液體多層電容傾斜微傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種液體多層電容傾斜微傳感器，包括：至少兩對(duì)差動(dòng)電極，每對(duì)差動(dòng)電極位于相同平面；至少一個(gè)共同電極，該共同電極的一部分與各對(duì)差動(dòng)電極位于同一平面；該差動(dòng)電極與該共同電極位于一密閉空間中；以及封入該密閉空間的覆蓋液體；其中，該差動(dòng)電極的輪廓分別形成圓形的一部分。該傳感器還可包括感測(cè)電路。本發(fā)明還公開了該傳感器的制造方法。
【專利說明】液體多層電容傾斜微傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傾斜角傳感器，特別是關(guān)于一種液體多層電容傾斜傳感器。
現(xiàn)有技術(shù)
[0002]水平儀(傾斜角傳感器)的應(yīng)用范圍廣泛，例如營(yíng)造工程的施工定位，機(jī)械平臺(tái)的水平度測(cè)量，汽車與飛機(jī)平衡系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，橋梁及鐵路的傾斜及形變監(jiān)控，相機(jī)取景時(shí)的輔助水平線，手機(jī)的傾斜操控應(yīng)用等，甚至在半導(dǎo)體、化學(xué)與生醫(yī)工程等，都可見其應(yīng)用。目前可見的微水平儀，依其感測(cè)方式主要可分為機(jī)械式、氣體式及液體式的感測(cè)方式。
[0003]機(jī)械式水平儀主要是利用一質(zhì)量塊，在水平儀傾斜時(shí)，該質(zhì)量塊受重力影響，使質(zhì)量塊兩端的電極與相對(duì)應(yīng)的固定電極間發(fā)生變化，引起質(zhì)量塊電極與兩端固定電極間的電容變化。機(jī)械式水平儀是通過測(cè)量該電容量來判斷傾斜角度。采用機(jī)械式的結(jié)構(gòu)在工藝上較為容易實(shí)現(xiàn)，但由于其彈簧結(jié)構(gòu)通常較為脆弱，容易因?yàn)橥饬Χ鴶嗔选?br> [0004]氣體式水平儀設(shè)置一注有參考?xì)怏w的密封腔，使用加熱器將其周圍的氣體加熱。在傾斜時(shí)，封閉腔內(nèi)的熱對(duì)流產(chǎn)生變化，通過測(cè)量加熱器四周的熱敏電阻的電阻值變化，即可計(jì)算傾斜角度。氣體式的微水平儀結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，受微結(jié)構(gòu)尺寸變異的影響也較小，但在制造上仍須額外增加一道將腔體密封的加工步驟，且其對(duì)于傾角變化的反應(yīng)速度也較為緩慢。
[0005]現(xiàn)有的液體式微水平儀是在一封閉腔內(nèi)注入電解液，該電解液具有導(dǎo)電性。在腔體未傾斜時(shí)，浸泡在電解液中的兩電極電阻值實(shí)質(zhì)相同。但當(dāng)腔體傾斜時(shí)，兩端電極浸泡在電解液中的面積產(chǎn)生變化，使得兩電極的電阻值產(chǎn)生差值。通過讀取電路將該傾角變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出。液體感測(cè)方式的結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間也較快，但同樣必須增加一道密封腔體的加工步驟。
[0006]微水平儀多半以MEMS工藝與CMOS工藝分別制造感測(cè)組件及讀取電路，不僅制造成本高，體積難以進(jìn)一步減小，也易產(chǎn)生噪聲。雖然單獨(dú)的MEMS工藝在微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)彈性自由度較高，但目前仍沒有一套標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)電系統(tǒng)能夠同時(shí)符合設(shè)計(jì)彈性又能與電路進(jìn)行集成。
[0007]中國(guó)臺(tái)灣專利TW522221公開了一種傾斜傳感器，該傳感器具有印刷基板與設(shè)置在該印刷基板上的彼此電氣獨(dú)立的一對(duì)差動(dòng)電極，以及與差動(dòng)電極間隔的共同電極板。該對(duì)差動(dòng)電極和共同電極板收納在一密閉空間內(nèi)，并在該密閉空間內(nèi)封入介電性液體。當(dāng)傾斜傳感器傾斜時(shí)，介電性液體浸泡各該差動(dòng)電極的面積發(fā)生變化，使其電容產(chǎn)生改變。通過測(cè)量?jī)刹顒?dòng)電極的電容值，可以計(jì)算出傾斜角度。該傾斜傳感器并非以微機(jī)電技術(shù)制造，體積甚為龐大。
[0008]日本專利公開JP2008-261695公開了一種微型傾斜角度傳感器。該傳感器具有與上述TW522221號(hào)相同的構(gòu)造，并使用相同的原理，但所封入的液體是導(dǎo)電性液體。該傳感器是以微機(jī)電技術(shù)制造的，體積可以縮小，但其構(gòu)造并不適合使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝來制造，使得制造成本提高。且其差動(dòng)電極形成半圓形，使得其感測(cè)精確度受限，不適于利用在較精密的應(yīng)用。此外，該傳感器與讀取電路須分別制造，集成困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的即是提供一種液體電容式傾斜微傳感器的新穎架構(gòu)。
[0010]本發(fā)明的目的還是提供一種可偵測(cè)多方向斜角度的液體電容式傾斜微傳感器。
[0011]本發(fā)明的目的也是提供一種具有多對(duì)差動(dòng)電極的液體電容式傾斜微傳感器。
[0012]本發(fā)明的目的也是提供一種可以利用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造的傾斜微傳感器。
[0013]本發(fā)明的目的也是提供一種能集成讀取電路與感測(cè)組件的傾斜微傳感器。
[0014]本發(fā)明的目的也是提供一種無可動(dòng)組件，且能提高偵測(cè)精確度的傾斜微傳感器。
[0015]本發(fā)明的目的也是提供一種液體電容式傾斜微傳感器的新穎制造方法。
[0016]本發(fā)明的目的也是提供一種可以利用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造并集成有讀取電路的傾斜微傳感器制法。
[0017]本發(fā)明的目的也是提供一種多方向傾斜角度微傳感器的制法。
[0018]本發(fā)明的目的也是提供一種具多層差動(dòng)電極的傾斜微傳感器的制法。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，具有:至少兩對(duì)差動(dòng)電極，每對(duì)差動(dòng)電極位于相同平面上；至少一個(gè)共同電極，該共同電極的一部分與各對(duì)差動(dòng)電極位于同一平面上；該差動(dòng)電極與該共同電極位于一密閉空間中；以及封入該密閉空間之覆蓋液體。該多對(duì)差動(dòng)電極的電極輪廓分別可形成圓形的一部分，最好為扇形。該多對(duì)差動(dòng)電極可形成在同一平面上，也可以形成在不同平面上，互相以一間距分開。如有兩對(duì)差動(dòng)電極不位于同一平面上，該共同電極可使用一個(gè)或多個(gè)，例如在每一平面提供一共同電極。
[0020]該傳感器還可包括讀取電路，用以讀取該差動(dòng)電極的各電極所產(chǎn)生的電容值。并可提供判斷同方向或不同方向上的傾斜角度的功能。該多個(gè)差動(dòng)電極和/或該共同電極的表面至少一部分還可包括潤(rùn)滑層。該共同電極可形成在該差動(dòng)電極的周圍。該差動(dòng)電極分別可包含形成在電極板邊緣的多個(gè)缺口，且該共同電極可包含伸入該缺口的多個(gè)突出部。當(dāng)電極板為扇形輪廓時(shí)，該多個(gè)缺口可延伸到各差動(dòng)電極板扇形的半徑的一半長(zhǎng)度以上。該覆蓋液體可以是導(dǎo)電性液體或介電液體。該多個(gè)差動(dòng)電極與該共同電極可以形成在一硅基板上。該讀取電路也可形成在該差動(dòng)電極與該共同電極的硅基板上。該差動(dòng)電極與該共同電極可形成在一硅基板上的介電層上。該多對(duì)差動(dòng)電極的輪廓與面積可相同或不同。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的制造液體多層電容傾斜微傳感器的方法，包括如下步驟:
[0022]制備第一基板；
[0023]在該第一基板上形成一包括多個(gè)金屬層和多個(gè)介電層的堆棧結(jié)構(gòu)；該堆棧結(jié)構(gòu)內(nèi)包括至少兩對(duì)差動(dòng)電極與至少一個(gè)共同電極的圖案，其特征在于，所述差動(dòng)電極的輪廓形成圓形的一部分，且任一對(duì)該差動(dòng)電極具有近似的形狀和實(shí)質(zhì)相同的面積；
[0024]釋放所述至少兩對(duì)差動(dòng)電極與至少一個(gè)共同電極；
[0025]制備第二基板；
[0026]在該第二基板上形成材料層；
[0027]在該材料層中形成凹槽；
[0028]在該凹槽中加入覆蓋液體；
[0029]將該第一基板覆蓋到該第二基板上，使該差動(dòng)電極與共同電極進(jìn)入該凹槽內(nèi)；以及
[0030]結(jié)合該第一基板與該第二基板。
[0031]該差動(dòng)電極輪廓最好為扇形。不同對(duì)的差動(dòng)電極可位于該堆棧結(jié)構(gòu)的不同層，且彼此分離。不同對(duì)的差動(dòng)電極，輪廓與面積可互為相同或不同。
[0032]該第一基板可以是硅基板，該第二基板可以是玻璃基板或塑料基板。該共同電極可以形成在相對(duì)應(yīng)的差動(dòng)電極的周圍。該差動(dòng)電極分別可包含形成在電極板邊緣的多個(gè)缺口，且該共同電極可包含伸入該缺口的多個(gè)突出部。當(dāng)該差動(dòng)電極板為扇形或半圓形輪廓時(shí)，該多個(gè)缺口可延伸到差動(dòng)電極板的扇形或半圓的半徑的一半長(zhǎng)度以上。該覆蓋液體可以是導(dǎo)電性液體或介電液體。
[0033]該差動(dòng)電極與共同電極可以形成在該第一基板上的材料層上，因此該方法還可包括在制備第一基板后，在該第一基板上形成一材料層的步驟。該材料層可包括至少一個(gè)介電層。該材料層也還可包括至少一個(gè)金屬層及一個(gè)介電層。
[0034]該方法也可包括:在形成該差動(dòng)電極與共同電極圖案時(shí)，同時(shí)形成一讀取電路的步驟。該方法也可包括:在形成該差動(dòng)電極與共同電極 圖案及該材料層時(shí)，同時(shí)形成一讀取電路的步驟。該方法還可包括:在該差動(dòng)電極與共同電極釋放后，在其表面的至少一部分上施加潤(rùn)滑層的步驟。
[0035]在該第二基板上形成的材料層可以是光阻材料，該形成凹槽的步驟可包括除去該材料層的一部分的步驟。釋放該差動(dòng)電極與共同電極的步驟可包括蝕刻，以除去該差動(dòng)電極與共同電極圖案以外的堆棧結(jié)構(gòu)的步驟。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是表示本發(fā)明的液體多層電容傾斜微傳感器的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖2是表示本發(fā)明的液體多層電容傾斜微傳感器的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖3是示出本發(fā)明的液體多層電容傾斜微傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖4a與圖4b是本發(fā)明的液體電容式傾斜微傳感器的第一方向感測(cè)原理不意圖。
[0040]圖5a與圖5b是本發(fā)明的液體電容式傾斜微傳感器的第二方向感測(cè)原理不意圖。
[0041]圖6是示出本發(fā)明的液體電容式傾斜微傳感器的制造方法的流程圖。
[0042]圖7是示出本發(fā)明的液體電容式傾斜微傳感器的制造過程意圖。
[0043]主要組件符號(hào)說明
[0044]100傾斜微傳感器
[0045]10第一基板
[0046]11、12、13、14、15、16差動(dòng)電極
[0047]I la、12a凹口
[0048]17共享電極
[0049]17a突出部
[0050]21、22、23、24、25、26、差動(dòng)電極
[0051]27、28
[0052]29支撐結(jié)構(gòu)
[0053]30第二基板[0054]31隔墻
[0055]32密閉空間
[0056]33覆蓋液體
[0057]35讀取電路
[0058]36凹槽
【具體實(shí)施方式】
[0059]下面，將參照實(shí)施例說明本發(fā)明的構(gòu)造與制法。須注意的是:所使用的實(shí)施例僅用于示出本發(fā)明的可能或優(yōu)選實(shí)施方式，而并非用于限制本發(fā)明的范圍。
[0060]圖1是示出本發(fā)明的液體多層電容傾斜微傳感器的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本實(shí)施例的傾斜微傳感器100包括6個(gè)差動(dòng)電極11、12、13、14、15、16，它們形成在實(shí)質(zhì)上相同的平面上。標(biāo)號(hào)17表示共同電極，可與各差動(dòng)電極形成一電容。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，將差動(dòng)電極11與12定為第一對(duì)，差動(dòng)電極13與14定為第兩對(duì)，差動(dòng)電極15與16定為第三對(duì)。
[0061]圖2是示出本發(fā)明的液體多層電容傾斜微傳感器的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本實(shí)施例的傾斜微傳感器100包括位于上下4層平面上的4組差動(dòng)電極21-28。位于同一層平面的差動(dòng)電極可以包括一對(duì)差動(dòng)電極，或多對(duì)差動(dòng)電極。如果是多對(duì)時(shí)，其結(jié)構(gòu)可為如圖1所示。在此情形下，該液 體多層電容傾斜微傳感器即包括12對(duì)差動(dòng)電極。所有差動(dòng)電極可以共享一個(gè)或以上的共同電極。
[0062]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例中，差動(dòng)電極以每層兩對(duì)，共兩層結(jié)構(gòu)，形成4對(duì)差動(dòng)電極(電容)，較為實(shí)用。原因是:制造較為簡(jiǎn)單，成本較低，并能形成多方向的傾斜角度偵測(cè)。但其它的組合方式，例如增加或減少層次，增加或減少每層的差動(dòng)電極對(duì)數(shù)，都可以適用在本發(fā)明中。
[0063]圖2還示出，上述差動(dòng)電極組件是形成在第一基板10上的。圖2中所示出的基板10，是在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝當(dāng)中使用的基板，即硅質(zhì)基板。在該基板10上，以標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝形成多個(gè)介電層，多個(gè)金屬層，以及多個(gè)導(dǎo)通孔等。并且，在該介電層、金屬層與導(dǎo)通孔所形成的堆棧結(jié)構(gòu)中，以金屬層或以金屬層與介電層形成差動(dòng)電極與共同電極圖案，再以例如濕式蝕刻等方式釋放電極圖案，就可以得到所需的電極。
[0064]圖2示出4層電極層形成在基板10上。但在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例中，并不使用第一金屬層。在這種實(shí)例中，并沒有圖中最下方的電極層21、22，而是在第二以上金屬層23、24上，形成最下方的電極層。各電極層之間可以介電層隔開，或以介電層與金屬層隔開。該共同電極可包括多個(gè)金屬層與多個(gè)介電層。且任一電極層也可包括多個(gè)金屬層與多個(gè)介電層。因此，這些電極層需以導(dǎo)通孔界定其范圍，并作為蝕刻釋放時(shí)的保護(hù)層。
[0065]圖3是示出本發(fā)明的液體多層電容傾斜微傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3中示出具有4層結(jié)構(gòu)的電極層組件。圖3中示出在該差動(dòng)電極21-28與共同電極17所在區(qū)域的周圍，以多個(gè)介電層、多個(gè)金屬層及多個(gè)導(dǎo)通孔形成支撐結(jié)構(gòu)29。在該支撐結(jié)構(gòu)29上方形成隔墻31，隔墻31上方覆蓋第二基板30，使該第一基板10、該支撐結(jié)構(gòu)29、隔墻31與第二基板30定義一密閉空間32。覆蓋液體33與電極層組件即密封在該密閉空間32中。
[0066]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例中，該隔墻31使用光阻材料制造，該第二基板30是玻璃材料。但本發(fā)明可適用的材料并不限于此例所示。
[0067]將該差動(dòng)電極21-28形成在第二以上的金屬層上，可以減少與基板間的寄生電容。但制造在其它層上也是可以的。如果電極層并非形成在第一層金屬層上，則在該電極層與基板10之間將存在材料層。該材料層在電極釋放后可能也被移除，但也可能留存。此夕卜，該差動(dòng)電極21-28與該共同電極17的一部分最好形成在同一金屬層上，但也可以形成在不同的金屬層上。
[0068]為了抑制該覆蓋液體33因毛細(xì)作用黏附在該差動(dòng)電極21-28與該共同電極17的表面上，可在該電極表面的全部或選定的部分施以潤(rùn)滑層(未圖示)。該潤(rùn)滑層的材料是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，例如可以是特氟龍。將該第二基板30結(jié)合到第一基板10的方法，可以使用任何夾具，并以適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合方式，將第二基板30固定到第一基板10的預(yù)定位置。例如以黏膠固定，可以選用與該隔墻31材料及該金屬層或介電層材料兼容的黏膠，以壓力或加熱固定，形成結(jié)合層(未示出)。
[0069]請(qǐng)參考圖1。該圖1中示出差動(dòng)電極11-16各形成扇形輪廓。在其內(nèi)部周圍設(shè)有多個(gè)缺口。該共同電極17本體則形成在差動(dòng)電極11-16的內(nèi)周以內(nèi)，并以多個(gè)突出部伸入該多個(gè)缺口中。如此所形成的結(jié)構(gòu)，即所謂的指差式電容。在本實(shí)施例中，通過將差動(dòng)電極11-16的各對(duì)分布在差動(dòng)電極所形成的圓形兩半，可以將偵測(cè)范圍擴(kuò)大到±90°。但在實(shí)際應(yīng)用中，可能并不需要如此大的角度范圍，因此差動(dòng)電極11-16的輪廓形狀只需占有圓形的一部分即可，例如45°到90°之間的任何角度。此外，差動(dòng)電極11-16所形成的輪廓形狀應(yīng)近似，且面積實(shí)質(zhì)上相等。每對(duì)差動(dòng)電極以鏡射方式組合是優(yōu)選的方式。該鏡射的基準(zhǔn)最好為差動(dòng)電極11-16所圍成的圓形中心。如此能確保測(cè)量結(jié)果的正確性。
[0070]在本發(fā)明的其它實(shí)例中，差動(dòng)電極11-16的輪廓并不形成圓形的一部分。任何可以使一對(duì)兩差動(dòng)電極形成實(shí)質(zhì)上相對(duì)應(yīng)的形狀，并且不減小測(cè)量正確性的形狀，都可適用。例如等邊三角形或等腰三角形、等腰多邊型，均是其例。
[0071]圖1也示出，該差動(dòng)電極11-16上所形成的缺口，深入到電極板的內(nèi)部，達(dá)到1/2以上。也就是說，當(dāng)該電極板11-16為扇形時(shí)，該缺口向內(nèi)延伸達(dá)半徑的1/2以上。同時(shí)，該共同電極17延伸部，也配合伸入該缺口，達(dá)到差動(dòng)電極板半徑的一半以上。如此形成的電容，容值較高，對(duì)于傾斜角度的改變較為敏感，可以提高偵測(cè)的精密度或分辨率。
[0072]在圖2的實(shí)例中，因?yàn)樘峁┒鄬硬顒?dòng)電極，在測(cè)量時(shí)可以將各對(duì)所屬電極的電容變化以矩陣方式表示，即可以用簡(jiǎn)單的偵測(cè)方式，測(cè)得傾斜角度的變化。換言之，不需提高電容值偵測(cè)的分辨率，即可偵測(cè)到細(xì)微的傾斜角度變化。
[0073]具有以上特征的傾斜角度偵測(cè)器，可以利用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造，故可與讀取電路制造在相同基板上，并同時(shí)完成，這足以簡(jiǎn)化生產(chǎn)并降低成本。此外，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中偵測(cè)器與讀取電路集成困難的難題。
[0074]圖4a與圖4b是本發(fā)明的液體電容式傾斜微傳感器的第一方向感測(cè)原理不意圖。在圖3中，Vin表示輸入電壓，35表示讀取電路。本發(fā)明的傳感器100相當(dāng)于24組電容，電容上覆蓋的液體33會(huì)因?yàn)閭鞲衅魉媒嵌鹊淖兓淖兣c差動(dòng)電極的相對(duì)位置，使覆蓋于各電極板上的面積改變，進(jìn)而產(chǎn)生電容變化。通過讀取電路35將該電容變化轉(zhuǎn)換電壓信號(hào)輸出。圖4a示出該傳感器100處于起始狀態(tài)時(shí)，覆蓋液體33覆蓋在第2對(duì)差動(dòng)電極13、14上的面積相同,故兩者產(chǎn)生的電容值相同。但對(duì)第I對(duì)差動(dòng)電極11、12和第3對(duì)差動(dòng)電極15、16而言,則為完全覆蓋與完全未覆蓋的組合。
[0075]當(dāng)如圖4b所示，偵測(cè)器100向第一方向傾斜時(shí)，液體因重力而維持原位，此時(shí)各對(duì)差動(dòng)電極被覆蓋液體33覆蓋的面積即發(fā)生變化，因而產(chǎn)生電容值的變化。根據(jù)本發(fā)明的感測(cè)電容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，測(cè)量各對(duì)差動(dòng)電極之電容值后，計(jì)算所得的差值將與傾斜角度形成高度線性關(guān)系。因此可以計(jì)算出該偵測(cè)器向第一方向的傾斜角度。
[0076]圖5a與圖5b是本發(fā)明的液體電容式傾斜微傳感器的第二方向感測(cè)原理不意圖。在圖5a的初始狀態(tài)中，各層差動(dòng)電容被覆蓋液體33覆蓋的面積相同。但當(dāng)該傳感器向第二方向傾斜之后，如圖5b所示，各層被液體33覆蓋的面積改變，因而導(dǎo)致電容值的變化。將從各差動(dòng)電極所測(cè)量到的容值以矩陣表示，所形成的向量即可代表該傳感器向第一方向與第二方向的傾斜角度。
[0077]下面，以實(shí)例說明本發(fā)明的液體多層電容傾斜微傳感器的制法。圖6是示出本發(fā)明的液體電容式傾斜微傳感器制造方法的流程圖。圖7是示出本發(fā)明的液體電容式傾斜微傳感器的制造過程意圖。如圖6所示，在制造本發(fā)明的液體電容式傾斜微傳感器時(shí)，首先在步驟601中制造基板10。該基板10的材料并無任何限制，但通常而言可使用一般在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中應(yīng)用的基板材料，即硅質(zhì)基板，以便使本發(fā)明可以利用CMOS工藝制造。但使用其它堅(jiān)固的材料，或其它適合在CMOS工藝中使用的材料，也可得到相同的效果。其次，在步驟602中，在該基板10上形成材料層。該材料層可以包括:形成在該基板10上方的介電層；形成在該介電層上方、互相交替的多個(gè)金屬層與介電層；以及位于其內(nèi)的導(dǎo)通孔。這些材料層形成堆棧結(jié)構(gòu)，但在制造該堆棧結(jié)構(gòu)時(shí)，在其中形成本發(fā)明的傾斜角傳感器100以及讀取電路35的圖案。適合制造該材料層的方法，包括任何商業(yè)上用來形成電路結(jié)構(gòu)和/或微型結(jié)構(gòu)的工藝，其中較適用的是標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝。
[0078]該讀取電路35可以是利用商用電路設(shè)計(jì)工具完成的電路結(jié)構(gòu)，例如通過CMOS工藝所制得的多層電路層。用來偵測(cè)電容值并輸出測(cè)量結(jié)果的電路，可以使用任何已知技術(shù)的電路來設(shè)計(jì)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，設(shè)計(jì)具有上述功能的電路，并利用合適的工藝形成在該基板10上，是顯而易見的，相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)在此無需贅述。
[0079]至于該偵測(cè)器100部分的制造，在本實(shí)例中是形成于該材料層當(dāng)中的至少二個(gè)相隔金屬層，例如第三層金屬層與第五金屬層。其制造方法包括:在形成特定金屬層后，以蝕刻等方法，形成差動(dòng)電極與共同電極圖案，在該電極圖案周圍與上方形成介電層，如此反復(fù)形成堆棧結(jié)構(gòu)的步驟。其中，屬于同一對(duì)的差動(dòng)電極的輪廓形狀近似或互相對(duì)應(yīng)，且面積實(shí)質(zhì)相同。共享電極17則形成在差動(dòng)電極的內(nèi)周之內(nèi)。在該差動(dòng)電極11-16面對(duì)共享電極17的邊緣還形成凹口 lla、12a，而在共享電極17的對(duì)應(yīng)位置則形成突出部17a，伸入該凹口 lla、12a內(nèi)。在該堆棧結(jié)構(gòu)內(nèi)形成具有上述及其它特征的電極板圖案，也屬于現(xiàn)有技術(shù)。此外，在相同平面或?qū)嵸|(zhì)相同的平面上形成多對(duì)差動(dòng)電極，也可利用現(xiàn)有的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本案專利說明書與附圖后，可以輕易第完成。相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)，在此也不再贅述。
[0080]在該材料層中，也可包括以多個(gè)金屬層、多個(gè)介電層與多個(gè)導(dǎo)通孔共同形成的支撐結(jié)構(gòu)29。該支撐結(jié)構(gòu)29通常是以導(dǎo)通孔貫穿多個(gè)介電層與金屬層，以提高其強(qiáng)度。這樣，足以支撐將要形成的密閉空間的結(jié)構(gòu)。制造此種支撐結(jié)構(gòu)的技術(shù)，也可使用上述CMOS工藝，與該讀取電路35及電極板21-28在相同工藝步驟中完成。相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)，也無須贅述。
[0081]在本發(fā)明的其它實(shí)例中，該電極板21-28并非只包括單一的金屬層，而是包括多層金屬層以及介于金屬層間的介電層。如有必要，也可包括導(dǎo)通孔。至于適用于該金屬層與介電層以及導(dǎo)通孔的材料，并無任何限制，且為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。通常而言，該金屬層的材料可以是鋁，該介電的材料可以是二氧化硅，該導(dǎo)通孔的材料可以是銅。
[0082]其次，在步驟603中，移除該電極板21-28與17以外的介電層或介電層與金屬層，直到電極板21-28，17釋放出來。所得結(jié)果如圖7a所示。在步驟604中，在該電極板21-28，17表面施加潤(rùn)滑層(未圖示)。該潤(rùn)滑層的材料可以是任何可以消除或降低該電極板表面毛細(xì)作用的材料。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例中，采用特氟龍。當(dāng)然，其它可以提供相同或類似功能的材料，均可適用。其施加方法也無任何技術(shù)上的限制，但以旋模涂覆方法較為可行，效果亦佳。該潤(rùn)滑層厚度并無限制，但不宜太厚，以免影響偵測(cè)效果。
[0083]接著，在步驟605中，制備第二基板30。該第二基板30的材料并無任何限制，但以堅(jiān)硬、容易加工為宜。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例中，該第二基板30是玻璃基板。但是其它材料，例如塑料、樹脂、玻璃纖維、金屬、陶瓷或其復(fù)合材料，均可適用。其后，在步驟606中，在該第二基板上形成隔墻材料層31。該隔墻材料層31的材料也無任何限制。但考慮到工藝便利，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例中，是利用光阻材料來制造的。適用的光阻材料包括SU-8等。該隔墻材料層31可以通過任何方式形成在該第二基板30上，其厚度也無任何限制，但以能形成足夠的容積以容納覆蓋液體為宜。通常而言，約可在100到2，OOOum之間，較好在200到1，OOOum之間。所得的材料層，即如第7b圖所示。在步驟607中，在該隔墻材料層31內(nèi)形成凹槽36，以用作容納覆蓋液體的腔室。形成凹槽的方法，主要是除去該材料層的一部分，例如以蝕刻方法形成。但以其它方式，例如燒除等技術(shù)，也是可以的。如有必要，可另形成切割線(未圖示)。形成后的材料層包括該第二基板30，凹槽36以及凹槽36周圍的隔墻31，如圖7c所示。
[0084]接著，在步驟608，在該凹槽36中加入覆蓋液體33。該覆蓋液體33可以是導(dǎo)電性液體或介電液體。如果是導(dǎo)電材料，則可以是電解液、磁性液體、液態(tài)金屬、含納米金屬顆粒的液體等材料。如果是介電液體，則以比重較高且黏性較低的材料較適用，例如硅酮油，即其適例。所加入的覆蓋液體33量并無任何限制，但以充滿該腔室36容積的半數(shù)左右為宜。在驟609，在該隔墻31的開放端面上涂敷黏膠。在步驟610，將該第一基板10覆蓋于該第二基板30上，使該多層差動(dòng)電極21-28與該共同電極17進(jìn)入該凹槽36內(nèi)。此時(shí)，該支撐結(jié)構(gòu)29頂住該黏膠。在步驟611，固定該第一基板10與該第二基板30。其方式可以是任何可固化該黏膠，并使兩者緊密固定的方法。最后，以偵測(cè)器100為單位，切割所形成的材料層，即獲得本發(fā)明的傾斜微傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0085]本發(fā)明所公開的液體多層電容傾斜微傳感器不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，且可與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝結(jié)合，在制造過程中即與讀取電路集成，足以節(jié)省成本與制造時(shí)間。本發(fā)明的傳感器可以偵測(cè)三維空間的傾斜角度，且因使用測(cè)量值矩陣做計(jì)算依據(jù)，可以降低系統(tǒng)制造精度的需求。本發(fā)明所制成的微傳感器晶粒尺寸可以縮小。通常而言，以2.3*3.1mm的面積，即可制成具有高靈敏度且含或不含讀取電路的偵測(cè)器。本發(fā)明提供了偵測(cè)范圍高達(dá)±90°的傾斜角偵測(cè)器。
【權(quán)利要求】
1.一種液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，具有:至少兩對(duì)差動(dòng)電極，每對(duì)差動(dòng)電極位于相同平面上；至少一個(gè)共同電極，該共同電極的一部分與各對(duì)差動(dòng)電極位于同一平面上；該差動(dòng)電極與該共同電極位于一密閉空間中；以及封入該密閉空間之覆蓋液體。
2.如權(quán)利要求1的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，該多對(duì)差動(dòng)電極的電極輪廓分別形成圓形的一部分。
3.如權(quán)利要求2的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，該多對(duì)差動(dòng)電極的電極輪廓分別形成扇形。
4.如權(quán)利要求1的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，該多對(duì)差動(dòng)電極形成在不同平面上，互相以一間距分開。
5.如權(quán)利要求1的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，還包括讀取電路，用以讀取該對(duì)差動(dòng)電極的各電極所產(chǎn)生的電容值。
6.如權(quán)利要求1的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，該多個(gè)差動(dòng)電極和/或該共同電極的表面的至少一部分還包括潤(rùn)滑層。
7.如權(quán)利要求1的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，該共同電極形成在所述差動(dòng)電極的內(nèi)側(cè)。
8.如權(quán)利要求1的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，所述差動(dòng)電極分別包含形成在電極板邊緣的多個(gè)缺口，且該共同電極包含伸入該缺口的多個(gè)突出部。
9.如權(quán)利要求8的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，所述差動(dòng)電極板的輪廓是扇形，且所述多個(gè)缺口延伸到各差動(dòng)電極板的扇形半徑的一半長(zhǎng)度以上?！?br> 10.如權(quán)利要求1的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，所述覆蓋液體是導(dǎo)電性液體與介電液體中的一種。
11.如權(quán)利要求1的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，所述差動(dòng)電極與所述共同電極形成在一娃基板上。
12.如權(quán)利要求5的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，所述差動(dòng)電極與所述共同電極形成在一硅基板上，且所述讀取電路形成在該差動(dòng)電極與該共同電極的硅基板上。
13.如權(quán)利要求1的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，所述對(duì)差動(dòng)電極與所述共同電極形成在一娃基板上的介電層上。
14.如權(quán)利要求1的液體電容式傾斜微傳感器，其特征在于，所述多對(duì)差動(dòng)電極的輪廓和面積可互為相同或不同。
15.一種制造液體多層電容傾斜微傳感器的方法，其特征在于，包括如下步驟: 制備第一基板； 在該第一基板上形成一包括多個(gè)金屬層和多個(gè)介電層的堆棧結(jié)構(gòu)；該堆棧結(jié)構(gòu)內(nèi)包括至少兩對(duì)差動(dòng)電極與至少一個(gè)共同電極的圖案，其特征在于，所述差動(dòng)電極的輪廓形成圓形的一部分，且任一對(duì)該差動(dòng)電極具有近似的形狀和實(shí)質(zhì)相同的面積； 釋放所述至少兩對(duì)差動(dòng)電極與至少一個(gè)共同電極； 制備第二基板； 在該第二基板上形成材料層； 在該材料層中形成凹槽； 在該凹槽中加入覆蓋液體；將該第一基板覆蓋到該第二基板上，使該差動(dòng)電極與共同電極進(jìn)入該凹槽內(nèi)；以及 結(jié)合該第一基板與該第二基板。
16.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述差動(dòng)電極的輪廓是扇形。
17.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，不同對(duì)的所述差動(dòng)電極位于該堆棧結(jié)構(gòu)的不同層，且彼此分離。
18.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，不同對(duì)的所述差動(dòng)電極的輪廓與面積相同。
19.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，該第一基板是硅基板，該第二基板是玻璃基板或塑料基板。
20.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，該共同電極形成在相對(duì)應(yīng)的差動(dòng)電極的周邊。
21.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，該差動(dòng)電極分別包含形成在電極板邊緣的多個(gè)缺口，且該共同電極包含伸入該缺口的多個(gè)突出部。
22.如權(quán)利要求21的方法，其特征在于，該差動(dòng)電極板的輪廓是扇形，且該多個(gè)缺口延伸到差動(dòng)電極板的扇形的一半長(zhǎng)度以上。
23.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，該覆蓋液體是導(dǎo)電性液體與介電液體中的一種。
24.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述差動(dòng)電極與共同電極形成在所述第一基板上的材料層上，且該方法還包括:在制備所述第一基板之后，在該第一基板上形成材料 層。
25.如權(quán)利要求24的方法,其特征在于,該材料層包括至少一個(gè)介電層。
26.如權(quán)利要求24的方法,其特征在于,該材料層包括至少一個(gè)金屬層以及一個(gè)介電層。
27.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，還包括:在形成該差動(dòng)電極與共同電極圖案時(shí)，同時(shí)形成讀取電路。
28.如權(quán)利要求24的方法，其特征在于，還包括:在形成該差動(dòng)電極與共同電極圖案及該材料層時(shí)，同時(shí)形成讀取電路。
29.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，還包括:在該差動(dòng)電極與共同電極釋放后，在其表面至少一部分上施加潤(rùn)滑層。
30.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，在該第二基板上形成的材料層是光阻材料，且該形成凹槽的步驟包括:除去該材料層的一部分。
31.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，釋放該差動(dòng)電極與共同電極的步驟包括蝕刻，以除去該差動(dòng)電極與共同電極圖案以外的堆棧結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK103712601SQ201210377904
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月8日
【發(fā)明者】陳榮祥, 陳政賜, 陳柏廷 申請(qǐng)人:碩英股份有限公司