[发明专利]基于微组装的三棱结构微型三维电场传感器及制备技术

说明书

本发明提供一种基于微组装的三棱结构微型三维电场传感器，包括至少三个电场敏感单元，布置于三个基底(5)上，分别用于测量电场X方向、Y方向和Z方向的分量；三个基底(5)构成三棱结构；每个基底(5)设有对应的引线底座(6)，引线底座(6)上设有焊盘(8)，通过导线(9)与电场敏感单元连接；柔性连接件(7)，将三个基底(5)与引线底座(6)连接构成整体结构；互锁机构(4)，设于其中两个基底(5)的连接处，用于固定三个基底(5)的相对位置，使得任意一基底(5)上电场敏感单元的测量轴与其它基底(5)上电场敏感单元的测量轴正交。该电场传感器具有集成度高、体积小、组装流程简单和三维电场测量准确度高等优点。

技术领域

本发明涉及电子行业传感器领域，尤其涉及一种基于微组装的三棱结构微型三维电场传感器及制备技术。

背景技术

电场传感器广泛应用于航空航天、气象探测、电力系统、地震预报等众多领域，对安全保障和科学研究都具有重要的作用。针对不同的应用领域，待测电场的性质(例如待测电场的频率、强度、方向和持续时间等)和传感器的工作环境(例如传感器所处环境的温度和物态等)均不尽相同，因此测量所需的电场传感器的种类也不尽相同。目前，众多电场测量原理和传感器加工技术已被用于电场传感器的研究。近二十年来，随着微机电技术(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)的快速发展，微型电场传感器凭借其体积小、成本低、可批量生产和功耗低等优点，成为了电场传感器的研究热点。

目前，大部分微型电场传感器只能测量垂直于其芯片上表面的一维电场分量，但是在很多应用场合中电场的方向未知，因此研究三维电场传感器具有重要的意义。典型的三维电场传感器包含三个相互正交的测量轴(分别定义为X轴、Y轴和Z轴)，分别用于测量电场的三个相互正交的分量。目前，已报道的微型三维电场传感主要分为单芯片式和组装式。单芯片式的微型三维电场传感器将测量X、Y和Z方向电场分量的敏感单元均制备于同一个芯片，优点是：体积小，集成度高，保证了三个测量轴相互正交；缺点是：芯片结构复杂。组装式的微型三维电场传感器由三个或若干个一维电场敏感芯片以粘贴或插接或其它某种方式组装而成，优点是：芯片结构简单；缺点是：组装步骤会引入新的误差从而有可能无法保证三个测量轴相互正交，且传感器体积相较于单芯片较大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中单芯片式微型三维电场传感器中芯片结构复杂，及组装式微型三维电场传感器中组装步骤会引入新的误差从而有可能无法保证三个测量轴相互正交和传感器体积较大等缺点，本发明提供一种基于微组装的三棱结构微型三维电场传感器，用于至少部分解决上述技术问题。

(二)技术方案

本发明提出了一种基于微组装的三棱结构微型三维电场传感器，包括：三个基底5，构成三棱锥或三棱柱或三棱台的三棱结构；三个基底5表面均设有至少一个电场敏感单元，分别用于测量电场的X方向、Y方向和Z方向的分量；互锁机构4，设于其中两个基底5的连接处，用于固定三个基底5的相对位置，使得任意一基底5上电场敏感单元的测量轴与其它基底5上电场敏感单元的测量轴正交；每个基底5设有与之对应的至少一个引线底座6，以及每个引线底座6上设有至少一个焊盘8，通过导线9与电场敏感单元连接；柔性连接件7将三个基底5与三个基底5对应的引线底座6连接构成一个整体结构。

可选地，每个电场敏感单元包括：至少一个感应电极10、至少一个驱动电极11及屏蔽结构12，感应电极10、驱动电极11和屏蔽结构12之间相互绝缘。

可选地，感应电极10、驱动电极11与屏蔽结构12为相互独立的结构，固定在基底5上；和/或，感应电极10与屏蔽结构12为相互独立的结构，感应电极10和屏蔽结构12固定于基底5表面，驱动电极11固定于屏蔽结构12表面。