[发明专利]一种二维热式声矢量传感器芯片及其实现方法

说明书

本发明公开了一种二维热式声矢量传感器芯片及其实现方法。本发明在衬底的边缘或中心形成方向正交的流道，在流道上设置的单轴热式声矢量传感器的敏感方向与所在的流道平行，能够集成两个或四个单轴热式声矢量传感器，获得两个完全正交的振速分量，并且保证两个敏感轴的性能与单个热式声矢量传感器一致，从而根据两个全正交的水平振速分量和竖直振速分量得到声波的传输方向；本发明能够保证流道中的声粒子的振动范围内没有衬底的阻挡，消除衬底对流场产生的畸变，使两个敏感轴不发生偏移；本发明能够在一个方向的流道中集成两个单轴声矢量传感器，保证两个敏感轴的声中心在同一点。

技术领域

本发明涉及微电子机械传感技术，具体涉及一种二维热式声矢量传感器芯片及其实现方法。

背景技术

声矢量传感器可以探测声波的传播方向，在声源定位、水声通信、声强测量等领域有着广泛的应用。与传统的声压梯度矢量传感器相比，热式声矢量传感器能够直接测量声粒子的振动速度，具有体积小，频带宽，精度高等优点。二维声矢量传感器能够检测两个正交的声粒子振速分量，因此单个传感器就可以实现声源定位。

热式声矢量传感器包含加热梁和测温梁，加热梁对周围的流体加热，提供一个稳定的温场分布。声波会使传感器周围的流体分子发生振动，形成热对流，改变测温梁处的温场。在低流速下，测温梁的温度差与对流的速度即声粒子的振速成正比，测温梁上的热敏电阻可以将温度差转化为电压差。

声粒子振动的速度非常小，流场的畸变和热场之间的耦合会产生较大的测量误差，导致很难获得两个完全正交的矢量。目前已有的二维热式声矢量传感器结构有以下几点不足之处：

通过将两个一维传感器组装成一个二维传感器，由于装配误差的存在，很难保证两个灵敏方向完全正交。

将两个一维传感器集成在一个芯片上，由于衬底和引线的存在，都会对某一方向的来流造成阻挡，改变来流方向，无法同时保证两个维度的流场都不产生畸变，造成灵敏轴发生偏离。

在满足流场不畸变的情况下，受到工艺条件的限制，目前的二维芯片结构只能集成两根热线，自噪声较大。而且热线间距无法调整，高频特性较差。

发明内容

为了解决以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种二维热式声矢量传感器芯片及其实现方法，采用适用于二维热式声矢量传感器的芯片结构，该结构能够集成两个自噪声低，高频性能好的热式声矢量传感器，并且保证灵敏方向上的流场不产生畸变，获得两个完全正交的声粒子振速分量。

本发明的一个目的在于提出一种二维热式声矢量传感器芯片。

本发明的二维热式声矢量传感器芯片采用支架式或镂空式：