專利名稱：一種微機械電容式傾角傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種傾角傳感器，具體涉及一種微機械電容式傾角傳感器。
背景技術(shù)：
水平傳感器廣泛應(yīng)用于工程、建筑以及實驗室等各種環(huán)境。傳統(tǒng)的水泡型的水平儀分測量一維水平誤差的長水泡和測量二維水平面的圓水泡。一維結(jié)構(gòu)測量精度高，但做二維測量時需要相互垂直的兩個，占用體積大且不能實現(xiàn)自動測量系統(tǒng)。二維測量的圓水泡精度較差，同樣也不能和測量電路集成。 由傾角傳感器實現(xiàn)水平測量是目前測量系統(tǒng)的主要構(gòu)成方式。傳統(tǒng)的傾角傳感器體積較大。傾角傳感器從工作原理上可分為“固體擺”式、“液體擺”式、“氣體擺”三種，它們各有所長。在重力場中，固體擺的敏感質(zhì)量是擺錘質(zhì)量，液體擺的敏感質(zhì)量是電解液，而氣體擺的敏感質(zhì)量是氣體。氣體擺傾角傳感器具有較強的抗振動或沖擊能力，但氣體運動控制較為復雜，制造工藝復雜，影響其運動的因素較多，其精度難以提高。固體擺傾角傳感器有明確的擺長和擺心，其機理基本上與加速度傳感器相同。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型目的是提供一種體積小、制造工藝簡單、靈敏度高的微機械電容式傾角傳感器。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)本實用新型包括半導體片和設(shè)置在半導體片上的外圍電極、第一半圓形電極及第二半圓形電極，第一半圓形電極和第二半圓形電極對稱設(shè)置在外圍電極內(nèi)；外圍電極與第一半圓形電極及第二半圓形電極之間的槽內(nèi)填充有絕緣液體介質(zhì)，外圍電極的上方設(shè)有用于對絕緣液體介質(zhì)進行密封的密封裝置；第一半圓形電極與外圍電極組成第一電容，第二半圓形電極與外圍電極組成與第一電容對稱的第二電容。由于第一電容和第二電容的對稱性和一致性，電容差分輸出可有效抑制寄生效應(yīng)。上述外圍電極、第一半圓形電極及第二半圓形電極上分別設(shè)有外圍電極引線、第一半圓形電極引線及第二半圓形電極引線；密封裝置上設(shè)有外圍電極引線孔、第一半圓形電極引線孔及第二半圓形電極引線孔；外圍電極引線、第一半圓形電極引線及第二半圓形電極引線分別貫穿外圍電極引線孔、第一半圓形電極引線孔及第二半圓形電極引線孔與外部電容大小檢測裝置相連接。上述外圍電極的形狀為腰型。使電容極板均為半圓形，因此在接近90度傾銷角內(nèi)，第一電容和第二電容的差值與傾斜角的大小近似線性變化。上述半導體片采用的是SOI硅片。采用SOI硅片是因為外圍電極、第一半圓形電極和第二半圓形電極構(gòu)成電容的電極必須相互絕緣，因此在封裝前必須有支撐體，采用SOI可以解決此問題，SOI硅片稱為絕緣體上的硅，它的結(jié)構(gòu)是硅/絕緣體/硅，為商用材料。本實用新型做在第一層硅上，中間的絕緣體作為隔離，后面的硅作為支撐。[0010]上述密封裝置采用的是玻璃板或有機基板。本實用新型的第一電容與第二電容相對稱，電容差分輸出，分辨率高且可排除寄生電容的影響；本實用新型體積小、工藝簡單，靈敏度高。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各標號半導體片1，外圍電極2，第一半圓形電極3，第二半圓形電極4，絕緣液體介質(zhì)5，槽6。
具體實施方式
為使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式
，進一步闡述本實用新型。參見圖1，本實用新型包括半導體片I和設(shè)置在半導體片I上腰型的外圍電極2、第一半圓形電極3及第二半圓形電極4。其中，第一半圓形電極3和第二半圓形電極4對稱設(shè)置在外圍電極2內(nèi)。在外圍電極2與第一半圓形電極3及第二半圓形電極4之間的槽6內(nèi)充少量介電常數(shù)較大的絕緣液體介質(zhì)5，在外圍電極2的上方安裝有用于對絕緣液體介質(zhì)5進行密封的 密封裝置(圖中未畫出)。其中,第一半圓形電極3與外圍電極2組成半圓形的第一電容,第二半圓形電極4與外圍電極2組成與第一電容對稱半圓形的第二電容(本實施例中，外圍電極2的形狀為腰型，外圍電極2左、右兩側(cè)的半圓形形狀分別與第一半圓形電極3的半圓形形狀及第二半圓形電極4半圓形形狀相一致，從而構(gòu)成了兩個半圓形的電容)。外圍電極2、第一半圓形電極3和第二半圓形電極4為同一種材料,通過一次刻蝕分離，保證了由上述材料構(gòu)成的第一電容和第二電容的對稱性和一致性。由于第一電容和第二電容的對稱性和一致性，電容差分輸出分辨率高且可有效抑制寄生效應(yīng)。在外圍電極2、第一半圓形電極3及第二半圓形電極4上分別刻有外圍電極引線(圖中未畫出)、第一半圓形電極引線(圖中未畫出)及第二半圓形電極引線(圖中未畫出)。在密封裝置上鑿有外圍電極引線孔(圖中未畫出)、第一半圓形電極引線孔(圖中未畫出)及第二半圓形電極引線孔(圖中未畫出)。外圍電極引線、第一半圓形電極引線及第二半圓形電極引線分別貫穿外圍電極引線孔、第一半圓形電極引線孔及第二半圓形電極引線孔與外部電容大小檢測裝置相連接。本實施例中，半導體片I采用的是SOI硅片；密封裝置采用的是玻璃板或有機基板。本實用新型的工作過程及原理如下工作中，將本實用新型的傳感器垂直放置，則絕緣液體介質(zhì)5將流動到槽6的底部。當系統(tǒng)存在傾斜時，將使絕緣液體介質(zhì)5向傾斜方流動，使傾斜側(cè)的電容中的絕緣液體介質(zhì)5增加，另一側(cè)的絕緣液體介質(zhì)5減少(第一電容與第二電容中填充的絕緣液體介質(zhì)5的量就不同)。[0027]由于絕緣液體介質(zhì)5的介電常數(shù)遠大于空氣，因此第一電容和第二電容的大小主要由絕緣液體介質(zhì)5填充的一段電容間隙長度決定(第一電容和第二電容的差值與傾斜角有關(guān)，差值越大，則傾斜越大)。通過測量第一電容的電容大小及第二電容的電容大小，可得出電容差，然后通過常規(guī)的標定法，就可反映出傾斜的角度。本實施例中，由于電容極板均為半圓形，因此在接近90度傾銷角內(nèi)，第一電容和第二電容的差值與傾斜角的大小近似線性變化。本實用新型通過在硅片上一次刻槽6形成 兩個對稱的電容，制造工藝簡單，在一定范圍內(nèi)絕緣液體介質(zhì)5填充的數(shù)量變化僅使初始電容的大小有所變化,不影響電容差。因此本實用新型的傳感器靈敏度高，線性好且穩(wěn)定。本實用新型的制作過程如下首先，選取一 SOI娃片，要求表面娃材料為低摻雜,厚度根據(jù)設(shè)計電容結(jié)構(gòu)決定，
一般盡量厚些。然后，光刻表面硅材料，并用各向異性刻蝕工藝(如深反應(yīng)離子刻蝕等)刻蝕該材料，直到界面氧化硅時停止，形成如圖I所示的結(jié)構(gòu)。接下來,氧化整個娃片，再通過光刻在外圍電極2、第一半圓形電極3和第二半圓形電極4上分別開外圍電極引線、第一半圓形電極引線和第二半圓形電極引線。最后，填充絕緣液體介質(zhì)5，并用玻璃板對外圍電極2進行密封，在玻璃板上開外圍電極引線孔、第一半圓形電極引線孔和第二半圓形電極引線孔。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.一種微機械電容式傾角傳感器，其特征在于，包括半導體片(I)和設(shè)置在半導體片(1)上的外圍電極(2)、第一半圓形電極(3)及第二半圓形電極(4)，所述第一半圓形電極(3)和第二半圓形電極(4)對稱設(shè)置在外圍電極(2)內(nèi)； 所述外圍電極(2)與第一半圓形電極(3)及第二半圓形電極(4)之間的槽(6)內(nèi)填充有絕緣液體介質(zhì)(5),外圍電極(2)的上方設(shè)有用于對絕緣液體介質(zhì)(5)進行密封的密封裝置； 所述第一半圓形電極(3)與外圍電極(2)組成第一電容，所述第二半圓形電極(4)與外圍電極(2)組成與第一電容對稱的第二電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微機械電容式傾角傳感器，其特征在于， 所述外圍電極(2)、第一半圓形電極(3)及第二半圓形電極(4)上分別設(shè)有外圍電極引線、第一半圓形電極引線及第二半圓形電極引線； 所述密封裝置上設(shè)有外圍電極引線孔、第一半圓形電極引線孔及第二半圓形電極引線孔；所述外圍電極引線、第一半圓形電極引線及第二半圓形電極引線分別貫穿外圍電極引線孔、第一半圓形電極引線孔及第二半圓形電極引線孔與外部電容大小檢測裝置相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的微機械電容式傾角傳感器，其特征在于，所述外圍電極(2)的形狀為腰型。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的微機械電容式傾角傳感器，其特征在于，所述半導體片(I)采用的是SOI硅片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的微機械電容式傾角傳感器，其特征在于，所述密封裝置采用的是玻璃板或有機基板。
專利摘要本實用新型公開了一種微機械電容式傾角傳感器包括半導體片和設(shè)置在半導體片上的外圍電極、第一半圓形電極及第二半圓形電極，第一半圓形電極和第二半圓形電極對稱設(shè)置在外圍電極內(nèi)；外圍電極與第一半圓形電極及第二半圓形電極之間的槽內(nèi)填充有絕緣液體介質(zhì)，外圍電極的上方設(shè)有用于對絕緣液體介質(zhì)進行密封的密封裝置；第一半圓形電極與外圍電極組成第一電容，第二半圓形電極與外圍電極組成與第一電容對稱的第二電容。本實用新型的第一電容與第二電容相對稱，電容差分輸出，分辨率高且可排除寄生電容的影響；本實用新型體積小、工藝簡單，靈敏度高。
文檔編號G01C9/18GK202485670SQ20112056215
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者秦明 申請人:東南大學