[发明专利]MEMS电化学地震检波器敏感电极芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及地震检波器技术领域，尤其涉及一种MEMS电化学地震 检波器敏感电极芯片及其制造方法。

背景技术

加速度计是一种将外界的加速度转变为电信号的敏感器件，在惯性导 航、地震监测、振动分析以及消费电子中有广泛的应用。常见的类型有传 统机械式加速度计、石英加速度计、MEMS加速度计以及光纤加速度计等， 在这些器件的内部有一个惯性质量块，工作时质量块在惯性力的作用下相 对于器件的固定部件产生位移(或梁结构应力发生改变)，通过相关的技 术可将该位移(或应力变化、频移)转变为电信号。

与上述基于固体惯性质量块不同的是，近年来出现的电化学加速度计 以电解质溶液为惯性质量块，其敏感元件由两对对称的电极构成。其中， 每对电极均包含一个阳极和一个阴极，两对电极呈阳极-阴极-阴极-阳极 分布，敏感核心和电解液封装在有机玻璃和橡胶薄膜构成的外壳里。工作 时，在阳极与阴极上施加一个恒定的工作电压，参加反应的离子将建立一 个稳定的浓度分布，在外界加速度的作用下，电解液和敏感电极产生相对 运动，从而改变了两对电极附近反应离子的浓度分布，导致其中一对电极 的电化学反应速率变快，而另一对电极的电化学反应速率变慢，进而使其 中一对电极的输出电流变大，另一对电极的输出电流变小，两对电极输出 电流的差分可以反应外界加速度的大小。已有的电化学加速度计具有高灵 敏度、低噪声、低功耗、大倾角工作能力、不易损坏、设计简单等优点， 已经应用在高性能的地震仪中。

电化学地震检波器是一种地震监测、地质勘探领域中重要的仪器，其 实质是一种电化学加速度计，现有的电化学地震检波器的电极敏感核心由 铂丝网状电极、多孔陶瓷薄片和陶瓷管组装而成，工艺复杂、成本高、电 极一致性差、批量化生产能力差，制约着其使用范围。为了克服传统工艺 方法的缺点，近年来出现了基于MEMS技术的电化学加速度计。MEMS技术 是在微电子技术和硅微加工基础上发展起来的多学科交叉的新技术，具有 微型化、集成化、可批量生产等特点。在新出现的MEMS电化学地震检波 器中，有的方案分别将电极层与间隔层制作出来，然后进行组装，其优点 是单片硅片工艺简单，但是存在层间对齐较差、组装复杂的缺点。有的方 案在一个硅片上完成所有的电极层与间隔层，其优点层间对齐好，缺点是 绝缘层厚度调整的空间很小，在几微米范围内，限制了器件的性能优化， 并且电极层与电解液的接触面积小，灵敏度较低；另外，该技术用FIB技 术刻蚀出多层电极结构的通孔，由于其刻蚀效率慢，因而批量化生产能力 差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种MEMS电化学地 震检波器敏感电极芯片及其制造方法。

(二)技术方案

本发明提供了一种MEMS电化学地震检波器敏感电极芯片，其包括 一个支撑基板、在该支撑基板的至少一个表面依次排列的N层电极层和位 于相邻两个电极层之间的N-1层绝缘间隔层，电极层具有M个电极层通 孔31，绝缘间隔层具有M个绝缘间隔层通孔32，支撑基板具有M个支撑 基板通孔33，M个电极层通孔31、M个绝缘间隔层通孔32以及M个支 撑基板通孔33的位置正对，形成电解质溶液的流经通道。

优选地，绝缘间隔层通孔32的尺寸大于电极层通孔31，电极层靠近 电极层通孔31的边缘部分形成悬空结构，该边缘部分的上和/或下表面暴 露于电解质溶液的流经通道。

优选地，电极层和绝缘间隔层的一侧边缘部分开有引线窗，沿靠近支 撑基板的方向，内层的电极层和绝缘间隔层逐层突出于外层的电极层和绝 缘间隔层，形成台阶式的引线窗结构，电极层的边缘具有焊点34，导线 35通过焊点34连接电极层。

优选地，电极层通孔31、绝缘间隔层通孔32和基板通孔33的形状为 方形、圆形或其他形状。

优选地，该电化学地震检波器敏感电极芯片的电极层为金属铂材料或 者石墨类材料，绝缘间隔层为氮化硅或二氧化硅或有机聚合物，支撑基板 为硅基材料或者石英材料。