專利名稱：圓片級三軸熱對流加速度傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種三軸熱對流加速度傳感器，廣泛應用于汽車、飛機、消費電 子產品、游戲機、機器人、通信電子、安全系統等領域。
背景技術：
加速度傳感器在交通運輸、民用產品、工業控制、機器人及軍事等領域都 有著廣闊的應用前景。目前應用的加速度傳感器，其普遍特點是需要檢驗質量 塊，質量塊的存在會使得傳感器耐沖擊能力弱、測量范圍窄、可靠性低、尺寸 不易減小、成本不易降低。另外，對質量塊運動的檢測也存在其他問題，如壓 電或者壓阻式加速度計受溫度影響比較明顯，而電容式加速度計則受初始寄生 電容影響較大。
熱對流型加速度傳感器正在占領越來越大的巿場份額，但三軸熱對流加速
度傳感器Z軸方向的信號卻無法滿足使用需要。專利(申請)號為US20050274187 的美國專利申請公開了一種三軸加速度傳感器，包括一個芯片硅襯底，在芯片 硅襯底上刻蝕形成一個開放的刻蝕腔，在刻蝕腔的上表面有懸空的橋梁結構， 在該橋梁結構上設置加熱用的電阻絲，以及測溫用的溫度傳感器，在芯片上方 有一比刻蝕腔大的封裝腔，該刻蝕腔和該封裝腔形成整個對流空間，在該對流 空間充滿流體介質，這種結構的三軸加速度傳感器不能真實表示Z軸方向的微 分信號，且傳感器的信號強度不高，穩定性差。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供 一種可真實地表示垂直方向微分信號， 且信號強度強、穩定性好的三軸加速度傳感器。
為解決上述技術問題，本發明提供一種圓片級三軸熱對流加速度傳感器， 包括底部圓片，所述底部圓片上設置有開放的刻蝕腔，刻蝕腔內設置有加熱器 和溫度傳感器，在底部圓片集成信號處理電路和控制電路,其特征在于還包括 一個蓋子圓片，蓋子圓片具有一個開放的刻蝕腔，內部設置有加熱器和溫度傳感器，所述蓋子圓片的刻蝕腔與底部圓片的刻蝕腔形成一個密閉的腔體，在腔 體內填充介質。
所述底部圓片的刻蝕腔和蓋子圓片的刻蝕腔形狀相同、大小相等，位置相 對應。
在蓋子圓片和底部圓片中間放置一個間隔圓片，間隔圓片在上述刻蝕腔的 相應位置具有一個和上述兩個刻蝕腔形狀相同、大小相等的孔洞，孔洞與蓋子 圓片刻蝕腔、底部圓片刻蝕腔形成一個密閉的腔體。
在蓋子圓片刻蝕腔和底部圓片刻蝕腔內各設置有一個加熱器和四個溫度傳 感器，所述加熱器位于刻蝕腔內其所在平面的中心處，所述溫度傳感器分布在 同 一刻蝕腔內加熱器所在平面，并對稱設置在以刻蝕腔中心為原點的正交軸上， 蓋子圓片刻蝕腔和底部圓片刻蝕腔內的加熱器位置兩兩相對、溫度傳感器位置 兩兩相對。
在蓋子圓片刻蝕腔和底部圓片刻蝕腔內亦可各設置有四個附有溫度傳感器 的加熱器，四個加熱器位于同 一 平面內，且對稱分布在以此平面刻蝕腔中心為原 點的正交平面的四個象限內，蓋子圓片刻蝕腔和底部圓片刻蝕腔內的加熱器位 置兩兩相對。
本發明的圓片級三軸熱對流加速度傳感器利用熱對流的原理實現對加速度 的測量。當運動加速度向上時，加熱器所處平面的氣流會由邊緣流向中心以補 償在加熱器處向上流出的氣體，即加熱器位置熱氣體上升，周圍氣流下降。溫 度傳感器處的溫度會隨著加速度的方向和大小變化而改變，從而測得加速度，
解決了 z軸實際微分信號獲取的問題，使得器件性能顯著提高。
本發明所達到的有益效果本發明的圓片級三軸熱對流加速度傳感器由蓋 子圓片與底部圓片組成一密閉的空間，并在其內設置有加熱器與溫度傳感器， 利用熱對流的原理實現對加速度的測量，解決了 Z軸實際微分信號獲取的問題， 測量加速度時信號強度強、穩定性強。
圖1為本發明的圓片級三軸熱對流加速度傳感器實施例一的結構示意圖； 圖2為圖1的A-A向剖視圖；圖3為本發明的圓片級三軸熱對流加速度傳感器實施例一中溫度傳感器的相對
位置分布示意圖4為本發明的圓片級三軸熱對流加速度傳感器實施例二的結構示意圖； 圖5為圖3的A-A向剖視圖6為本發明的圓片級三軸熱對流加速度傳感器實施例二中附有溫度傳感器的
加熱器的相對位置分布示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
本發明提供一種圓片級三軸熱對流加速度傳感器，包括底部圓片2,所述底 部圓片2上設置有開放的刻蝕腔3b，刻蝕腔內設置有加熱器5和溫度傳感器6, 在底部圓片集成信號處理電路和控制電路，其特征在于還包括一個蓋子圓片1, 蓋子圓片1具有一個開放的刻蝕腔3a,內部設置有加熱器5和溫度傳感器6,所 述蓋子圓片的刻蝕腔3a與底部圓片的刻蝕腔3b形成一個密閉的腔體，在腔體 內填充介質。
所述底部圓片的刻蝕腔3b和蓋子圓片的刻蝕腔3a形狀相同、大小相等， 位置相對應。
在蓋子圓片和底部圓片中間放置一個間隔圓片4，間隔圓片4在上述刻蝕腔 的相應位置具有一個和上述兩個刻蝕腔形狀相同、大小相等的孔洞，孔洞與蓋 子圓片刻蝕腔3a、底部圓片刻蝕腔3b形成一個密閉的腔體。
在蓋子圓片刻蝕腔3a和底部圓片刻蝕腔3b內各設置有一個加熱器5和四 個溫度傳感器6，所述加熱器5位于刻蝕腔內其所在平面的中心處，所述溫度傳 感器6分布在同一刻蝕腔內加熱器5所在平面，并對稱設置在以刻蝕腔中心為 原點的正交軸上，蓋子圓片刻蝕腔3a和底部圓片刻蝕腔3b內的加熱器位置兩 兩相對、溫度傳感器位置兩兩相對。
在蓋子圓片刻蝕腔3a和底部圓片刻蝕腔3b內亦可各設置有四個附有溫度 傳感器的加熱器5,四個加熱器5位于同一平面內，且對稱分布在以此平面刻蝕 腔中心為原點的正交平面的四個象限內，蓋子圓片刻蝕腔3a和底部圓片刻蝕腔 3b內的加熱器位置兩兩相對。所述介質可為液體介質或氣體介質。
所述溫度傳感器可以為熱電偶、熱敏電阻或pn結熱敏器件。 所述蓋子圓片刻蝕腔3a和底部圓片刻蝕腔3b為方形，長和寬均為lmm,高 為500 - 600 jira。
所述底部圓片、蓋子圓片和間隔圓片之間為焊接連接。
在實際測量中，刻蝕腔內從邊緣到中心的同一直線上各個不同位置變化幅度 各不相同，因此可以通過放置溫度傳感器或加熱器提取信號，獲得最好的X軸 方向，Y軸方向和Z軸方向的加速度信號。
圖i為本發明的圓片級三軸熱對流加速度傳感器實施例一的結構示意圖；圖2
為圖1的A-A向剖視圖；圖3為本發明的圓片級三軸熱對流加速度傳感器實施 例 一 中附有溫度傳感器的加熱器的相對位置分布示意圖。
蓋子圓片和底部圓片空腔中央各有一個加熱器，加熱器所在平面的X軸，Y 軸上對稱分布四個溫度傳感器。該結構共有兩個加熱器和8個溫度傳感器。那 么，
X軸方向信號為(V + VI + VII +權)-(I + II + III + IV ) Y軸方向信號為(I + IV + V +權)-(II + III + VI + VII )
z軸方向信號為(i + n + v + vi) - (in + iv + vn +雨)這種設計可以很大程度上消除信號的零點漂移。在上述方法中溫度傳感器
在XY方向對稱放置了 4組是為了抵消XY方向加速度對Z軸加速度測量的影響。
圖4為本發明的圓片級三軸熱對流加速度傳感器實施例二的結構示意圖； 圖5為圖4的A-A向剖視圖；圖6為本發明的圓片級三軸熱對流加速度傳感器 實施例二中附有溫度傳感器的加熱器的相對位置分布示意圖。
蓋子圓片1和底部圓片2刻蝕腔內各設置有四個附有溫度傳感器的加熱器， 四個加熱器位于同一平面內，且對稱分布在以刻蝕腔圓心為原點的正交軸上。該 結構共有8個附有溫度傳感器的加熱器，那么
X軸方向信號為(Va+ Vla + VIIa +雨a)一( I a + II a + III a + IV a )
Y軸方向信號為(ia + iva+va + vnia) - ( na+ina +via + vna )
Z軸方向信號為(Ia+ IIa+ Va+ VIa)-( IIIa + IVa + VIIa + Villa )。
權利要求
1. 一種圓片級三軸熱對流加速度傳感器，包括底部圓片(2)，所述底部圓片(2)上設置有開放的刻蝕腔(3b)，刻蝕腔內設置有加熱器(5)和溫度傳感器(6)，在底部圓片集成信號處理電路和控制電路，其特征在于還包括一個蓋子圓片(1)，蓋子圓片(1)具有一個開放的刻蝕腔(3a)，內部設置有加熱器(5)和溫度傳感器(6)，所述蓋子圓片的刻蝕腔(3a)與底部圓片的刻蝕腔(3b)形成一個密閉的腔體，在腔體內填充介質。
2. 根據權利要求1所述的圓片級三軸熱對流加速度傳感器，其特征在于所述 底部圓片的刻蝕腔(3b)和蓋子圓片的刻蝕腔(3a)形狀相同、大小相等，位 置相對應。
3. 根據權利要求l所述的圓片級三軸熱對流加速度傳感器，其特征在于在蓋 子圓片和底部圓片中間放置一個間隔圓片(4),間隔圓片(4)在上述刻蝕腔的 相應位置具有一個和上述兩個刻蝕腔形狀相同、大小相等的孔洞，孔洞與蓋子 圓片刻蝕腔(3a)、底部圓片刻蝕腔(3b)形成一個密閉的腔體。
4. 根據權利要求1或2所述的圓片級三軸熱對流加速度傳感器，其特征在于 在蓋子圓片刻蝕腔(3a)和底部圓片刻蝕腔Ob)內各設置有一個加熱器(5) 和四個溫度傳感器(6),所述加熱器(5)位于刻蝕腔內其所在平面的中心處， 所述溫度傳感器(6)分布在同一刻蝕腔內加熱器(5)所在平面，并對稱設置 在以刻蝕腔中心為原點的正交軸上，蓋子圓片刻蝕腔(3a)和底部圓片刻蝕腔(3b)內的加熱器位置兩兩相對、溫度傳感器位置兩兩相對。
5. 根據權利要求1或2所述的圓片級三軸熱對流加速度傳感器，其特征在于 在蓋子圓片刻蝕腔(3a)和底部圓片刻蝕腔(3b)內亦可各設置有四個附有溫 度傳感器的加熱器(5),四個加熱器(5)位于同一平面內，且對稱分布在以此 平面刻蝕腔中心為原點的正交平面的四個象限內，蓋子圓片刻蝕腔(3a)和底 部圓片刻蝕腔(3b)內的加熱器位置兩兩相對。
6. 根據權利要求l所述的圓片級三軸熱對流加速度傳感器，其特征在于所述 介質可為液體介質或氣體介質。
7. 根據權利要求l所述的圓片級三軸熱對流加速度傳感器，其特征在于所述 溫度傳感器為熱電偶、熱敏電阻或pn結熱敏器件。
8. 根據權利要求l所述的圓片級三軸熱對流加速度傳感器，其特征在于所述 蓋子圓片刻蝕腔(3a)和底部圓片刻蝕腔(3b)為方形。
9. 根據權利要求8所述的圓片級三軸熱對流加速度傳感器，其特征在于所述 蓋子圓片刻蝕腔(3a)和底部圓片刻蝕腔(3b)長和寬均為l,，高為500 - 600 ]u m。
10. 根據權利要求3所述的圓片級三軸熱對流加速度傳感器，其特征在于所 述底部圓片U)、蓋子圓片(1)和間隔圓片(4)之間為焊接連接。
全文摘要
本發明公開了一種圓片級三軸熱對流加速度傳感器，包括底部圓片，所述底部圓片上設置有開放的刻蝕腔，刻蝕腔內設置有加熱器和溫度傳感器，在底部圓片集成信號處理電路和控制電路，其特征在于還包括一個蓋子圓片，蓋子圓片具有一個開放的刻蝕腔，內部設置有加熱器和溫度傳感器，所述蓋子圓片的刻蝕腔與底部圓片的刻蝕腔形成一個密閉的腔體，在腔體內填充介質。本發明解決了三軸加速度傳感器Z軸實際微分信號獲取的問題，測量加速度時信號強度強、穩定性強。
文檔編號G01P15/08GK101430341SQ20081024306
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月8日 優先權日2008年12月8日
發明者蔡永耀 申請人:美新半導體(無錫)有限公司