[发明专利]一种用于MEMS器件的温度控制系统

说明书

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种用于MEMS器件的温度控制系统。在MEMS器件的上下基板表面布置有温度检测电极和加热电极；温度检测电路将通过温度检测电极检测到的电信号传输至信号处理电路，信号处理电路判断MEMS器件上下基板表面的工作温度是否适宜，信号处理电路通过控制输入至加热电极的控制电信号的强度，控制MEMS器件的上下基板表面的工作温度。提供了一种能够消除MEMS器件温度性能和温度迟滞的温度控制系统。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种用于MEMS器件的温度控制系统。

背景技术

微机械电子系统(micro-electro-mechanical,MEMS)是当今高科技发展的重要技术领域，在欧洲和日本分别被称为微系统(micro-system)和微机械(micro-machine)，是指利用光刻、薄膜溅射、湿法腐蚀、干法刻蚀、键合等微细加工工艺，研制出特征尺寸在微米尺度范围内(1μm～1mm)的传感器器件或微型系统。MEMS技术的快速发展始于上世纪80年代后期，尤其是在MEMS制备工艺方面取得重要性突破后，其卓越的性能已引起各方面的广泛关注。基于MEMS工艺研制的微加速度计、微陀螺仪、微执行器、微光开关等，因其具有体积小、功耗低、可批量生产、可集成化等优势，已经在航空航天、地震勘探、汽车电子、消费电子、医疗器械等行业得到广泛应用。

MEMS器件在性能方面具有明显的优势，然而，由于受到制备工艺的限制，用于器件的材料也具有一定的局限性，由此而带来的材料性能不匹配会导致器件在低温、常温和高温段表现出不同的性能，MEMS器件的这种特点一般被称为温度性能。MEMS器件一般由敏感结构、上下基板、金属电极、引线盘等几部分组成，其中，敏感结构材料一般为硅，上下基板材料为玻璃或者硅，敏感结构与上下基板采用键合的方式制备成一个整体。将硅与硅键合成整体的工艺称为Si-Si键合工艺，国内Si-Si键合工艺发展较晚，相比于硅和玻璃的键合工艺，目前仍属于一种不太成熟的工艺方法，因此，国内多采用玻璃作为MEMS器件的基板材料。采用硅作为上下基板材料，可以从理论上避免MEMS器件的温度性能，但是由于结构变形、工艺误差等原因，以及硅材料自身的性能随温度的变化，仍然无法消除MEMS器件的温度性能；而采用玻璃作为上下基板材料，因玻璃和硅的热膨胀系数在器件的工作温度范围内(-40℃～+70℃)不同，会导致结构具有一定的热应力，使器件具有相对较差的温度性能(熊伟，西北工业大学，挠性陀螺和加速度计温度特性模型研究及误差补偿模型，硕士学位论文，2006年3月)。目前，主要采用补偿的方式提升MEMS器件的温度性能，一般在器件内部安装温度传感器，以所建立的器件温度特性模型为依据，将温度传感器输出作为补偿信号，对器件的输出信号进行修正。该方法一定程度上可以提高MEMS器件的温度性能，但是，由于温度传感器不能精确测试器件所在位置的温度，且不能反映上基板和下基板的温度差，因此，MEMS器件仍然会表现出温度性能和温度迟滞现象。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种能够消除MEMS器件温度性能和温度迟滞的温度控制系统。

本发明的技术方案：一种用于MEMS器件的温度控制系统，其特征为：在MEMS器件的上下基板表面布置有温度检测电极和加热电极；

温度检测电路将通过温度检测电极检测到的电信号传输至信号处理电路，信号处理电路判断MEMS器件上下基板表面的工作温度是否适宜，信号处理电路通过控制输入至加热电极的控制电信号的强度，控制MEMS器件的上下基板表面的工作温度。

作为本技术方案的一种改进，温度检测电路将通过温度检测电极检测到的电信号传输至信号处理电路后，信号处理电路判断MEMS器件上下基板表面的工作温度是否存在温度差，并通过控制输入至加热电极的控制电信号的强度消除该温度差。

作为本技术方案的一种改进，MEMS器件上下基板表面的工作温度差消除后，信号处理电路采集温度检测电极的电阻值，并利用该电阻值补偿MEMS器件的温度系数。