[实用新型]微机电换能器

说明书

本公开提供了一种微机电换能器。该微机电换能器包括具有彼此相对的第一表面和第二表面的半导体本体。多个沟槽在半导体本体中从第一表面朝向第二表面延伸，其包括具有沿着第一轴线的相应主延伸方向的第一对沟槽以及具有沿着第二轴线的相应主延伸方向的第二对沟槽，第二轴线与第一轴线正交。第一压阻式传感器和第二压阻式传感器在分别被布置在第一对沟槽和第二对沟槽之间的半导体本体的第一表面处延伸。第一压阻式传感器、第二压阻式传感器和多个沟槽形成有源区。第一结构体被机械地耦接到半导体本体的第一表面以形成包围有源区的第一密封腔体。通过本公开，允许获得基于硅技术的多轴力传感器，其能够测量法向力和面外剪切力两者。

技术领域

本公开涉及微机电换能器、制造微机电换能器的方法以及用于操作微机电换能器的方法。

背景技术

众所周知，集成力传感器可以利用微机械加工技术来制造。这些传感器通常包括悬挂在腔体上的薄膜或膜片，该腔体设置在硅本体中。在膜内形成的是连接在一起以形成惠斯通电桥的压阻元件。当受到力时，膜会发生变形，导致压阻元件的电阻的变化，从而导致惠斯通电桥的不平衡。作为替代，电容式传感器是可用的，其中膜提供电容器的第一板，而第二板由固定基准提供。在使用期间，膜的偏转生成电容器的电容的变化，其可以被检测并且与被施加在膜上的压力相关联。

然而，这些半导体传感器本身可能不会被用于测量高压力，因为它们通常具有低的满刻度值。因此，对于高压力和高的力的应用，它们需要相当复杂的封装来支持所应用的负荷。

而且，典型的半导体力传感器被设计成主要测量力的一个分量(例如法向力)，而不是具有面内分量(例如剪切力)的法向分量的组合。因此，需要低成本并且通用的技术以用于制造感测多轴负荷的半导体力传感器，该半导体力传感器能够测量或补偿在传感器结构上引发的不同的所应用的负荷分量或非均匀残余应力。

多轴力传感器已经利用其它技术被实现，诸如金属负荷单元和陶瓷负荷单元。然而，基于金属负荷单元的多轴力传感器存在与低灵敏度、高成本、大尺寸(特别是针对高负荷应用)和高能量需求(由金属应变计的使用所导致)有关的问题。基于陶瓷负荷单元的多轴力传感器具有与制造电阻器的技术有关的其它缺点；用于厚膜电阻器的丝网印刷是在小型化和设计的灵活性方面受到限制的技术。为了制造多轴陶瓷力传感器，需要利用传感器布局内的复杂的机械特征。为此原因，基于陶瓷负荷单元的多轴力传感器需要复杂的封装，增加了它们的成本。而且，基于陶瓷负荷单元的力传感器(如金属传感器)对于高满刻度范围通常具有低分辨率。

实用新型内容

本公开提供了微机电换能器、制造微机电换能器的方法以及用于操作微机电换能器的方法，以克服至少一些前面讨论的问题。特别地，本公开的实施例提供了基于压阻式换能的半导体微机电换能器，该半导体微机电换能器被配置成既可以作为单轴力传感器工作又可以作为多轴力传感器工作。

本公开提供了一种微机电换能器，包括：半导体本体，其具有彼此相对并且平行于水平平面的第一表面和第二表面；多个沟槽，其在所述半导体本体中从所述第一表面朝向所述第二表面延伸，所述多个沟槽包括第一对沟槽和第二对沟槽，所述第一对沟槽具有在所述水平平面上的沿着第一轴线的相应主延伸方向，所述第二对沟槽具有在所述水平平面上的沿着第二轴线的相应主延伸方向，所述第二轴线不同于所述第一轴线并且与所述第一轴线形成一定角度；第一压阻式传感器和第二压阻式传感器，所述第一压阻式传感器和所述第二压阻式传感器在所述半导体本体的所述第一表面处延伸并且分别被布置在所述第一对沟槽和所述第二对沟槽之间，其中所述第一压阻式传感器、所述第二压阻式传感器和所述多个沟槽形成有源区；以及第一结构体，其被机械地耦接到所述半导体本体的所述第一表面以形成包围所述有源区的第一密封腔体。

通过本公开提供的技术方案，允许获得基于硅技术的多轴力传感器，其能够测量法向力和面外剪切力两者，而且允许在非均匀或部分集中负荷的情况下的精确测量。

附图说明