[发明专利]液体电容式倾斜微传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种倾斜角传感器，特别是关于一种液体电容式倾斜传感器。

现有技术

水平仪(倾斜角传感器)的应用范围广泛，例如土木工程的施工定位，机械平台的水平度测量，汽车与飞机平衡系统的监测，桥梁及铁路的倾斜及形变监控，相机取景时的辅助水平线，手机的倾斜操控应用等，甚至在半导体、化学与生医工程等，都可见其应用。目前可见的微水平仪，依其感测方式主要可分为机械式、气体式和液体式的感测方式。

机械式水平仪主要是利用一质量块，在水平仪倾斜时，质量块受重力影响，使质量块两端的电极与相对应的固定电极间发生变化，引起质量块电极与两端固定电极间的电容变化。机械式水平仪通过测量该电容量来判断倾斜角度。采用机械式的结构在制造工艺上较容易实现，但由于其弹簧结构通常较为脆弱，因此容易因外力而断裂。

气体式水平仪设置有一注有参考气体的密封腔，使用加热器将其周围的气体加热。倾斜时，封闭腔内的热对流产生变化，通过测量加热器四周的热敏电阻的电阻值变化，即可用来计算倾斜角度。气体式的微水平仪结构较为简单，受微结构尺寸变异的影响也较小，但在制造上仍须额外增加将腔体密封的加工步骤，且其对于倾角变化的反应速度也较为缓慢。

现有的液体式微水平仪是在一封闭腔内注入电解液，因电解液具有导电性。在腔体未倾斜时，浸泡在电解液中的两电极电阻值实质相同。但腔体倾斜时，两端电极浸泡在电解液中的面积产生变化，使得两电极的电阻值产生差值。通过读取电路将倾角变化转变为电信号输出。液体感测方式的结构最为简单，反应时间也较快，但同样必须增加一密封腔体的加工步骤。

微水平仪多半以MEMS工艺与CMOS工艺分别制造感测组件及读取电路，不仅制造成本高，体积难以进一步减小，也易产生噪声。虽然单独的MEMS工艺在微结构的设计上弹性自由度较高，但目前仍没有一套标准的微机电系统能够同时符合设计弹性又能与电路进行集成。

中国台湾专利TW522221号公开了一种倾斜传感器，该传感器具有印刷基板和设置在该印刷基板上的彼此电气独立的一对差动电极，以及与差动电极间隔的共享电极板。该对差动电极和共享电极板收纳在一密闭空间内，并在该密闭空间内封入介电性液体。当倾斜传感器倾斜时，介电性液体浸泡各该差动电极的面积发生变化，使其电容产生改变。通过测量该两个差动电极的电容值，可以计算出倾斜角度。该倾斜传感器并非以微机电技术制造，体积甚为庞大。

日本专利公开JP2008-261695公开了一种微型倾斜角度传感器。该传感器具有与该TW522221号相同的构造，并使用相同的原理，但所封入的液体是导电性液体。该传感器是以微机电技术制造，体积可以缩小，但其构造并不适合使用标准CMOS工艺制造，使得制造成本提高。且其差动电极形成半圆形，使得其感测精确度受限，不适于利用在较精密的应用。此外，该传感器与读取电路须分别制造，集成困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种液体电容式倾斜微传感器的新颖架构。

本发明的目的也是提供一种结构简化，可以利用标准CMOS工艺制造的倾斜微传感器。

本发明的目的也是提供一种能集成读取电路与感测组件的倾斜微传感器。

本发明的目的也是提供一种无可动组件，且能提高侦测精确度的倾斜微传感器。

本发明的目的也是提供一种液体电容式倾斜微传感器的新颖制法。

本发明的目的也是提供一种可以利用标准CMOS工艺制造并集成读取电路的倾斜微传感器制法。

根据本发明的液体电容式倾斜微传感器，包括：一对差动电极，一共享电极，该一对差动电极和该共享电极形成在密闭空间内，且实质上位于同一平面，并在该密闭空间中封入覆盖液体；其特征在于，该对差动电极的轮廓分别形成圆形的一部分。

该传感器还可以包括读取电路，用以读取该对差动电极的各电极所产生的电容值。该对差动电极和/或该共享电极表面至少一部分还可包括润滑层。该共享电极可形成在该对差动电极的附近。该对差动电极分别可以包含形成在电极板边缘的多个缺口，且该共享电极可包含伸入该缺口的多个突出部。当电极板为扇形轮廓时，该多个缺口可延伸到各差动电极板扇形的半径的一半长度以上。该覆盖液体可以是导电性液体或介电液体。该对差动电极与该共享电极可形成在一硅基板上。该读取电路也可形成在该对差动电极与该共享电极的硅基板上。该对差动电极与该共享电极可形成在一硅基板上的介电层上。

在本发明的一种实例中，该对差动电极形成扇形轮廓。且在此种实例中，该传感器包括多于一对的差动电极；该多对差动电极的轮廓与面积可互为相同或不同。