一种集成在同一硅片上的加速度和角速度传感器构造的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种集成在同一硅片上的加速度和角速度传感器构造，其特征在于：包括依次封装在同一框架内的第一盖芯片(S1)、主芯片(S2)、第二盖芯片(S3)。所述的主芯片(S2)为长方形硅片，具有前正反两面，各面均包括固定在芯片整体硅片上的电容模块、金属底盘模块、与加速与惯性测量模块，芯片正面电容模块的背面为芯片反面的加速与惯性测量模块，芯片正面加速与惯性测量模块的背面为芯片反面的电容模块；所述电容模块置于硅片上的一个倒梯形凹陷区域内；所述的电源底盘模块包括6个电源底盘；所述的加速与惯性测量模块包括压阻式细杆与一个长方形硅片，该长方形硅片通过四周的压阻式细杆与芯片整体硅片固定，在位移时会对四周的压阻式细杆产生拉伸或压缩的作用力。与现有技术相比，本实用新型具有精度高、低成本、使用便捷等优点。
【专利说明】一种集成在同一硅片上的加速度和角速度传感器构造
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体MEMS传感器领域，尤其是涉及一种集成在同一硅片上的加速度和角速度传感器构造。
【背景技术】
[0002]加速度传感器是一种能够测量加速度的电子设备。当有力作用在物体上，就好比地球引力，也就是重力，物体的速度就会有变化，这就是加速度。加速度可以是个常量，比如g，也可以是变量。加速度计有两种:一种是角加速度计，力作用与速度变化方向不同轴，像陀螺仪(角速度传感器)。另一种就是线加速度传感器，力作用与速度变化方向同轴，像重力速度器。
[0003]目前的传感器主要分以下几种:
[0004]1、压电式加速度传感器又称压电加速度计，现在大量应用于惯性式传感器。压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。
[0005]2、压阻式。基于世界领先的MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。加速度传感器网为客户提供压阻式加速度传感器/压阻加速度计各品牌的型号、参数、原理、价格、接线图等信息。
[0006]3、电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。电容式加速度传感器/电容式加速度计是对比较通用的加速度传感器。在某些领域无可替代，如安全气囊，手机移动设备等。电容式加速度传感器/电容式加速度计采用了微机电系统(MEMS)工艺，在大量生产时变得经济，从而保证了较低的成本。
[0007]目前的角速度传感器与线加速度传感器是分开封装设计的，如果需要同时测量物体的加速度和角速度则需要再物体上固定两个传感器，而两个传感器固定的位置需要仔细校对两个传感器的方向轴是否协调一致，否则测量的结果会有偏差。这就照成了成本高，使用不方便。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的就是为了解决以上问题，提供的一种低成本、高效率的集成在同一娃片上的加速度和角速度传感器构造。
[0009]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0010]一种集成在同一硅片上的加速度和角速度传感器构造，其特征在于:包括依次封装在同一框架内的第一盖芯片(SI)、主芯片(S2)、第二盖芯片(S3);所述的主芯片(S2)为长方形硅片，具有前正反两面，各面均包括固定在芯片整体硅片上的电容模块、金属底盘模块、与加速与惯性测量模块，芯片正面电容模块的背面为芯片反面的加速与惯性测量模块，芯片正面加速与惯性测量模块的背面为芯片反面的电容模块；所述的第一盖芯片、第二盖芯片(S1、S3)为单面长方形硅片，正面包括金属挡板与电容模块，中间镂空；所述电容模块置于硅片上的一个倒梯形凹陷区域内；在主芯片(S2)与第一盖芯片(SI)的封装过程中，第一盖芯片(SI)金属挡板与所属主芯片(S2)正面的加速与惯性测量模块相对，第一盖芯片
(SI)电容模块与所述主芯片(S2)正面的电容模块相对，中间镂空部分与主芯片(S2)金属底盘模块相对所述电容模块置于硅片上的一个倒梯形凹陷区域内；所述的电源底盘模块包括6个电源底盘；所述的加速与惯性测量模块包括压阻式细杆与一个长方形硅片，该长方形硅片通过四周的压阻式细杆与芯片整体硅片固定，在位移时会对四周的压阻式细杆产生拉伸或压缩的作用力。
[0011]根据权利要求1所述的一种集成在同一硅片上的加速度和角速度传感器构造，其特征在于:所述的主芯片(S2)模块外侧的硅片上有CMOS电路。
[0012]根据权利要求2所述的一种集成在同一硅片上的加速度和角速度传感器构造，其特征在于:所述的加速与惯性测量模块的硅片上有包括金属连线的连接电路；所述金属底盘模块包括电源底盘、加速度输出底盘、加速度校准底盘、角速度输出底盘、角速度校准底盘、接地底盘，用于连接外接焊线。
[0013]根据权利要求2所述的一种集成在同一硅片上的加速度和角速度传感器构造，其特征在于:所述的压阻式细杆包括四类，将长方形硅片的上部与主芯片(S2)相连的压阻式细杆与将长方形硅片的下部与主芯片(S2)相连的压阻式细杆由高度掺杂的半导体构成，宽度在2-3微米，厚度在1.5-2微米，细杆与主芯片(S2)成45°角，每条细杆间隔4到6微米，总条数与长方形硅片的大小尺寸有关，且离长方形硅片转角处20微米；将长方形硅片的左侧与主芯片(S2)相连的压阻式细杆与将长方形硅片的右侧与主芯片(S2)相连的压阻式细杆由高度掺杂的半导体构成，水平放置，每条细杆间隔4到6微米；将长方形硅片的左侧与主芯片(S2)相连的压阻式细杆分布在长方形硅片的上下部，离转角处20微米，根据长方形硅片的大小尺寸，上下各3-6条；将长方形硅片的右侧与主芯片(S2)相连的压阻式细杆要在长方形硅片的中部。
[0014]具体的，本实用新型中所述的CMOS电路和连接电路均可采用现有技术中的公知方案，有关上述公知技术方案，本领域的技术人员均已了解，在此不再赘述。
[0015]本实用新型和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。它将加速度传感器与角速度感器集成在同一个硅片上，这样成本就比两个分开的传感器之和小。除此之外，将两个传感器，即加速度传感器与角速度感器集分别固定在物体上进行测量时需要仔细校对两个传感器的方向轴是否协调一致，否则测量的结果会有偏差，而将加速度传感器与角速度传感器集成在同一个硅片上就省去了使用之前校对的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的整体芯片结构示意图；
[0017]图2为本实用新型的主芯片(S2)结构示意图。
[0018]图3为本实用新型的第一盖芯片(SI)结构示意图。
[0019]图4为本实用新型的第二盖芯片(S3)结构示意图。
[0020]图5为本实用新型的主芯片金属底盘模块示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
[0022]如图1所示，一种集成在同一硅片上的加速和角速度传感器构造，其特征在于:包括依次封装在同一框架内的第一盖芯片(SI)、主芯片(S2)、第二盖芯片(S3)。
[0023]如图2所示，所述的主芯片(S2)为长方形硅片，具有前正反两面，各面均包括固定在芯片整体硅片上的电容模块11、金属底盘模块12、与加速与惯性测量模块13，芯片正面电容模块11的背面为芯片反面的加速与惯性测量模块13，芯片正面加速与惯性测量模块13的背面为芯片反面的电容模块11 ;所述电容模块11置于硅片上的一个倒梯形凹陷区域内；所述的电源底盘模块12包括6个电源底盘；所述的加速与惯性测量模块13包括压阻式细杆与一个长方形硅片131，该长方形硅片131通过四周的压阻式细杆与芯片整体硅片固定，在位移时会对四周的压阻式细杆产生拉伸或压缩的作用力。
[0024]如图3所示，所述的第一盖芯片(SI)为单面长方形硅片，正面包括挡板21与电容模块23，中间镂空22 ;所述电容模块23置于硅片上的一个倒梯形凹陷区域内；在主芯片
(S2)与第一盖芯片(SI)的封装过程中，第一盖芯片(SI)挡板21与所属主芯片(S2)正面的加速与惯性测量模块相对，第一盖芯片(SI)电容模块23与所述主芯片(S2)正面的电容模块相对，中间镂空部分22与主芯片(S2)金属底盘模块相对。
[0025]如图4所示，所述的第二盖芯片(S3)为单面长方形硅片，正面包括挡板33与电容模块31，中间镂空32 ;所述电容模块31置于硅片上的一个倒梯形凹陷区域内；在主芯片
(S2)与第二盖芯片(S3)的封装过程中，第二盖芯片(S3)挡板33与所属主芯片(S2)反面的加速与惯性测量模块相对，第二盖芯片(S3)电容模块31与所述主芯片(S2)反面的电容模块相对，中间镂空部分32与主芯片(S2)金属底盘模块相对。
[0026]所述的主芯片(S2)模块外侧的硅片上有CMOS电路136。
[0027]所述的加速与惯性测量模块13的长方形硅片131上有包括金属连线的连接电路135。
[0028]如图5所示，所述金属底盘模块12包括电源底盘121、加速度输出底盘123、加速度校准底盘125、角速度输出底盘122、角速度校准底盘123、接地底盘126，用于连接外接焊线。
[0029]所述的压阻式细杆包括四类，将长方形硅片131的上部与主芯片(S2)相连的压阻式细杆134与将长方形硅片131的下部与主芯片(S2)相连的压阻式细杆由高度掺杂的半导体构成，宽度在2-3微米，厚度在1.5-2微米，细杆与主芯片(S2)成45°角，每条细杆间隔4到6微米，总条数与长方形硅片131的大小尺寸有关，且离长方形硅片131转角处20微米；将长方形硅片131的左侧与主芯片(S2)相连的压阻式细杆132与将长方形硅片131的右侧与主芯片(S2)相连的压阻式细杆133由高度掺杂的半导体构成，水平放置，每条细杆间隔4到6微米；将长方形硅片131的左侧与主芯片(S2)相连的压阻式细杆132分布在长方形硅片的上下部，离转角处20微米，根据长方形硅片131的大小尺寸，上下各3-6条。将长方形硅片的右侧与主芯片(S2)相连的压阻式细杆133要在长方形硅片的中部。
[0030]本实用新型的工作流程如下:
[0031]101、将本实用新型所述的传感器固定在被测旋转物上；
[0032]102、在被测物直线加速时，主芯片(S2)上的长方形硅片131对两端的压阻式细杆134分别产生拉伸与挤压，压阻式细杆的阻值发生变化，根据牛顿第二定律，力与速度成正比，即可算出加速度；
[0033]103、在被测物旋转时，主芯片(S2)上的长方形硅片131同时受到被测物旋转产生的力和芯片上电容产生的吸引力，进而弯向第一盖芯片(SI)或第二盖芯片(S3)；
[0034]104、根据科里奥利效应，主芯片(S2)上的两个长方形硅片131分别受到向外的科里奥利力，因此两侧的多条压阻式细杆将感应到阻值变化，科里奥利力是与旋转速度成正比的，因此阻值变化可以测量旋转速度；
[0035]105、位于长方形硅片131上的传感电路135将压阻式细杆的阻值变化传导至主芯片(S2)上金属底盘模块12 ；
[0036]106、金属底盘模块12上的金属底盘将该阻值的变化进行输出到其他设备进行加速度与角速度的分析。
[0037]当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本【技术领域】的普通技术人员在本实用新型的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种集成在同一硅片上的加速度和角速度传感器构造，其特征在于:包括依次封装在同一框架内的第一盖芯片(SI)、主芯片(S2)、第二盖芯片(S3);所述的主芯片(S2)为长方形硅片，具有前正反两面，各面均包括固定在芯片整体硅片上的电容模块、金属底盘模块、与加速与惯性测量模块，芯片正面电容模块的背面为芯片反面的加速与惯性测量模块，芯片正面加速与惯性测量模块的背面为芯片反面的电容模块；所述的第一盖芯片(SI)、第二盖芯片(S3)为单面长方形硅片，正面包括金属挡板与电容模块，中间镂空；所述电容模块置于硅片上的一个倒梯形凹陷区域内；在主芯片(S2)与第一盖芯片(SI)的封装过程中，第一盖芯片(SI)金属挡板与所属主芯片(S2)正面的加速与惯性测量模块相对，第一盖芯片(SI)电容模块与所述主芯片(S2)正面的电容模块相对，中间镂空部分与主芯片(S2)金属底盘模块相对所述电容模块置于硅片上的一个倒梯形凹陷区域内；所述的电源底盘模块包括6个电源底盘；所述的加速与惯性测量模块包括压阻式细杆与一个长方形硅片，该长方形硅片通过四周的压阻式细杆与芯片整体硅片固定，在位移时会对四周的压阻式细杆产生拉伸或压缩的作用力。
2.根据权利要求1所述的一种集成在同一硅片上的加速度和角速度传感器构造，其特征在于:所述的主芯片(S2)模块外侧的硅片上有CMOS电路。
3.根据权利要求2所述的一种集成在同一硅片上的加速度和角速度传感器构造，其特征在于:所述的加速与惯性测量模块的硅片上有包括金属连线的连接电路；所述金属底盘模块包括电源底盘、加速度输出底盘、加速度校准底盘、角速度输出底盘、角速度校准底盘、接地底盘，用于连接外接焊线。
4.根据权利要求2所述的一种集成在同一硅片上的加速度和角速度传感器构造，其特征在于:所述的压阻式细杆包括四类，将长方形硅片的上部与主芯片(S2)相连的压阻式细杆与将长方形硅片的下部与主芯片(S2)相连的压阻式细杆由高度掺杂的半导体构成，宽度在2-3微米，厚度在1.5-2微米，细杆与主芯片(S2)成45°角，每条细杆间隔4到6微米，总条数与长方形硅片的大小尺寸有关，且离长方形硅片转角处20微米；将长方形硅片的左侧与主芯片(S2)相连的压阻式细杆与将长方形硅片的右侧与主芯片(S2)相连的压阻式细杆由高度掺杂的半导体构成，水平放置，每条细杆间隔4到6微米；将长方形硅片的左侧与主芯片(S2)相连的压阻式细杆分布在长方形硅片的上下部，离转角处20微米，根据长方形硅片的大小尺寸，上下各3-6条；将长方形硅片的右侧与主芯片(S2)相连的压阻式细杆要在长方形硅片的中部。
【文档编号】G01P3/44GK204008685SQ201420167123
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】韩余庆, 韩筠 申请人:韩余庆