電化學加速度計、將熱敏電阻集成在電極中的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及加速度計技術領域、微電子機械系統(MEMS)技術領域與溫度傳感器技術領域，尤其涉及一種基于集成式熱敏電阻的電化學加速度計、將熱敏電阻集成在電極中的方法。
【背景技術】
[0002]電化學加速度計是一種將外界加速度轉變為電信號的敏感器件，其核心的敏感部件是一個四電極結構，與其他類型的加速度計采用固體質量塊相比，電化學加速度計最大的區別是采用電解液為質量塊。電化學加速度計工作時，其電極上施加一個固定的偏置電壓，經過一定時間后，反應離子在電極周圍形成固定的濃度分布，達到穩態。當有外界加速度作用時，電解液受到慣性力作用相對電極產生位移，導致電極上發生的電化學反應發生變化，從而引起輸出電壓的變化，這就是電化學加速度計工作的基本原理。
[0003]由于采用液體質量塊，電化學加速度計可以在較大的傾角下工作；同時，基于電化學反應的工作原理使其具有較高的靈敏度。因此，電化學加速度計在地震監測領域具有明顯的優勢，常被用在海底地震儀器中采集海底地震波信號。傳統的電化學加速度計的敏感電極由鉑網電極與多孔陶瓷薄片組裝而成，但是工藝復雜、成本高、批量化生產能力差；此夕卜，電化學加速度計受溫度影響十分顯著。這些都制約著它的使用。
[0004]—方面，為了克服傳統工藝方法的缺點，近年來，MEMS技術被引入用來制作電化學加速度計的敏感電極。MEMS技術是在微電子技術和硅微加工基礎上發展起來的多學科交叉的新技術，具有微型化、集成化、可批量生產等特點。基于MEMS技術的電化學加速度計在一定程度上克服了傳統加速度計的缺點。
[0005]另一方面，為了提高電化學加速度計靈敏度的溫度穩定性，出現了一些基于熱敏電阻的溫度補償方案。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，當外界溫度變化時，熱敏電阻由于具有良好的響應速度，其溫度變化滯后的時間較短，而電化學加速度計采用電解液作為質量塊，由于液體的溫度變化較慢從而使電化學加速度計靈敏度的變化相對外界電路的氣溫變化產生較大的滯后，導致溫度補償產生較大的誤差。

【發明內容】

[0006](一 )要解決的技術問題
[0007]鑒于上述問題，本發明的目的在于，提供一種基于集成式熱敏電阻的電化學加速度計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償的誤差。
[0008]( 二)技術方案
[0009]本發明提供一種基于集成式熱敏電阻的電化學加速度計，包括電解液、電極和電流/電壓轉換電路，電極與電解液進行電化學反應，在電極上形成輸出電流，所述輸出電流通過電流/電壓轉換電路轉換成電壓信號，當有外界加速度作用時，電解液受到慣性力作用相對電極產生位移，使輸出電壓發生變化，以確定加速度值，電化學加速度計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；所述放大電路根據熱敏電阻的阻值，對輸出電壓進行補償。
[0010]本發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域，并根據電阻圖形在窗口中生長正溫度系數熱敏電阻，并剝離光刻膠；
[0014]步驟S14，通過引線鍵合方法將正溫度系數熱敏電阻分別與電極和放大電路連接。
[0015]本發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，將負溫度系數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溫度系數熱敏電阻分別與電極和放大電路連接。
[0019](三)有益效果
[0020]本發明將熱敏電阻直接集成在電化學加速度計電極上，硅材料的電極具有良好的導熱性，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償的誤差。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明實施例提供的電化學加速度計的示意圖，其中(a)是基于鉑薄膜電阻的電化學加速度計，(b)是基于貼片熱敏電阻的電化學加速度計。
[0022]圖2是本發明實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是本發明實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-運算放大器
[0031]7-非熱敏電阻
[0032]a-布設光刻膠
[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
【具體實施方式】
[0039]本發明提供一種基于集成式熱敏電阻的電化學加速度計及將熱敏電阻集成在電極中的方法，電化學加速度計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；放大電路根據熱敏電阻的阻值，對輸出電壓進行補償。本發明將熱敏電阻直接集成在電化學加速度計電極上，硅材料的電極具有良好的導熱性，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償的誤差。
[0040]根據本發明的一種實施方式，電化學加速度計包括電解液、電極和電流/電壓轉換電路，電極與電解液進行電化學反應，在電極上形成輸出電流，所述輸出電流通過電流/電壓轉換電路轉換成電壓信號，當有外界加速度作用時，電解液受到慣性力作用相對電極產生位移，使輸出電壓發生變化，以確定加速度值，電化學加速度計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；放大電路根據熱敏電阻的阻值，對輸出電壓進行補償。
[0041]根據本發明的一種實施方式，放大電路包括運算放大器，其中，熱敏電阻為正溫度系數熱敏電阻，其中，熱敏電阻作為輸入電阻接入到該運算放大器，輸出電壓經過該熱敏電阻后輸入到該運算放大器，該運算放大器輸出補償后的輸出電壓。
[0042]根據本發明的一種實施方式，運算放大器的反饋電阻為非熱敏電阻，即普通電阻。
[0043]根據本發明的一種實施方式，熱敏電阻為鉑薄膜電阻或陶瓷電阻。
[0044]根據本發明的一種實施方式，放大電路包括運算放大器，其中，熱敏電阻為負溫度系數熱敏電阻，其中，熱敏電阻作為反饋電阻接入到該運算放大器，輸出電壓經過輸入電阻后輸入到該運算放大器，該運算放大器輸出補償后的輸出電壓。
[0045]根據本發明的一種實施方式，運算放大器的輸入電阻為非熱敏電阻，即普通電阻。
[0046]根據本發明的一種實施方式，熱敏電阻為貼片熱敏電阻。
[0047]根據本發明的一種實施方式，電極上設有由絕緣材料(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，在電極上布設光刻膠；
[0049]步驟S12，在電極