[发明专利]一种柔性电容式加速度传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及加速度测量技术领域，尤其涉及一种基于MEMS微纳加工技术制备的高灵敏度柔性电容式加速度传感器。

背景技术

加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备，与人类的生活息息相关。目前加速度传感器的应用领域越来越广泛，比如汽车安全(气囊、防抱死系统和牵引控制系统)、游戏控制、图像自动翻转和计步器等。从上个世纪八十年代微机电系统(MEMS)技术的迅速发展，越来越多的先进技术与设备出现在各行各业中，并且随着集成电路和半导体行业的快速发展，利用新型技术制备微纳传感器也成为全球的研究热点之一。利用微机电系统技术制备的微型加速度传感器具有体积小、功耗低和重量轻等优点，而且成本也相对较低，在更多的领域尤其是消费电子领域有了更广泛的应用。

加速度传感器根据工作原理可分为以下几个类型：压阻式加速度传感器、压电式加速度传感器、谐振式加速度传感器和电容式加速度传感器。其中，电容式加速度传感器的优点是高灵敏度、低温度效应和带功率耗散，在近些年得到了大量的关注和研究。电容测量基于传感器的一对电极的两个表面之间的间隙变化，这两个表面之间的电容取决于表面积和它们之间的距离。

请参考图1，图1为现有基于MEMS的电容式加速传感器30的剖面示意图。如图1所示，现有的电容式加速传感器30主要具有一非单晶硅基底32，例如玻璃基底或石英基底，一悬臂梁状结构34，其具有一多晶硅梁状结构36与一多晶硅支承构件38，多晶硅支承构件38设于非单晶硅基底32上，用来固定多晶硅梁状结构36，并使多晶硅梁状结构36与非晶硅基底32之间具有一距离，且多晶硅梁状结构36具有一可动端，在可动端部分设有一可动电极40，一固定电极42设于可动电极40下方的非单晶硅基底32上，可动电极40与固定电极42分别用来当作电容式加速传感器30的一平板电容44的上下电极，以及一控制电路，例如薄膜晶体管(TFT，Thin Film Transistor)控制电路46设于非单晶硅基底32上，并电连接于悬臂梁状结构34与平板电容44，用来接收、处理并传送平板电容44所输出的信号。

当垂直方向的加速力施加于现有的电容式加速传感器30时，设于多晶硅梁状结构36的可动端的可动电极40会接收到垂直方向的力，使得多晶硅梁状结构36的可动端产生弯曲模式的振动，并与固定电极42间产生相对位置变化，亦使得平板电容44内的电容值随之改变，通过TFT控制电路46利用一差动放大器或其他电子元件将接收到的电容值变化量进行信号处理，以得到待测加速度力的大小。此外，由于非晶硅基底32可以由石英组成，又石英熔点较高，因此现有发明的TFT控制电路46可以为一高温多晶硅TFT控制电路。

然而现有的电容式加速传感器制作在玻璃和石英等刚性材料基底上，制作的器件是不能折叠或弯曲的刚性结构，从而限制了MEMS传感器在曲面物体表面的测量，且在现有的电容式加速传感器，当基底为石英时，由于石英熔点较高，要求TFT控制电路为高温多晶硅TFT控制电路，增加了制造成本，另外，其加工工艺和结构相对较为复杂。因此，如何制造出一种工艺和结构简单，成本较低且能灵活应用于不同物体表面测量的电容式加速度传感器为目前重要的研究课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何克服现有的电容式加速传感器不能折叠或弯曲，制造成本较高且加工工艺和结构相对较为复杂的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于测量加速力的柔性电容式加速度传感器，其包括：

柔性基板；上电极，设于所述柔性基板的上表面；下电极，设于所述柔性基板的下表面；连接层，其包括上连接层和下连接层，所述上连接层设于所述柔性基板和上电极之间并连接所述柔性基板和上电极，所述下连接层设于所述柔性基板和下电极之间并连接所述柔性基板和下电极。

其中，所述上电极和下电极均设置有引脚部分，所述引脚部分用于与外围电路连接；所述连接层由有机物薄膜或金属薄膜制成；所述连接层由与柔性基板粘结性能优的材料制成。

优选地，所述上连接层和下连接层的厚度均为50～500nm。

优选地，所述上电极和下电极均由厚度为100～2000nm的金属薄膜组成。

相应地，本发明还提供了一种制造所述柔性电容式加速度传感器的方法，包括以下步骤：

S1、对柔性基板进行清洗和干燥；

S2、在所述柔性基板的上表面形成上连接膜层，并将所述上连接膜层制作成上连接层；

S3、在所述上连接层的上表面形成上电极膜层，并将所述上电极膜层制作成上电极；