[发明专利]一种MEMS容栅式角位移传感器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种MEMS容栅式角位移传感器及其制造方法，其包括机械外壳、敏感结构和处理ASIC电路；所述机械外壳采用凹槽型结构，位于凹槽边缘处设置有阶梯状结构，用于嵌设所述敏感结构，所述敏感结构的背部设置有所述处理ASIC电路及对外连接的接口，在所述机械外壳的凹槽底部设置有用于连线通孔；所述敏感结构包括转子和定子；所述转子设置在所述定子的上部，且所述转子与所述定子敏感面正对，并具有距离。本发明实现微传感器的高度集成，同时达到低功耗小体积的目的。

技术领域

本发明涉及一种电子技术领域，特别是关于一种面向微小型机器人、机械臂的MEMS容栅式角位移传感器及其制造方法。

背景技术

电容式角位移传感器运用广泛，随着近年来自主导航微终端、小型无人艇、各种无人机、机器人等技术的快速发展，这些应用对超小型角度传感器的年需求量在百万只以上，普通角度传感器在体积、成本和功耗上都难于满足这些应用的迫切需求，因此微型低成本高精度电容式角度传感器具有很大的市场发展前景。

目前市场上常用的角位移传感器主要是光栅和感应同步器等，这类传感器精度高，但是具有体积大、加工复杂、成本高，功耗严重等缺点，很难运用到无人机机器人等领域，针对这些缺点，目前的较小体积的角位移传感器普遍采用PCB工艺来制造敏感结构、采用分离器件来进行信号处理。PCB工艺加工主要的问题就是体积很难减小，目前的PCB工艺能力(过孔尺寸7mil,最小线宽5mil,最小间距5mil)，如果要实现在有限体积内的加工是极其困难的，而且PCB工艺的敏感结构温度特性差，多层压缩导致极板平整度差，细分的电周期内测量信号一致性差等一系列问题；处理电路中采用分离器件实现，存在功耗高、成本高、体积大等缺点，而且对于前段的电荷放大器分离器件的寄生参数大，容易受环境干扰。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种MEMS容栅式角位移传感器及其制造方法，实现了电容式角位移传感器的敏感结构的高精度加工，传感器的小型化和低功耗。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种MEMS容栅式角位移传感器，其特征在于：包括机械外壳、敏感结构和处理ASIC电路；所述机械外壳采用凹槽型结构，位于凹槽边缘处设置有阶梯状结构，用于嵌设所述敏感结构，所述敏感结构的背部设置有所述处理ASIC电路及对外连接的接口，在所述机械外壳的凹槽底部设置有用于连线通孔；所述敏感结构包括转子和定子；所述转子设置在所述定子的上部，且所述转子与所述定子敏感面正对，并具有距离。

进一步，所述转子采用四层结构，依次为：转子基底层、金属层、绝缘层和耐磨层；所述转子基底层底部中央位置处设置有转轴，所述转子基底层顶部由下至上依次设置有所述金属层、绝缘层和耐磨层；在所述金属层上通过MEMS工艺加工得到所需要的敏感电极图案，形成敏感面。

进一步，所述定子采用六层结构，依次为：定子基底层、预处理层、金属走线层、氧化绝缘层、电极金属层和绝缘保护层；所述定子基底层的上部设置有所述预处理层，所述预处理层上部由下至上依次设置有所述金属走线层、氧化绝缘层和电极金属层，所述氧化绝缘层用于隔离所述金属走线层和电极金属层，所述金属走线层用于所述电极金属层各交叉电极的连接，所述电极金属层用于刻画出与所述转子上敏感电极图案正对的采集电极和激励电极，形成敏感面。

进一步，所述定子基底层和转子基底层都采用半导体材料多晶硅或者玻璃制成。

进一步，所述定子采用圆形结构，所述电极金属层上的采集电极由正极性正弦采集电极C_S+、负极性正弦采集电极C_S-、正极性余弦采集电极C_C+和负极性余弦采集电极C_C-共四对电极构成，该四对电极间隔设置在圆周处，位于圆心位置设置有所述激励电极。