[发明专利]表面声波传感器方法和系统

说明书

技术领域

实施例大体上涉及感测方法和系统。实施例还涉及微加工的感测装置。实施例另外还涉及表面声波(SAW)装置和传感器。实施例另外涉及扭矩、压力和/或温度传感器。

背景技术

表面声波传感器可以被用在多种感测应用中，例如用在扭矩、压力和/或温度探测中。这些传感器可以例如通过将表面声波(SAW)装置定位在诸如石英的压电材料内的被蚀刻的隔膜上来实施。然而到目前为止，技术障碍妨碍了这种装置被有效地实施。当前，存在一种很强的在恶劣的环境中或与旋转部件相关联利用扭矩、压力和/或温度传感器的需求。

对于实施压力感测装置已经作出了很多尝试。然而，许多问题与传统的传感器应用有关。例如，在SAW传感器中，机械应变既影响了传播路径，也影响了波速。因此，频率和/或相位的改变与该应变相关联。在传统的SAW扭矩传感器设计中，例如，以扭矩传感器配置实施一个或两个SAW芯片。然而，这种装置的使用导致了增加生产成本，芯片尺寸较大，并且很难微加工。因此，现有的设计需要大基板和电路尺寸，以及在生产期间昂贵的校准处理。

因此，存在对于改善的SAW传感器应用的需要，特别是涉及扭矩、压力和/或温度感测的那些应用。应该相信的是，如这里公开的微加工方法可以克服传统感测系统固有的上述问题。

发明内容

本发明的下述概述被提供来辅助理解一些本发明独特的创新特征，并且不打算成为一个完整的描述。完整地理解本发明的各个方面可以通过将整个说明书、权利要求、附图和摘要作为一个整体而获得。

因此，本发明的一个方面是提供改善的基于传感器的系统和方法。

本发明的另一个方面是提供改善的基于SAW传感器的系统和方法。

本发明的又一个方面是提供改善的基于石英SAW传感器的系统和方法。

本发明的上述方面以及其它目的和优点可以根据这里所描述的来获得。这里公开了传感器系统和方法，其包括传感器芯片，在该传感器芯片上，至少两个表面声波(SAW)感测元件中心定位在传感器芯片的第一侧(例如，前侧)。SAW感测元件占据传感器芯片第一侧上的共用区。被蚀刻的隔膜中心定位在与和该两个SAW感测元件相关联的第一侧相对的传感器芯片的第二侧(即，后侧)，以便将传感器系统或传感器装置的机械应变集中在被蚀刻的隔膜中，从而提供高强度，高灵敏度以及其制造的容易度。

传感器芯片可以由驱杂石英(swept quartz)配置，而SAW感测元件由交叉指型变换器(IDT)构成。取决于设计考虑，该传感器芯片可以设置成延迟线配置或谐振器配置。隔膜可以利用湿法或干法蚀刻剂或者机械蚀刻方法进行蚀刻。注意，与传感器芯片相关联的频率、相位或幅度的改变与机械应变相关。

附图说明

附图进一步说明了本发明，并且与本发明的详细说明一起用于解释本发明的原理，其中，附图中相似的附图标记指的是贯穿各个视图的相同的或功能相似的元件，并且附图被引入并形成说明书的一部分。

图1显示了可以根据优选实施例实施的SAW扭矩传感器系统的方框图；

图2显示了可以根据替换实施例实施的SAW扭矩传感器系统的方框图；

图3A显示了可以根据一个实施例实施的SAW扭矩传感器封装系统的顶视图；

图3B显示了根据实施例的图3A的系统的侧视图；

图4显示了可以根据优选实施例实施的被蚀刻的扭矩传感器系统的方框图；

图5显示了可以根据另一个实施例实施的SAW传感器系统的方框图；以及

图6显示了可以根据优选实施例实施的被蚀刻的传感器系统的方框图。

具体实施方式

这些非限制性实例中讨论的特定值和配置可以进行改变，并且仅为了说明本发明的实施例进行引用，并不打算限制本发明的范围。

这里公开的实施例大体上描述了一种用于扭矩、压力和/或温度感测的蚀刻的石英隔膜的机械设计的方法，以及用于深石英蚀刻，直接石英到石英封装以及伸出到石英罩(cage)外的金属连接的一般技术。基于多个SAW谐振器的实施方式，这些概念可以应用于感测配置。

两个SAW谐振器或者SAW延迟线可以至少部分地位于感测隔膜上。SAW谐振器或SAW延迟线应该彼此垂直定位，以形成用于扭矩应变测量的半桥。

在为扭矩、压力和/或温度测量设计和加工无线和/或无源石英基SAW传感器之前，应该执行对隔膜的应变状况的机械仿真，以便确保在扭矩、压力和/或温度操作的整个范围期间可以实现石英SAW传感器的可靠和弹性的特性。