[发明专利]热气泡角加速仪

说明书

技术领域

本发明关于一种角加速仪，特别关于一种热气泡角加速仪。

背景技术

美国专利公告号第6,182,509号，公开一种热气泡型加速仪(Thermal Bubble Accelerometer)。热气泡型加速仪包含一绝热基板、一加热器和两个温度感测元件。绝热基板具一凹槽，加热器与两个温度感测元件，悬置于凹槽上，且两个温度感测元件，分别等距置放于加热器的相对两侧。

为形成悬置的加热器与两个温度感测元件，首先在绝热基板上，形成二氧化硅层。然后，在二氧化硅层上，形成一多晶硅层。之后，进行氧化工艺，在多晶硅层上，形成另一氧化层。接着，图案化该多晶硅层，以获得3条多晶硅桥梁(Polysilicon Bridge)。然后，再次进行氧化工艺，以便在多晶硅桥梁的侧边，形成氧化层。之后，绝热基板以EDP(乙二胺(Ethylenediamine)、儿茶酚(Pyrocatechol)和水的混合物)，蚀刻出深凹槽。

从上述的工艺描述可看出，悬置的加热器与两个温度感测元件的制作步骤繁复，因而导致此热气泡型加速仪的制造成本高。再者，纤细的多晶硅桥梁，容易在制造及长时间工作时损坏，造成热气泡型加速仪的低良率。此外，元件通常是作在硅基板上，由于硅的热传导系数(1.48W/(cm-K)较高，容易散逸加热器产生的热能，因此加热器需悬置于凹槽上，以节省能量消耗。虽然如此，硅基板仍会散逸加热器可观的能量，而导致此类热气泡型加速仪，会消耗较大的能量。再者，此种热气泡型加速仪空腔中，是充入二氧化碳或是空气，容易使加热器及温度感测器，产生氧化效应，影响其性能及寿期。

此外，传统角加速仪包含压电的转换器(piezoelectric transducer)，或机械式的陀螺仪元件。这些传统角加速仪，体积较大又相当复杂，并且需要长时间且昂贵的维修。随着微机电技术的发展，小体积的微机电式(mems-based)陀螺仪被开发出来。微机电式陀螺仪可包含一梳状结构(Comb Structure)元件，通过量测梳状结构的寄生电容(Parasitic Capacitance)，或共振频率(Resonant Frequency)的改变，即可计算出这些微机电式陀螺仪的角加速率。然而，可动的梳状结构，容易疲劳老化，所以会限制了微机电式陀螺仪的寿期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热气泡角加速仪，用以解决上述问题。

本发明一实施例揭示一种热气泡角加速仪，其包含一第一绝热基板，及一第一角加速度感测装置。第一角加速度感测装置，设置于第一绝热基板上。第一角加速度感测装置，用于量测绕一第一转轴的角加速度。第一角加速度感测装置，包含一温度感测元件组，温度感测元件组，包含两个温度感测元件，和设置于两个温度感测元件之间的一加热器，其中该两个温度感测元件，靠近该第一转轴的两端间的距离，大于远离该第一转轴的两端间的距离。

本发明实施例公开的热气泡角加速仪，制作步骤简单、不易损坏，且寿期较长。

附图说明

图1显示本发明一实施例的角加速度量测系统的示意图；

图2显示本发明一实施例的热气泡角加速仪的示意图；

图3是沿图2割面线1-1的截面图；

图4为本发明一实施例的晶片的功能方块示意图；

图5为本发明一实施例的电容的截面示意图；

图6为本发明另一实施例的热气泡角加速仪的示意图；

图7为本发明另一实施例的热气泡角加速仪的示意图；

图8是图7沿割面线8-8的剖示图；

图9例示角加速度感测装置的温度感测元件，与晶片的电性连接的示意图；

图10为本发明另一实施例的热气泡角加速仪的示意图；

图11为本发明一实施例的两个温度感测元件，与减法器的接线电路图案的示意图；

图12为本发明另一实施例的热气泡角加速仪的示意图；

图13为沿图12的割面线13-13的剖示图；

图14为以现有感测装置，所产生的温差与角速率的关系曲线图；以及

图15为本发明一实施例的角加速度感测装置，所产生的温差与角加速率的关系曲线图。

其中，附图标记说明如下：

1    角加速度量测系统；

2    热气泡角加速仪；

4    热气泡角加速仪；

6    热气泡角加速仪；

7    热气泡角加速仪；

9    热气泡角加速仪；

11   监控设备；