TH72009B - Thin-film accelerometer sensors of floating mass and manufacturing processes. - Google Patents

Thin-film accelerometer sensors of floating mass and manufacturing processes.

Info

Publication number
TH72009B
TH72009B TH601002049A TH0601002049A TH72009B TH 72009 B TH72009 B TH 72009B TH 601002049 A TH601002049 A TH 601002049A TH 0601002049 A TH0601002049 A TH 0601002049A TH 72009 B TH72009 B TH 72009B
Authority
TH
Thailand
Prior art keywords
thin film
piezoresistor
floating mass
acceleration sensor
sensor device
Prior art date
Application number
TH601002049A
Other languages
Thai (th)
Other versions
TH112794A (en
Inventor
วิศิษฏ์สรอรรถ นายอนุรัตน์
Original Assignee
นางรัชดา เรืองสิน
นางสาวรัตนากร แสนศักดิ์
นางสาววราภรณ์ นวลแปง
นางสาวสมรลักษณ์ แจ่มแจ้ง
นายอานนท์ จินดาดวง
สำนักงานพัฒนาวิทยาศาตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ
Filing date
Publication date
Application filed by นางรัชดา เรืองสิน, นางสาวรัตนากร แสนศักดิ์, นางสาววราภรณ์ นวลแปง, นางสาวสมรลักษณ์ แจ่มแจ้ง, นายอานนท์ จินดาดวง, สำนักงานพัฒนาวิทยาศาตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ filed Critical นางรัชดา เรืองสิน
Publication of TH112794A publication Critical patent/TH112794A/en
Publication of TH72009B publication Critical patent/TH72009B/en

Links

Abstract

DC60 เซนเซอร์วัดความเร่งที่สร้างขึ้นโดยโดยใช้กระบวนการ physical vapor deposition เป็น หลัก ประกอบด้วยส่วนมวลลอยอยู่ตรงกลางที่ถูกยึดด้วยด้วยแขนยึดจำนวนหนึ่ง โดยโครงสร้างนี้ จะถูกปกป้องด้วยโครงสร้างของแผ่นยางประเภทซิลิโคน เช่น polydimethysiloxane (PDMS) ที่จะ ถูกสร้างด้วยวิธีการ plastic molding และ plasma bonding ลงบนซับสเตรตที่เป็นแก้ว โครงสร้าง มวลลอยจะถูกสร้างด้วยวัสดุฉนวนไฟฟ้าที่เหมาะสม เช่น Aluminum Nitride (AIN) Alumina (AI2O3) Silicon Nitride (Si3N4) หรือ Silicon Dioxide (SiO2) ตามด้วยชั้นของฟิล์มบางของ piezoresistor ที่เคลือบอยู่บนแขนยึดแต่ละแขนและจะมีชั้นฟิล์มบางของโลหะที่เหมาะสม เช่น Cu/Cr เคลือบบนปลายอยู่เพื่อเป็นขั้วไฟฟ้า เมื่อแขนยึดดังกล่าวโค้งงอด้วยแรงของความเร่งที่มา กระทำ ส่วนที่เป็น piezoresistor ก็จะโค้งงอและมีความต้านทานไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไป ดังนั้น ปริมาณความเร่งที่กดก็จะถูกวัดได้โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้าของอุปกรณ์ โดย piezoresistor ในการประดิษฐ์นี้จะเป็นวัสดุที่เหมาะสมเช่น indium tin oxide (ITO) ที่สร้างด้วย กระบวนการเฉพาะคือ ion-assisted electron beam evaporation เซนเซอร์วัดความแร่งที่สร้างขึ้นโดยโดยใช้กระบวนการ physical vapor deposition เป็น หลัก ประกอบด้วยส่วนมวลลอยอยู่ตรงกลางที่ถูกยึดด้วยด้วยแขนยึดจำนวนหนึ่ง โดยโครงสร้างนี้ จะถูกปกป้องด้วยโครงสร้างของแผ่นยางประเภทซิลิโคน เช่น polydimethysiloxane (PDMS) ที่จะ ถูกสร้างด้วยวิธีการ plastic molding และ plasma bonding ลงบนซับสเตรตที่เป็นแก้ว โครงสร้าง มวลลอยจะถูกสร้างด้วยวัสดุฉนวนไฟฟ้าที่เหมาะสม เช่น Aluminum Nitride (AIN) Alumina (AI2O3) Silicon Nitride (Si3N4) หรือ Silicon Dioxide (SiO2) ตามด้วยชั้นของฟิล์มบางของ piezoresistor ที่เคลือบอยู่บนแขนยึดแต่ละแขนและจะมีชั้นฟิล์มบางของโลหะที่เหมาะสม เช่น Cu/Cr เคลือบบนปลายอยู่เพื่อเป็นขั้วไฟฟ้า เมื่อแขนยึดดังกล่าวโค้งงอด้วยแรงของความเร่งที่มา กระทำ ส่วนที่เป็น piezoresistor ก็จะโค้งงอและมีความต้านทางไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไป ดังนั้น ปริมาณความเร่งที่กดก็จะถูกวัดได้โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้าของอุปกรณ์ โดย piezoresistor ในการประดิษฐ์นี้จะเป็นวัสดุที่เหมาะสมเช่น indium tin oxide (ITO) ที่สร้างด้วย กระบวนการเฉพาะคือ ion-assisted electron beam evaporationDC60 acceleration sensor is mainly fabricated using physical vapor deposition process. It consists of a floating mass in the center held together by a number of arms. This structure is protected by a silicone rubber sheet structure such as polydimethysiloxane (PDMS) that is fabricated by plastic molding and plasma bonding onto a glass substrate. The floating mass structure is then fabricated with a suitable insulating material such as Aluminum Nitride (AIN), Alumina (AI2O3), Silicon Nitride (Si3N4) or Silicon Dioxide (SiO2), followed by a thin film of piezoresistor coated on each arm and a thin film of a suitable metal such as Cu/Cr coated on the tip to serve as the electrodes. When the arms are bent by the force of acceleration applied, the piezoresistor bends and changes its electrical resistance. Therefore, the amount of acceleration applied is measured by measuring the change in electrical resistance of the device by the piezoresistor. In this invention, a suitable material such as indium tin oxide (ITO) is fabricated by a specific process, namely ion-assisted electron beam evaporation. The acceleration sensor fabricated primarily by physical vapor deposition process consists of a floating mass in the center held together by a plurality of arms. This structure is protected by a silicone rubber sheet structure such as polydimethysiloxane (PDMS) that is fabricated by plastic molding and plasma bonding onto a glass substrate. The floating mass structure is constructed of a suitable electrical insulating material such as Aluminum Nitride (AIN), Alumina (AI2O3), Silicon Nitride (Si3N4) or Silicon Dioxide (SiO2), followed by a thin film of piezoresistor coated on each of the arms and a thin film of a suitable metal such as Cu/Cr coated on the tip to serve as the electrodes. When the arms are bent by an accelerating force, the piezoresistor bends and changes its electrical resistance. Therefore, the amount of acceleration applied is measured by measuring the change in electrical resistance of the device by the piezoresistor. In this invention, a suitable material such as indium tin oxide (ITO) is fabricated by a specific process namely ion-assisted electron beam evaporation.

Claims (9)

ข้อถือสิทธฺ์ (ทั้งหมด) ซึ่งจะไม่ปรากฏบนหน้าประกาศโฆษณา :------01/03/2562------(OCR) หน้าที่ 1 ของจำนวน 3 หน้าข้อถือสิทธิAll rights reserved which will not appear on the advertisement page:------01/03/2019------(OCR) Page 1 of 3 rights reserved pages. 1. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งที่ประกอบด้วย - แผ่นฐาน (3) ที่ประกอบด้วยผิวหน้าที่หนึ่งและสอง โดยแผ่นฐาน (3) ดังกล่าวทำมาจากวัสดุที่เป็นฉนวน - มวลลอย(1) ที่ถูกสร้างอยู่บนผิวหน้าที่หนึ่งของแผ่นฐาน (3) ดังกล่าวให้ลอยอยู่สูงขึ้นจากผิวหน้าโดยมีช่องว่างอากาศ (7) อยู่ภายใต้แขน และมีแขนยึด (2) อย่างน้อยหนึ่งแขน เป็นตัวเชื่อมระหว่างมวลลอย (1)ดังกล่าวกับแผ่นฐาน (3) ดังกล่าว - ชั้นฟิล์มบางของ piezoresistor (4) จำนวนหนึ่งที่ถูกสร้างบนแขนยึด (2) ดังกล่าว แต่ละแขน โดยมีลวดลายแบบขดลวดรูปตัวยู (U) โดยที่ชั้นฟิล์มบางของ piezoresistor (4) ดังกล่าวถูกสร้างขึ้นจากวัสดุที่มีสมบัติเฉพาะคือความต้านทานไฟฟ้าของมันจะเปลี่ยนไปเมื่อมีแรงมากระทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปทรง - ชั้นฉนวนกดทับชนิดฟิล์มบาง (5) ที่ถูกสร้างอยู่บนมวลลอย (1) - ขั้วไฟฟ้า (6) อย่างน้อยสองขั้วสำหรับ เชื่อมต่อชั้นฟิล์มบางของ piezoresistor (4) ดังกล่าว แต่ละตัวเพื่อทำหน้าที่เป็นขั้วเอาต์พุตของอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าว และ - โครงสร้างปกป้อง (8) ที่ยึดติดอยู่บนแผ่นฐาน (3) ดังกล่าวและล้อมรอบโครงสร้างมวลลอยและอื่นๆทั้งหมด โดยที่อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าว มีลักษณะเฉพาะคือ แผ่นฐาน (3) มีคุณสมบัติเป็นวัสดุฉนวนที่ทนความร้อนได้อย่างน้อย 250 องศาเซลเซียส และมีลักษณะเฉพาะคือชั้นฟิล์มบางของเพียโซรีซิสเตอร์(piezoresistor) (4) ที่เป็นวัสดุอินเดียมทินออกไซด์ (indium tin oxide) (ITO) และมีลักษณะเฉพาะคือโครงสร้างปกป้อง (8) ดังกล่าวเป็นแผ่นยางประเภทซิลิโคน และมีลักษณะเฉพาะคือชั้นฉนวนกดทับชนิดฟิล์มบาง (5)ดังกล่าวที่ถูกสร้างอยู่บนมวลลอย (1) และทับบนส่วนหนึ่งของชั้นฟิล์มบางของ piezoresistor (4) ดังกล่าว เพื่อเพิ่มความไวในการตรวจจับให้กับตัวเซนเซอร์ดังกล่าว1. An acceleration sensor device comprising: - a base plate (3) consisting of a first and second face, said base plate (3) being made of insulating material; - a floating mass (1) formed on a first face of said base plate (3) so that it is suspended above the surface with an air gap (7) beneath the arms, and at least one mounting arm (2) connecting said floating mass (1) to said base plate (3); - a plurality of thin films of piezoresistor (4) formed on each of said mounting arms (2), in a U-shaped coil pattern, wherein said thin films of piezoresistor (4) are made of a material having the property that its electrical resistance changes when a force is applied to it to cause a deformation; - a thin film compressive insulating layer (5) formed on the floating mass (1); - at least two electrodes (6) for connecting the thin films of - each of said piezoresistors (4) to serve as the output terminal of said acceleration sensor device, and - a protective structure (8) mounted on said base plate (3) and surrounding the floating mass structure and all others, wherein said acceleration sensor device has the characteristics of base plate (3) being an insulating material with a heat resistance of at least 250 °C, and has the characteristics of a thin film layer of piezoresistor (4) being indium tin oxide (ITO) material, and has the characteristics of said protective structure (8) being a silicone rubber sheet, and has the characteristics of a thin film compressed insulating layer (5) being formed on said floating mass (1) and over a portion of the thin film layer of piezoresistor (4) to increase the detection sensitivity of said sensor. 2. อุปกรณ์เชนเซอร์วัดความเร่งตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซํ่งแผ่นฐาน(3)ดังกล่าวทำจากแก้วหรือซิสิกา2. The acceleration sensor device according to claim 1, wherein the base plate (3) is made of glass or silica. 3. อุปกรณ์เซนเซอร์วัคความเร่ง ตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซงมวลลอย(1) ดังกล่าวทำจาก Aluminum Nitride (AIN)หรือAlumina(Al2O3) หรือ Silicon dioxide หรือ Silicon Nitride อย่างใดอย่างหนึ่ง หน้าที่ 2 ของจำนวน 3 หน้า3. The acceleration sensor device according to claim 1, wherein the floating mass (1) is made of any one of Aluminum Nitride (AIN) or Alumina (Al2O3) or Silicon dioxide or Silicon Nitride. Page 2 of 3. 4. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งตามข้อถือสิทธิที่ 1-3 ข้อใดข้อหนํ่ง ที่ซํ่งมวลลอย (1) ดังกล่าว มีความหนาระหว่าง 1-4 ไมโครเมตร4. The acceleration sensor device according to any one of claims 1-3, wherein the floating mass (1) has a thickness between 1-4 micrometers. 5. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ชึ๋งชั้นของวัสดุประเภทเพียโซรืชิสทีฟ (piezoresistive)ดังกล่าว (4) คืออินเดียมทินออกไซด์ (Indium Tin Oxide) (ITO) เคลือบอยู่ในบริเวณแขนยึดทุกแขน5. The acceleration sensor device according to claim 1, wherein said piezoresistive material layer (4), namely Indium Tin Oxide (ITO), is coated on each arm. 6. อุปกรณ์เชนเซอร์วัดความเร่งตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซํ่งชั้นฉนวนกดทับชนิดฟิล์มบาง (5) ดังกล่าวทำจากฉนวนAluminum Nitride (AIN) หรือ Alumina (A120j) หรอ Silicon dioxide หรอ Silicon Nitride อย่างใดอย่างหนง6. The acceleration sensor device according to claim 1, wherein the thin film compression insulating layer (5) is made of either Aluminum Nitride (AIN) or Alumina (A120j) or Silicon dioxide or Silicon Nitride. 7. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซํ่งโครงสร้างปกฟ้อง (8) ดังกล่าว ทำจากวัสดุแผ่นยางประเภทซิสิโคน polydimethysiloxane (PDMS)7. The acceleration sensor device according to claim 1, wherein the cover structure (8) is made of a polydimethysiloxane (PDMS) silicone rubber sheet material. 8. กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่ง ที่ประกอบด้วย - การจัดให้มีแผ่นฐาน (3) ที่ประกอบด้วยผิวหน้าที่หนึ่งและสอง - การจัดให้มีมวลลอย (1) ที่ถูกสร้างจากฉนวนไฟฟ้าและมีส่วนหนึ่งลอยอยู่เหนือผิวหน้าที่หนึ่งของ แผ่นฐาน (3) ดังกล่าว และส่วนหนึ่งยึดติดกับผิวหน้าที่หนึ่งของแผ่นฐานดังกล่าวด้วยแถบยึด (2) อย่าง น้อยหนึ่งจุดโดยมีช่องว่าง (7) อยู่ระหว่างนั้น - การจัดให้มีชั้นฟิล์มบางของเพียโซริซิสเตอร์ (biezoresistor) (4) บนแขนยึด (2) ดังกล่าวทุกแขน ด้วย กระบวนการ ion-assisted electron beam evaporation - การจัดให้มีชั้นฉนวนกดทับชนิดฟิล์มบาง (5) ที่ถูกเคลือบทับอยู่บนมวลลอย (1) และชั้นฟิล์มบางของ piezoresistor (4) ดังกล่าว - การจัดให้มีชั้วไฟฟ้า (6) อย่างน้อยสองขั้วสำหรับชั้นฟิล์มบางของเพียโซริซิสเตอร์ piezoresistor (4) แต่ละตัว ที่สร้างอยู่บนชั้น piezoresistor (4) เพื่อทำหน้าที่เป็นขั้วเอาด์พุตของอุปกรณ์เซนเซอร์วัด ความเร่งดังกล่าวดังกล่าวและ - การจัดให้มีโครงสร้างปกฟ้อง(8)ล้อมรอบมวลลอย(1)ดังกล่าว โดยที่กระบวนการผลิตอุปกรณ์เชนเชอร์วัดความเร่งดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะคือ ในขั้นตอนการจัดให้มีมวลลอย (1) ดังกล่าว ประกอบด้วยขั้นตอนของ หน้าที่ 3 ของจำนวน 3 หน้า - การสร้างชั้นของ photoresist (9) โดยกระบวนการถ่ายแบบด้วยแสง (photolithography) เป็นแท่งสี เหลี่ยมหรือรูปร่างอื่นๆที่ใกล้เคียงสำหรับการรองรับ เมมเบรนลอย (1) ดังกล่าว - การสร้างมวลลอย (1) พร้อมกับแถบยึด (2) ดังกล่าวให้มีความหนาตามต้องการด้วย กระบวนการ evaporation หรอ sputtering โดยกระบวนการ evaporation หรอ Sputtering เพอการสร้างสารทเปน ฉนวนไฟฟ้าลงบนชั้นของ photoresist (9) โดยตรงจะต้องมีเทคนิคพิเศษคือการควบคุมอุณหภูมิของซับ เสตรทให้ตากว่า 90 ?c โดยการควบคุมเวลาและพลังงานของการเคลือบสาร รวมถึงการทำให้เย็นด้วย นํ้า (water cooling at substrate) เพื่อฟ้องกันการละลายหรือการกัดออกไปของชั้น photoresist (9) และ - การกำจัดชั้น photoresist (9)ดังกล่าวออกไป เพื่อทำให้เกิดช่องว่าง (7)ดังกล่าวระหว่างมวลลอย(1) ดังกล่าวกับชั้นฐาน (3) ดังกล่าว8. A process for manufacturing an acceleration sensor device, comprising: - providing a base plate (3) comprising a first and second surface; - providing a floating mass (1) made of electrical insulation and partly floating above a first surface of said base plate (3) and partly fixed to the first surface of said base plate by means of a fastening strip (2) at least at one point with a gap (7) in between; - providing a thin film of piezoresistor (4) on each arm (2) by ion-assisted electron beam evaporation; - providing a thin film of compressed insulating layer (5) coated on the floating mass (1) and the thin film of piezoresistor (4); - providing at least two terminals (6) for each piezoresistor (4) formed on the piezoresistor (4) to serve as the output terminals of said acceleration sensor device, and - providing a cover structure (8) surrounding the floating mass (1). The specific fabrication process of the aforementioned acceleration sensor device is as follows: - The fabrication of a photoresist layer (9) by photolithography into a rectangular or similar shape to support the aforementioned floating membrane (1); - The fabrication of the aforementioned floating mass (1) together with the mounting strips (2) to the required thickness by evaporation or sputtering. The evaporation or sputtering process for directly depositing an insulating material onto the photoresist layer (9) requires a special technique, namely, controlling the substrate temperature to be less than 90°C by controlling the coating time and energy, as well as water cooling at the substrate to prevent melting or etching of the photoresist layer (9); and - The removal of the aforementioned photoresist layer (9) to create a gap (7) between the aforementioned floating mass (1) and the aforementioned base layer (3). 9. กระบวนการผลิตอุปกรณ์เชนเซอร์วัดความเร่งตามข้อถือสิทธิที่ 8 โดยที่ขั้นตอนของการสร้างชั้นฉนวนกดทับชนิดฟิล์มบาง (5) ดังกล่าวกระทำด้วยกระบวนการ evaporation หรือ spattering อย่างใดอย่างหนึ่ง และขั้นตอนการสร้างขั้วไฟฟ้า (6) ของฟิล์มบางของ piezoresistor (4) อย่างน้อยสองขั้ว บนชั้นฟิล์มบางของpiezoresistor (5) ดังกล่าวด้วยโลหะ กระทำด้วยกระบวนการ evaporation หรอกระบวนการ sputering อย่างใดอย่างหนึ่ง1 กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งตามข้อลือสิทธิที่ 8 โดยที่ขั้นตอนการสร้างโครงสร้างปกฟ้อง(8) จะทำจากแผ่นยางประเภทซิลิโคน เช่น polydimethysiloxane (PDMS) ที่จะถูกสร้างด้วยวิธีการ plasticmolding และ plasma bonding ลงบนซับสเตรตที่ เป็นแก้ว ที่ยังประกอบเพิ่มเติมด้วยขั้นตอนของ - การสร้างแม่พิมพ์ (mold) อย่างง่าย โดยเริ่มด้นจากแผ่นฐานรองชั่วคราว (11) ซื่งอาจเป็นแผ่นเรียบของ แก้ว โลหะหรือ ซิสิกอน จากนั้นก็จะมีการสร้างชั้นแม่พิมพ์ สี่เหลี่ยม (12) ที่มีความหนาและขนาด ที่หมาะสมซํ่งจะต้องมีขนาดใหญ่กว่า โครงสร้างมวลลอยทั้งหมด โดยชั้นสี่เหลี่ยม (12) นี้อาจสร้างมา จาก photoresist ที่มีความหนามากและเหมาะสม เช่น รบร - การหล่อ (casting) ของยางเหลวของ PDMS ลงบนแม่พิมพ์(mold) หรือการทำ hot embossing ของยาง แข็งของ PDMS ลงบนแม่พิมพ์ (mold) - การดึงโครงสร้าง PDMS (8) ออกจากชั้นแม่พิมพ์สี่เหลี่ยม และ - กระบวนการ plasma bonding เพื่อยึดโครงสร้าง PDMS (8) ให้ติดกับแผ่นฐานรอง (3) โดยอยู่เหนือ และคลุมโครงสร้างมวลลอยทั้งหมด ------------ อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งที่ประกอบด้วย - แผ่นฐาน (3) ที่ประกอบด้วยผิวหน้าที่หนึ่งและสอง โดยแผ่นฐาน (3) ดังกล่าวทำมา จากวัสดุที่เป็นฉนวน - มวลลอย (1) ที่ถูกสร้างอยู่บนผิวหน้าที่หนึ่งของแผ่นฐาน (3) ดังกล่าวให้ลอยอยู่ สูงขึ้นจากผิวหน้าโดยมีช่องว่างอากาศ (7) อยู่ภายใต้แขน และมีแขนยึด (2) อย่าง น้อยหนึ่งแขน เป็นตัวเชื่อมระหว่างมวลลอย (1) ดังกล่าวกับแผ่นฐาน (3) ดังกล่าว - ชั้นฟิล์มบางของ piezoresistor (4) จำนวนหนึ่งที่ถูกสร้างบนแขนยึด (2) ดังกล่าว แต่ละแขน โดยมีลวดลายแบบขดลวดรูปตัวยู (U) โดยที่ชั้นฟิล์มบางของ piezoresistor (4) ดังกล่าวถูกสร้างขึ้นจากวัสดุที่มีสมบัติเฉพาะคือความต้านทาน ไฟฟ้าของมันจะเปลี่ยนไปเมื่อมีแรงมากระทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปทรง - ชั้นฉนวนกดทับชนิดฟิล์มบาง (5) ที่ถูกสร้างอยู่บนมวลลอย (1) และทับบนส่วน หนึ่งของชั้นฟิล์มบางของ piezoresistor (4) ดังกล่าว - ขั้วไฟฟ้า (6) อย่างน้อยสองขั้วสำหรับ เชื่อมต่อชั้นฟิล์มบางของ piezoresistor (4) ดังกล่าวแต่ละตัว เพื่อทำหน้าที่เป็นขั้วเอาต์พุตของอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่ง ดังกล่าว และ - โครงสร้างปกป้อง (8) ที่ยึดติดอยู่บนแผ่นฐาน (3) ดังกล่าวและล้อมรอบโครงสร้าง มวลลอยและอื่นๆ ทั้งหมด โดยที่อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าว มีลักษณะเฉพาะคือ แผ่นฐาน (3) มีคุณสมบัติ เป็นวัสดุฉนวนที่ทนความร้อนได้อย่างน้อย 250 องศาเซลเซียส และมีลักษณะเฉพาะคือชั้นฟิล์มบาง ของเพียโซรีซิสเตอร์ (piezoresistor) (4) ที่เป็นวัสดุอินเดียมทินออกไซด์ (indium tin oxide) (ITO) และมีลักษณะเฉพาะคือโครงสร้างปกป้อง (8) ดังกล่าวเป็นแผ่นยางประเภทซิลิโคน และมี ลักษณะเฉพาะคือชั้นฉนวนกดทับชนิดฟิล์มบาง (5) ดังกล่าวที่ถูกสร้างอยู่บนมวลลอย (1) เพื่อเพิ่ม ความไวในการตรวจจับให้กับตัวเซนเซอร์ดังกล่าว อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่ง ตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งแผ่นฐาน (3) ดังกล่าว ทำจากแก้วหรือ ซิลิกา อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่ง ตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งมวลลอย (1) ดังกล่าวทำจาก Aluminum Nitride (AIN) หรือ Alumina(AI2O3) หรือ Silicon dioxide หรือ Silicon Nitride อย่างใดอย่างหนึ่ง อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งตามข้อถือสิทธิที่ 1-3 ข้อใดข้อหนึ่ง ที่ซึ่ง มวลลอย (1) ดังกล่าว มีความหนาระหว่าง 1-4 ไมโครเมตร อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งชั้นของวัสดุประเภทเพียโซรีซิสทีฟ (piezoresistive) ดังกล่าว (4) คืออินเดียมทินออกไซด์ (Indium Tin Oxide) (ITO) เคลือบอยู่ ในบริเวณแขนยึดทุกแขน อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่ง ตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งชั้นฉนวนกดทับชนิดฟิล์มบาง (5) ดังกล่าวทำจากฉนวน Aluminum Nitride (AIN) หรือ Alumina (Al2O3) หรือ Silicon dioxide หรือ Silicon Nitride อย่างใดอย่างหนึ่ง อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งโครงสร้างปกป้อง (8) ดังกล่าว ทำจาก วัสดุแผ่นยางประเภทซิลิโคน polydimethysiloxane (PDMS) กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่ง ที่ประกอบด้วย - การจัดให้มีแผ่นฐาน (3) ที่ประกอบด้วยผิวหน้าที่หนึ่งและสอง - การจัดให้มีมวลลอย (1) ที่ถูกสร้างจากฉนวนไฟฟ้าและมีส่วนหนึ่งลอยอยู่เหนือ ผิวหน้าที่หนึ่งของแผ่นฐาน (3) ดังกล่าว และส่วนหนึ่งยึดติดกับผิวหน้าที่หนึ่งของ แผ่นฐานดังกล่าวด้วยแถบยืด (2) อย่างน้อยหนึ่งจุดโดยมีช่องว่าง (7) อยู่ระหว่าง นั้น - การจัดให้มีชั้นฟิล์มบางของเพียโซรีซิสเตอร์ (piezoresistor) (4) บนแขนยึด (2) ดังกล่าวทุกแขน ด้วยกระบวนการ ion-assistrd electron beam evaporation - การจัดให้มีชั้นฉนวนกดทับชนิดฟิล์มบาง (5) ที่ถูกเคลือบทับอยู่บนมวลลอย (1) และชั้นฟิล์มบางของ piezoresistor (4) ดังกล่าว - การจัดให้มีขั้นไฟฟ้า (6) อย่างน้อยสองขั้นสำหรับชั้นฟิล์มบางของเพียโซรีซิสเตอร์ piezoresistor (4) แต่ละตัว ที่สร้างอยู่บนชั้น piezoresistor (4) เพื่อทำหน้าที่เป็นขั้ว เอาต์พุตของอุปกณณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าว ดังกล่าวและ - การจัดให้มีโครงสร้างปกป้อง (8) ล้อมรอบมวลลอย (1) ดังกล่าว โดยที่กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะคือ ในขั้นตอน การจัดให้มีมวลลอย (1) ดังกล่าว ประกอบด้วยขั้นตอนของ - การสร้างชั้นของ photoresist (9) โดยกระบวนการถ่ายแบบด้วยแสง (photolithography) เป็นแท่งสีเหลี่ยมหรือรูปร่างอื่น ๆ ที่ใกล้เคียงสำหรับการรองรับ เมมเบรนลอย (1) ดังกล่าว - การสร้างมวลลอย (1) พร้อมกับแถบยึด (2) ดังกล่าวให้มีความหนาตามต้องการด้วย กระบวนการ evaporation หรือ sputtering โดยกระบวนการ evaporation หรือ sputtering เพื่อการสร้างสารที่เป็นฉนวนไฟฟ้าลงบนชั้นของ photoresist (9) โดยตรงจะต้องมีเทคนิคพิเศษคือการควบคุมอุณหภูมิของซับเสตรทให้ต่ำกว่า 90 ํC โดยการควบคุมเวลาและพลังงานของการเคลือบสาร รวมถึงการทำให้เย็นด้วย น้ำ (water cooling at substrate) เพื่อป้องกันการละลายหรือการกัดออกไปของชั้น photoresist (9) และ - การกำจัดชั้น photoresist (9) ดังกล่าวออกไป เพื่อทำให้เกิดช่องว่าง (7) ดังกล่าว ระหว่างมวลลอย (1) ดังกล่าวกับชั้นฐาน (3) ดังกล่าว กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งตามข้อถือสิทธิที่ 8 โดยที่ขั้นตอนของการ สร้างชั้นฉนวนกดทับชนิดฟิล์มบาง (5) ดังกล่าวกระทำด้วยกระบวนการ evaporation หรือ sputtering อย่างใดอย่างหนึ่ง และ ขั้นตอนการสร้างขั้นไฟฟ้า (6) ของฟิล์มบางของ piezoresistor (4) อย่างน้อยสองขั้น บนชั้นฟิล์มบางของ piezoresistor (5) ดังกล่าวด้วยโลหะ กระทำด้วยกระบวนการ evaporation หรือกระบวนการ sputtering อย่างใดอย่างหนึ่ง 1 กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งตามข้อถือสิทธิที่ 8 โดยที่ขั้นตอนการสร้าง โครงสร้างปกป้อง (8) จะทำจากแผ่นยางประเภทซิลิโคน เช่น polydimethysiloxane (PDMS) ที่จะถูกสร้างด้วยวิธีการ plastic molding และ plasma bonding ลงบนซับสเตรตที่ เป็นแก้ว ที่ยังประกอบเพิ่มเติมด้วยขั้นตอนของ - การสร้างแม่พิมพ์ (mold) อย่างง่าย โดยเริ่มต้นจากแผ่นฐานรองชั่วคราว (11) ซึ่ง อาจเป็นแผ่นเรียบของแก้ว โลหะหรือ ซิลิกอน จากนั้นก็จะมีการสร้างชั้นแม่พิมพ์ สี่เหลี่ยม (12) ที่มีความหนาและขนาดที่หมาะสมซึ่งจะต้องมีขนาดใหญ่กว่า โครงสร้างมวลลอยทั้งหมด โดยชั้นสี่เหลี่ยม 12 นี้อาจสร้างมาจาก photoresist ที่มี ความหนามากและเหมาะสม เช่น SU8 - การหล่อ (casting) ของยางเหลวของ PDMS ลงบนแม่พิมพ์ (mold) หรือการทำ hot embossing ของยางแข็งของ PDMS ลงบนแม่พิมพ์ (mold) - การดึงโครงสร้าง PDMS (8) ออกจากชั้นแม่พิมพ์สี่เหลี่ยม และ - กระบวนการ plasma bonding เพื่อยึดโครงสร้าง PDMS (8) ให้ติดกับแผ่นฐานรอง (3) โดยอยู่เหนือและคลุมโครงสร้างมวลลอยทั้งหมด9. The process for manufacturing an acceleration sensor device according to claim 8, wherein the step of forming said thin film insulating layer (5) is carried out by either an evaporation or a spattering process, and the step of forming at least two electrodes (6) of said thin film of piezoresistor (4) on said thin film of piezoresistor (5) with metal, carried out by either an evaporation or a sputering process.1 The process for manufacturing an acceleration sensor device according to claim 8, wherein the step of forming a cover structure (8) is made of a silicone rubber sheet such as polydimethysiloxane (PDMS) to be formed by plastic molding and plasma bonding onto a glass substrate, further comprising the steps of: - making a simple mold, starting with a temporary support plate (11), which may be a flat sheet of glass, metal, or silicone; then making a rectangular mold layer (12) of suitable thickness and size, which shall be larger than the entire floating mass structure; This rectangular layer (12) may be made from a suitable thick photoresist, e.g. - casting of PDMS liquid rubber onto a mold or hot embossing of PDMS solid rubber onto a mold - pulling the PDMS structure (8) out of the rectangular mold layer and - plasma bonding process to attach the PDMS structure (8) to the base plate (3), above and covering the entire floating mass structure. ------------ An acceleration sensor device comprising - a base plate (3) consisting of a first and second face, where said base plate (3) is made of insulating material - a floating mass (1) formed on one face of said base plate (3) to be suspended above the surface with an air gap (7) beneath the arms and at least one mounting arm (2) connecting said floating mass (1) to said base plate (3) - a thin film of - a plurality of piezoresistors (4) mounted on said mounting arms (2), each arm having a U-shaped coil pattern, wherein said piezoresistor (4) is made of a material having a characteristic property of its electrical resistance changing when a force is applied to it causing it to deform; - a thin film insulating layer (5) mounted on the floating mass (1) and over a portion of said piezoresistor (4) thin film; - at least two electrodes (6) for connecting each of said piezoresistor (4) thin film layers to serve as the output terminals of said acceleration sensing devices; and - a protective structure (8) mounted on a base plate (3) and surrounding the structure, floating mass, etc., wherein said acceleration sensing devices are characterized by a base plate (3) having the property of an insulating material capable of resisting heat of at least 250 °C, and a characteristic feature is the thin film layer of piezoresistors. (piezoresistor) (4) consisting of indium tin oxide (ITO) material and characterized by said protective structure (8) being a silicone rubber sheet and characterized by said thin film compressed insulating layer (5) formed on the floating mass (1) to increase the detection sensitivity of said sensor; the acceleration sensor device according to claim 1, wherein said base plate (3) is made of glass or silica; the acceleration sensor device according to claim 1, wherein said floating mass (1) is made of Aluminum Nitride (AIN), or Alumina(AI2O3), or Silicon dioxide, or Silicon Nitride; the acceleration sensor device according to claims 1-3, wherein said floating mass (1) has a thickness of 1-4 micrometers; the acceleration sensor device according to claim 1, wherein said layer of piezoresistive material (piezoresistive) said (4) is Indium Tin Oxide (ITO) coated on each of the mounting arms; the acceleration sensor device of claim 1, wherein said thin film compressed insulating layer (5) is made of either Aluminum Nitride (AIN), Alumina (Al2O3), Silicon dioxide, or Silicon Nitride; the acceleration sensor device of claim 1, wherein said protective structure (8) is made of polydimethysiloxane (PDMS) silicone rubber sheet material; the manufacturing process for the acceleration sensor device comprising: - providing a base plate (3) having one and two faces; - providing a floating mass (1) made of electrical insulation and partly floating above a first face of said base plate (3) and partly attached to a first face of said base plate by a stretch band (2) at least at one point with a gap (7) in between; - providing a thin film layer of piezoresistor (4) on each of said mounting arms (2). By ion-assistrd electron beam evaporation process - providing a thin film insulating layer (5) deposited on the floating mass (1) and the piezoresistor (4) thin film layer - providing at least two electrical steps (6) for each piezoresistor (4) thin film layer formed on the piezoresistor (4) to act as the output terminals of said acceleration sensor device and - providing a protective structure (8) surrounding the said floating mass (1), wherein the manufacturing process of said acceleration sensor device is characterized in that the step of providing the said floating mass (1) comprises the steps of - forming a photoresist layer (9) by photolithography process. (photolithography) is a rectangular or similar shape for supporting said floating membrane (1); - fabricating said floating mass (1) together with a retaining strip (2) of desired thickness by evaporation or sputtering process. By evaporation or sputtering process for directly depositing an electrically insulating material onto a layer of photoresist (9), special techniques shall be used, namely, controlling the substrate temperature below 90°C by controlling the time and energy of the deposition, including water cooling at the substrate to prevent melting or etching of the photoresist layer (9); and - removing said photoresist layer (9) so as to create said gap (7) between said floating mass (1) and said base layer (3). The process for manufacturing an acceleration sensor device according to claim 8, wherein the step of depositing said thin film compressed insulating layer (5) is performed by either evaporation or sputtering process, and the step of depositing at least two electrically insulating layers (6) on the thin film of piezoresistor (4). 1. The process for fabricating the acceleration sensor device according to claim 8, wherein the protective structure (8) is made of a silicone rubber sheet such as polydimethysiloxane (PDMS) to be formed by plastic molding and plasma bonding onto a glass substrate, further comprising the steps of: - fabricating a simple mold, starting with a temporary base plate (11), which may be a flat sheet of glass, metal, or silicon; then fabricating a rectangular mold layer (12) of suitable thickness and size, which shall be larger than the entire floating mass structure; These 12 square layers may be made from a suitable thick photoresist such as SU8 - casting of PDMS liquid rubber onto a mold or hot embossing of PDMS solid rubber onto a mold - pulling the PDMS structure (8) out of the square mold layer and - plasma bonding to attach the PDMS structure (8) to the substrate (3) above and covering the entire floating mass structure.
TH601002049A 2006-05-08 Thin-film accelerometer sensors of floating mass and manufacturing processes. TH72009B (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TH112794A TH112794A (en) 2012-03-12
TH72009B true TH72009B (en) 2019-10-11

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100588924C (en) Moisture protection for electromechanical sensors
CN102439430B (en) Humidity sensor of capacitance type and method of fabricating same
JPH06503423A (en) Micro-element for detecting or applying force and its manufacturing method
CN112284578B (en) A kind of MEMS pressure sensor and preparation method thereof
JP2000081354A (en) Electrical temperature sensor having at least one layer or multiple layers and method of manufacturing temperature sensor
JP3315730B2 (en) Piezoresistive semiconductor sensor gauge and method of making same
CN110081995B (en) Bionic flexible temperature sensor based on scorpion suture receptor and preparation method thereof
US5317922A (en) Capacitance transducer article and method of fabrication
CN114705332B (en) High-sensitivity low-nonlinearity pressure sensor and preparation method thereof
KR101540177B1 (en) Pressure sensor and method for manufacturing the same
CN109900749B (en) A micro-hotplate gas-sensing array device based on ceramic substrate and a manufacturing method thereof
US6725724B2 (en) Manufacturing method for a thin-film high-pressure sensor
JP3730868B2 (en) Method of manufacturing thin film piezoresistive sensor
CN102515087A (en) Manufacturing method of flow sensor
JP2004156988A (en) Heating structure and thermal sensor
CN103196596A (en) Nanometer film pressure sensor based on sacrificial layer technology and manufacturing method thereof
TH72009B (en) Thin-film accelerometer sensors of floating mass and manufacturing processes.
TH112794A (en) Thin-film accelerometer sensors of floating mass and manufacturing processes.
CN110108763A (en) A kind of Low Drift Temperature capacitance type humidity sensor
KR100450262B1 (en) High sensitive cantilever sensor and method for fabrication thereof
CN209841755U (en) A Micro-hotplate Gas Sensing Array Device Based on Ceramic Substrate
KR101876045B1 (en) Micro mechanical device and manufacturing method thereof
JP3239505B2 (en) Mounting method of thin film sensor
TH45849B (en) Process accelerometer sensor Electro-Fabrication (E-Fab) and the process of manufacturing such equipment.
TH77498A (en) Process accelerometer sensor Electro-Fabrication (E-Fab) and the process of manufacturing such equipment.