属形成金属层14，并金属层14进行金属图形化处理（IBE刻蚀或剥离，通过图形化使金属层14形成所需要的金属图形）；
S2：第二硅层13顶面金属层14四周刻蚀形成深度到达氧化层12的槽131；
S3：从第一硅层11底部氧化层12下发刻蚀形成空腔111使氧化层12露出；
S4：将槽131和空腔111部分的氧化层12腐蚀掉，第二硅层13中具有金属层14的中间部分通过悬臂梁与第一硅层11连接；
S5：第二硅层13顶面与中间具有空腔的第一硅基材料15通过硅硅键合形成侧壁；
S6：在侧壁顶部通过阳极键合（玻璃基）或硅硅键合（硅基）准直透镜2并进行封装和安装光纤9制备得到自耦合光子加速度传感器芯片。
进一步，所述准直透镜2的一侧或者两侧具有凸透镜21。
进一步，所述侧壁的套设在所述准直透镜2外侧，通过调整所述准直透镜2的位置使所述准直透镜2的焦点位于金属层14后再进行键合。
进一步，所述侧壁和所述准直透镜2的接触部位设置螺纹（侧壁15和准直透镜2为圆筒形），通过调整所述准直透镜2的位置使所述准直透镜2的焦点位于金属层14后再进行键合，通过螺纹连接可以通过旋转准直透镜2进行相对位置的精确调节。
所述光纤9为1根光纤或者2根光纤，1根光纤时同时作为入射和出射的光纤，2根光纤时，1根作为入射光纤、1根作为出射光纤。
所述准直透镜2为硅基材料或者或玻璃基材料。
本实施例中，通过控制准直透镜与金属层14之间的距离使准直透镜2的焦点位于金属层14来实现直接耦合，采用MEMS加工手段进行晶圆级封装，产品一致性高，生产效率高，成本低。
所述准直透镜2未设置凸透镜的一侧设置有引导凸块22，设置引导凸块22，可以使光线更加聚集。
实施例2
本实施例提供一种自耦合光子加速度传感器芯片，由制造方法制备得到，如图4所示，包括由耦合在一起的基层8（由SOI硅片1加工而来，具有反射光线的金属层14）和准直透镜2构成的光学组件、封装层3和光纤9组成，光线经过光纤9、准直透镜2射到金属层14上，金属层14反射光线再经过准直透镜2、光纤9射出，当发生振动时，会使金属层14发生振动，从而使金属层14反射光线发生偏转，进入准直透镜2的反射光减少，光功率减小，通过PD测量光功率的变化值可以读出加速度。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，其特征在于，
包括以下步骤：
S1：取一SOI硅片（1），所述SOI硅片具有第一硅层（11）、氧化层（12）和第二硅层（13），在第二硅层（13）顶面通过电子束蒸发或磁控溅射或电镀金属形成金属层（14），并金属层（14）进行金属图形化处理；
S2：于第二硅层（13）顶面在金属层（14）四周刻蚀形成深度到达氧化层（12）的槽（131）；
S3：从第一硅层（11）底部氧化层（12）下方刻蚀形成空腔（111）使氧化层（12）露出；
S4：将槽（131）和空腔（111）部分的氧化层（12）腐蚀掉，第二硅层（13）中具有金属层（14）的中间部分通过悬臂梁与第一硅层（11）连接；
S5：第二硅层（13）顶面与中间具有空腔的第一硅基材料（15）通过硅硅键合形成侧壁；
S6：在侧壁顶部键合准直透镜（2）并进行封装和安装光纤（9）制备得到自耦合光子加速度传感器芯片；
所述侧壁（15）套设在所述准直透镜（2）外侧，通过调整所述准直透镜（2）的位置使所述准直透镜（2）的焦点位于金属层（14）后再进行键合；
所述侧壁（15）和所述准直透镜（2）的接触部位设置螺纹，通过旋转准直透镜（2）进行相对位置的调节。
2.根据权利要求1所述的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，其特征在于，所述准直透镜（2）的一侧或者两侧具有凸透镜（21）。
3.根据权利要求2所述的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，其特征在于，所述准直透镜（2）未设置凸透镜（21）的一侧设置有引导凸块（22）。
4.根据权利要求1所述的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，其特征在于，所述光纤（9）为1根光纤，光纤同时作为入射和出射的光纤。
5.根据权利要求1所述的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，其特征在于，所述光纤（9）为2根光纤，其中一根作为入射光纤、另一根作为出射光纤。
6.根据权利要求1所述的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法，其特征在于，所述准直透镜（2）为硅基材料或者或玻璃基材料。
7.一种自耦合光子加速度传感器芯片，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述的自耦合光子加速度传感器芯片制造方法制造得到。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101132653A (zh) * | 2006-08-25 | 2008-02-27 | 中国科学院声学研究所 | 一种基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统 |
| CN112903085A (zh) * | 2021-05-07 | 2021-06-04 | 欧梯恩智能科技(苏州)有限公司 | 利用多普勒效应的接触式振动光子传感器及其制造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101608944B (zh) * | 2008-06-19 | 2012-07-11 | 上海前所光电科技有限公司 | 一种光纤振动传感头及其制作方法 |
| US8855452B2 (en) * | 2012-01-18 | 2014-10-07 | International Business Machines Corporation | Silicon photonic chip optical coupling structures |
| CN102621348A (zh) * | 2012-04-20 | 2012-08-01 | 中国科学院声学研究所 | 一种基于硅微加工技术的光纤加速度计 |
| CN104502630B (zh) * | 2015-01-08 | 2017-12-15 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 单芯片双轴水平光纤加速度传感器及其制备方法 |
| FR3066615B1 (fr) * | 2017-05-17 | 2019-11-15 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Puce photonique a structure de collimation integree |
| CN113030513A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-06-25 | 欧梯恩智能科技(苏州)有限公司 | 一种衍射型硅光加速度传感器 |
-
2021
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101132653A (zh) * | 2006-08-25 | 2008-02-27 | 中国科学院声学研究所 | 一种基于相位载波调制的光纤硅微传声器系统 |
| CN112903085A (zh) * | 2021-05-07 | 2021-06-04 | 欧梯恩智能科技(苏州)有限公司 | 利用多普勒效应的接触式振动光子传感器及其制造方法 |
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