一種集成在同一硅片上的加速度和角速度傳感器構造的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種集成在同一硅片上的加速度和角速度傳感器構造，其特征在于：包括依次封裝在同一框架內的第一蓋芯片(S1)、主芯片(S2)、第二蓋芯片(S3)。所述的主芯片(S2)為長方形硅片，具有前正反兩面，各面均包括固定在芯片整體硅片上的電容模塊、金屬底盤模塊、與加速與慣性測量模塊，芯片正面電容模塊的背面為芯片反面的加速與慣性測量模塊，芯片正面加速與慣性測量模塊的背面為芯片反面的電容模塊；所述電容模塊置于硅片上的一個倒梯形凹陷區(qū)域內；所述的電源底盤模塊包括6個電源底盤；所述的加速與慣性測量模塊包括壓阻式細桿與一個長方形硅片，該長方形硅片通過四周的壓阻式細桿與芯片整體硅片固定，在位移時會對四周的壓阻式細桿產生拉伸或壓縮的作用力。與現有技術相比，本實用新型具有精度高、低成本、使用便捷等優(yōu)點。
【專利說明】一種集成在同一硅片上的加速度和角速度傳感器構造

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體MEMS傳感器領域，尤其是涉及一種集成在同一硅片上的加速度和角速度傳感器構造。

【背景技術】
[0002]加速度傳感器是一種能夠測量加速度的電子設備。當有力作用在物體上，就好比地球引力，也就是重力，物體的速度就會有變化，這就是加速度。加速度可以是個常量，比如g，也可以是變量。加速度計有兩種:一種是角加速度計，力作用與速度變化方向不同軸，像陀螺儀(角速度傳感器)。另一種就是線加速度傳感器，力作用與速度變化方向同軸，像重力速度器。
[0003]目前的傳感器主要分以下幾種:
[0004]1、壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計，現在大量應用于慣性式傳感器。壓電式加速度傳感器的原理是利用壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應，在加速度計受振時，質量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率時，則力的變化與被測加速度成正比。
[0005]2、壓阻式?；谑澜珙I先的MEMS硅微加工技術，壓阻式加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點，易于集成在各種模擬和數字電路中，廣泛應用于汽車碰撞實驗、測試儀器、設備振動監(jiān)測等領域。加速度傳感器網為客戶提供壓阻式加速度傳感器/壓阻加速度計各品牌的型號、參數、原理、價格、接線圖等信息。
[0006]3、電容式加速度傳感器是基于電容原理的極距變化型的電容傳感器。電容式加速度傳感器/電容式加速度計是對比較通用的加速度傳感器。在某些領域無可替代，如安全氣囊，手機移動設備等。電容式加速度傳感器/電容式加速度計采用了微機電系統(MEMS)工藝，在大量生產時變得經濟，從而保證了較低的成本。
[0007]目前的角速度傳感器與線加速度傳感器是分開封裝設計的，如果需要同時測量物體的加速度和角速度則需要再物體上固定兩個傳感器，而兩個傳感器固定的位置需要仔細校對兩個傳感器的方向軸是否協調一致，否則測量的結果會有偏差。這就照成了成本高，使用不方便。


【發(fā)明內容】

[0008]本實用新型的目的就是為了解決以上問題，提供的一種低成本、高效率的集成在同一娃片上的加速度和角速度傳感器構造。
[0009]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0010]一種集成在同一硅片上的加速度和角速度傳感器構造，其特征在于:包括依次封裝在同一框架內的第一蓋芯片(SI)、主芯片(S2)、第二蓋芯片(S3);所述的主芯片(S2)為長方形硅片，具有前正反兩面，各面均包括固定在芯片整體硅片上的電容模塊、金屬底盤模塊、與加速與慣性測量模塊，芯片正面電容模塊的背面為芯片反面的加速與慣性測量模塊，芯片正面加速與慣性測量模塊的背面為芯片反面的電容模塊；所述的第一蓋芯片、第二蓋芯片(S1、S3)為單面長方形硅片，正面包括金屬擋板與電容模塊，中間鏤空；所述電容模塊置于硅片上的一個倒梯形凹陷區(qū)域內；在主芯片(S2)與第一蓋芯片(SI)的封裝過程中，第一蓋芯片(SI)金屬擋板與所屬主芯片(S2)正面的加速與慣性測量模塊相對，第一蓋芯片
(SI)電容模塊與所述主芯片(S2)正面的電容模塊相對，中間鏤空部分與主芯片(S2)金屬底盤模塊相對所述電容模塊置于硅片上的一個倒梯形凹陷區(qū)域內；所述的電源底盤模塊包括6個電源底盤；所述的加速與慣性測量模塊包括壓阻式細桿與一個長方形硅片，該長方形硅片通過四周的壓阻式細桿與芯片整體硅片固定，在位移時會對四周的壓阻式細桿產生拉伸或壓縮的作用力。
[0011]根據權利要求1所述的一種集成在同一硅片上的加速度和角速度傳感器構造，其特征在于:所述的主芯片(S2)模塊外側的硅片上有CMOS電路。
[0012]根據權利要求2所述的一種集成在同一硅片上的加速度和角速度傳感器構造，其特征在于:所述的加速與慣性測量模塊的硅片上有包括金屬連線的連接電路；所述金屬底盤模塊包括電源底盤、加速度輸出底盤、加速度校準底盤、角速度輸出底盤、角速度校準底盤、接地底盤，用于連接外接焊線。
[0013]根據權利要求2所述的一種集成在同一硅片上的加速度和角速度傳感器構造，其特征在于:所述的壓阻式細桿包括四類，將長方形硅片的上部與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿與將長方形硅片的下部與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿由高度摻雜的半導體構成，寬度在2-3微米，厚度在1.5-2微米，細桿與主芯片(S2)成45°角，每條細桿間隔4到6微米，總條數與長方形硅片的大小尺寸有關，且離長方形硅片轉角處20微米；將長方形硅片的左側與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿與將長方形硅片的右側與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿由高度摻雜的半導體構成，水平放置，每條細桿間隔4到6微米；將長方形硅片的左側與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿分布在長方形硅片的上下部，離轉角處20微米，根據長方形硅片的大小尺寸，上下各3-6條；將長方形硅片的右側與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿要在長方形硅片的中部。
[0014]具體的，本實用新型中所述的CMOS電路和連接電路均可采用現有技術中的公知方案，有關上述公知技術方案，本領域的技術人員均已了解，在此不再贅述。
[0015]本實用新型和已有技術相比較，其效果是積極和明顯的。它將加速度傳感器與角速度感器集成在同一個硅片上，這樣成本就比兩個分開的傳感器之和小。除此之外，將兩個傳感器，即加速度傳感器與角速度感器集分別固定在物體上進行測量時需要仔細校對兩個傳感器的方向軸是否協調一致，否則測量的結果會有偏差，而將加速度傳感器與角速度傳感器集成在同一個硅片上就省去了使用之前校對的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的整體芯片結構示意圖；
[0017]圖2為本實用新型的主芯片(S2)結構示意圖。
[0018]圖3為本實用新型的第一蓋芯片(SI)結構示意圖。
[0019]圖4為本實用新型的第二蓋芯片(S3)結構示意圖。
[0020]圖5為本實用新型的主芯片金屬底盤模塊示意圖。

【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0022]如圖1所示，一種集成在同一硅片上的加速和角速度傳感器構造，其特征在于:包括依次封裝在同一框架內的第一蓋芯片(SI)、主芯片(S2)、第二蓋芯片(S3)。
[0023]如圖2所示，所述的主芯片(S2)為長方形硅片，具有前正反兩面，各面均包括固定在芯片整體硅片上的電容模塊11、金屬底盤模塊12、與加速與慣性測量模塊13，芯片正面電容模塊11的背面為芯片反面的加速與慣性測量模塊13，芯片正面加速與慣性測量模塊13的背面為芯片反面的電容模塊11 ;所述電容模塊11置于硅片上的一個倒梯形凹陷區(qū)域內；所述的電源底盤模塊12包括6個電源底盤；所述的加速與慣性測量模塊13包括壓阻式細桿與一個長方形硅片131，該長方形硅片131通過四周的壓阻式細桿與芯片整體硅片固定，在位移時會對四周的壓阻式細桿產生拉伸或壓縮的作用力。
[0024]如圖3所示，所述的第一蓋芯片(SI)為單面長方形硅片，正面包括擋板21與電容模塊23，中間鏤空22 ;所述電容模塊23置于硅片上的一個倒梯形凹陷區(qū)域內；在主芯片
(S2)與第一蓋芯片(SI)的封裝過程中，第一蓋芯片(SI)擋板21與所屬主芯片(S2)正面的加速與慣性測量模塊相對，第一蓋芯片(SI)電容模塊23與所述主芯片(S2)正面的電容模塊相對，中間鏤空部分22與主芯片(S2)金屬底盤模塊相對。
[0025]如圖4所示，所述的第二蓋芯片(S3)為單面長方形硅片，正面包括擋板33與電容模塊31，中間鏤空32 ;所述電容模塊31置于硅片上的一個倒梯形凹陷區(qū)域內；在主芯片
(S2)與第二蓋芯片(S3)的封裝過程中，第二蓋芯片(S3)擋板33與所屬主芯片(S2)反面的加速與慣性測量模塊相對，第二蓋芯片(S3)電容模塊31與所述主芯片(S2)反面的電容模塊相對，中間鏤空部分32與主芯片(S2)金屬底盤模塊相對。
[0026]所述的主芯片(S2)模塊外側的硅片上有CMOS電路136。
[0027]所述的加速與慣性測量模塊13的長方形硅片131上有包括金屬連線的連接電路135。
[0028]如圖5所示，所述金屬底盤模塊12包括電源底盤121、加速度輸出底盤123、加速度校準底盤125、角速度輸出底盤122、角速度校準底盤123、接地底盤126，用于連接外接焊線。
[0029]所述的壓阻式細桿包括四類，將長方形硅片131的上部與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿134與將長方形硅片131的下部與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿由高度摻雜的半導體構成，寬度在2-3微米，厚度在1.5-2微米，細桿與主芯片(S2)成45°角，每條細桿間隔4到6微米，總條數與長方形硅片131的大小尺寸有關，且離長方形硅片131轉角處20微米；將長方形硅片131的左側與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿132與將長方形硅片131的右側與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿133由高度摻雜的半導體構成，水平放置，每條細桿間隔4到6微米；將長方形硅片131的左側與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿132分布在長方形硅片的上下部，離轉角處20微米，根據長方形硅片131的大小尺寸，上下各3-6條。將長方形硅片的右側與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿133要在長方形硅片的中部。
[0030]本實用新型的工作流程如下:
[0031]101、將本實用新型所述的傳感器固定在被測旋轉物上；
[0032]102、在被測物直線加速時，主芯片(S2)上的長方形硅片131對兩端的壓阻式細桿134分別產生拉伸與擠壓，壓阻式細桿的阻值發(fā)生變化，根據牛頓第二定律，力與速度成正比，即可算出加速度；
[0033]103、在被測物旋轉時，主芯片(S2)上的長方形硅片131同時受到被測物旋轉產生的力和芯片上電容產生的吸引力，進而彎向第一蓋芯片(SI)或第二蓋芯片(S3)；
[0034]104、根據科里奧利效應，主芯片(S2)上的兩個長方形硅片131分別受到向外的科里奧利力，因此兩側的多條壓阻式細桿將感應到阻值變化，科里奧利力是與旋轉速度成正比的，因此阻值變化可以測量旋轉速度；
[0035]105、位于長方形硅片131上的傳感電路135將壓阻式細桿的阻值變化傳導至主芯片(S2)上金屬底盤模塊12 ；
[0036]106、金屬底盤模塊12上的金屬底盤將該阻值的變化進行輸出到其他設備進行加速度與角速度的分析。
[0037]當然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例，本【技術領域】的普通技術人員在本實用新型的實質范圍內做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種集成在同一硅片上的加速度和角速度傳感器構造，其特征在于:包括依次封裝在同一框架內的第一蓋芯片(SI)、主芯片(S2)、第二蓋芯片(S3);所述的主芯片(S2)為長方形硅片，具有前正反兩面，各面均包括固定在芯片整體硅片上的電容模塊、金屬底盤模塊、與加速與慣性測量模塊，芯片正面電容模塊的背面為芯片反面的加速與慣性測量模塊，芯片正面加速與慣性測量模塊的背面為芯片反面的電容模塊；所述的第一蓋芯片(SI)、第二蓋芯片(S3)為單面長方形硅片，正面包括金屬擋板與電容模塊，中間鏤空；所述電容模塊置于硅片上的一個倒梯形凹陷區(qū)域內；在主芯片(S2)與第一蓋芯片(SI)的封裝過程中，第一蓋芯片(SI)金屬擋板與所屬主芯片(S2)正面的加速與慣性測量模塊相對，第一蓋芯片(SI)電容模塊與所述主芯片(S2)正面的電容模塊相對，中間鏤空部分與主芯片(S2)金屬底盤模塊相對所述電容模塊置于硅片上的一個倒梯形凹陷區(qū)域內；所述的電源底盤模塊包括6個電源底盤；所述的加速與慣性測量模塊包括壓阻式細桿與一個長方形硅片，該長方形硅片通過四周的壓阻式細桿與芯片整體硅片固定，在位移時會對四周的壓阻式細桿產生拉伸或壓縮的作用力。
2.根據權利要求1所述的一種集成在同一硅片上的加速度和角速度傳感器構造，其特征在于:所述的主芯片(S2)模塊外側的硅片上有CMOS電路。
3.根據權利要求2所述的一種集成在同一硅片上的加速度和角速度傳感器構造，其特征在于:所述的加速與慣性測量模塊的硅片上有包括金屬連線的連接電路；所述金屬底盤模塊包括電源底盤、加速度輸出底盤、加速度校準底盤、角速度輸出底盤、角速度校準底盤、接地底盤，用于連接外接焊線。
4.根據權利要求2所述的一種集成在同一硅片上的加速度和角速度傳感器構造，其特征在于:所述的壓阻式細桿包括四類，將長方形硅片的上部與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿與將長方形硅片的下部與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿由高度摻雜的半導體構成，寬度在2-3微米，厚度在1.5-2微米，細桿與主芯片(S2)成45°角，每條細桿間隔4到6微米，總條數與長方形硅片的大小尺寸有關，且離長方形硅片轉角處20微米；將長方形硅片的左側與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿與將長方形硅片的右側與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿由高度摻雜的半導體構成，水平放置，每條細桿間隔4到6微米；將長方形硅片的左側與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿分布在長方形硅片的上下部，離轉角處20微米，根據長方形硅片的大小尺寸，上下各3-6條；將長方形硅片的右側與主芯片(S2)相連的壓阻式細桿要在長方形硅片的中部。
【文檔編號】G01P3/44GK204008685SQ201420167123
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權日:2014年4月8日
【發(fā)明者】韓余慶, 韓筠 申請人:韓余慶