電化學(xué)加速度計(jì)、將熱敏電阻集成在電極中的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及加速度計(jì)技術(shù)領(lǐng)域、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)領(lǐng)域與溫度傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于集成式熱敏電阻的電化學(xué)加速度計(jì)、將熱敏電阻集成在電極中的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電化學(xué)加速度計(jì)是一種將外界加速度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕拿舾衅骷浜诵牡拿舾胁考且粋€(gè)四電極結(jié)構(gòu)，與其他類型的加速度計(jì)采用固體質(zhì)量塊相比，電化學(xué)加速度計(jì)最大的區(qū)別是采用電解液為質(zhì)量塊。電化學(xué)加速度計(jì)工作時(shí)，其電極上施加一個(gè)固定的偏置電壓，經(jīng)過一定時(shí)間后，反應(yīng)離子在電極周圍形成固定的濃度分布，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。當(dāng)有外界加速度作用時(shí)，電解液受到慣性力作用相對電極產(chǎn)生位移，導(dǎo)致電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生變化，從而引起輸出電壓的變化，這就是電化學(xué)加速度計(jì)工作的基本原理。
[0003]由于采用液體質(zhì)量塊，電化學(xué)加速度計(jì)可以在較大的傾角下工作；同時(shí)，基于電化學(xué)反應(yīng)的工作原理使其具有較高的靈敏度。因此，電化學(xué)加速度計(jì)在地震監(jiān)測領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢，常被用在海底地震儀器中采集海底地震波信號。傳統(tǒng)的電化學(xué)加速度計(jì)的敏感電極由鉑網(wǎng)電極與多孔陶瓷薄片組裝而成，但是工藝復(fù)雜、成本高、批量化生產(chǎn)能力差；此夕卜，電化學(xué)加速度計(jì)受溫度影響十分顯著。這些都制約著它的使用。
[0004]—方面，為了克服傳統(tǒng)工藝方法的缺點(diǎn)，近年來，MEMS技術(shù)被引入用來制作電化學(xué)加速度計(jì)的敏感電極。MEMS技術(shù)是在微電子技術(shù)和硅微加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多學(xué)科交叉的新技術(shù)，具有微型化、集成化、可批量生產(chǎn)等特點(diǎn)?；贛EMS技術(shù)的電化學(xué)加速度計(jì)在一定程度上克服了傳統(tǒng)加速度計(jì)的缺點(diǎn)。
[0005]另一方面，為了提高電化學(xué)加速度計(jì)靈敏度的溫度穩(wěn)定性，出現(xiàn)了一些基于熱敏電阻的溫度補(bǔ)償方案。在這些方案中，溫度傳感器一般是熱敏電阻，放置在外置的檢測電路中，當(dāng)外界溫度變化時(shí)，熱敏電阻由于具有良好的響應(yīng)速度，其溫度變化滯后的時(shí)間較短，而電化學(xué)加速度計(jì)采用電解液作為質(zhì)量塊，由于液體的溫度變化較慢從而使電化學(xué)加速度計(jì)靈敏度的變化相對外界電路的氣溫變化產(chǎn)生較大的滯后，導(dǎo)致溫度補(bǔ)償產(chǎn)生較大的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于集成式熱敏電阻的電化學(xué)加速度計(jì)和將熱敏電阻集成在電極中的方法，可以大幅度地降低溫度補(bǔ)償?shù)恼`差。
[0008]( 二)技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明提供一種基于集成式熱敏電阻的電化學(xué)加速度計(jì)，包括電解液、電極和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，電極與電解液進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，在電極上形成輸出電流，所述輸出電流通過電流/電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，當(dāng)有外界加速度作用時(shí)，電解液受到慣性力作用相對電極產(chǎn)生位移，使輸出電壓發(fā)生變化，以確定加速度值，電化學(xué)加速度計(jì)還包括熱敏電阻和放大電路，其中:熱敏電阻集成在電極上，其阻值隨電極溫度變化而變化；所述放大電路根據(jù)熱敏電阻的阻值，對輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償。
[0010]本發(fā)明還提供一種將熱敏電阻集成在電極中的方法，包括:
[0011 ] 步驟S11，在電極上布設(shè)光刻膠；
[0012]步驟S12，在電極上的窗口中光刻出電阻圖形；
[0013]步驟S13，采用硬掩膜遮蓋住除窗口外的其他電極區(qū)域，并根據(jù)電阻圖形在窗口中生長正溫度系數(shù)熱敏電阻，并剝離光刻膠；
[0014]步驟S14，通過引線鍵合方法將正溫度系數(shù)熱敏電阻分別與電極和放大電路連接。
[0015]本發(fā)明還提供一種將熱敏電阻集成在電極中的方法，包括:
[0016]步驟S21，在電極上的窗口中涂粘接膠；
[0017]步驟S22，將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻膠粘接在電極芯片窗口里；
[0018]步驟S23，通過引線鍵合方法將該負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻分別與電極和放大電路連接。
[0019](三)有益效果
[0020]本發(fā)明將熱敏電阻直接集成在電化學(xué)加速度計(jì)電極上，硅材料的電極具有良好的導(dǎo)熱性，因此集成在其上的熱敏電阻與電解液的溫度十分接近，可以大幅度地降低溫度補(bǔ)償?shù)恼`差。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的電化學(xué)加速度計(jì)的示意圖，其中(a)是基于鉑薄膜電阻的電化學(xué)加速度計(jì)，(b)是基于貼片熱敏電阻的電化學(xué)加速度計(jì)。
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的在電極上集成鉑薄膜電阻的方法流程圖；
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的在電極上集成貼片熱敏電阻的方法流程圖。
[0024]附圖標(biāo)記說明
[0025]1-鉑電極
[0026]2-通孔
[0027]3-絕緣材料
[0028]4-鉑薄膜電阻
[0029]5-貼片熱敏電阻
[0030]6-運(yùn)算放大器
[0031]7-非熱敏電阻
[0032]a-布設(shè)光刻膠
[0033]b-光刻與顯影
[0034]c-生長熱敏電阻
[0035]d-剝離光刻膠
[0036]e、h_引線鍵合
[0037]f-涂 BCB 膠
[0038]g_粘接貼片熱敏電阻
【具體實(shí)施方式】
[0039]本發(fā)明提供一種基于集成式熱敏電阻的電化學(xué)加速度計(jì)及將熱敏電阻集成在電極中的方法，電化學(xué)加速度計(jì)包括熱敏電阻和放大電路，熱敏電阻集成在電極上，其阻值隨電極溫度變化而變化；放大電路根據(jù)熱敏電阻的阻值，對輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明將熱敏電阻直接集成在電化學(xué)加速度計(jì)電極上，硅材料的電極具有良好的導(dǎo)熱性，因此集成在其上的熱敏電阻與電解液的溫度十分接近，可以大幅度地降低溫度補(bǔ)償?shù)恼`差。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，電化學(xué)加速度計(jì)包括電解液、電極和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，電極與電解液進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，在電極上形成輸出電流，所述輸出電流通過電流/電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，當(dāng)有外界加速度作用時(shí)，電解液受到慣性力作用相對電極產(chǎn)生位移，使輸出電壓發(fā)生變化，以確定加速度值，電化學(xué)加速度計(jì)還包括熱敏電阻和放大電路，熱敏電阻集成在電極上，其阻值隨電極溫度變化而變化；放大電路根據(jù)熱敏電阻的阻值，對輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，放大電路包括運(yùn)算放大器，其中，熱敏電阻為正溫度系數(shù)熱敏電阻，其中，熱敏電阻作為輸入電阻接入到該運(yùn)算放大器，輸出電壓經(jīng)過該熱敏電阻后輸入到該運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器輸出補(bǔ)償后的輸出電壓。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，運(yùn)算放大器的反饋電阻為非熱敏電阻，即普通電阻。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，熱敏電阻為鉑薄膜電阻或陶瓷電阻。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，放大電路包括運(yùn)算放大器，其中，熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，其中，熱敏電阻作為反饋電阻接入到該運(yùn)算放大器，輸出電壓經(jīng)過輸入電阻后輸入到該運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器輸出補(bǔ)償后的輸出電壓。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，運(yùn)算放大器的輸入電阻為非熱敏電阻，即普通電阻。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，熱敏電阻為貼片熱敏電阻。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，電極上設(shè)有由絕緣材料(如:二氧化硅)覆蓋的窗口，熱敏電阻集成在窗口中，其中，將熱敏電阻集成在電極中的方法包括:
[0048]步驟SI 1，在電極上布設(shè)光刻膠；
[0049]步驟S12，在電極