一种基于铙钹结构的MEMS传感器的制备方法及其封装方法与流程

本发明涉及mems传感器的，尤其涉及一种基于铙钹结构的mems传感器的制备方法及其封装方法。

背景技术：

1、目前，mems(micro-electro-mechanical system，微电子机械系统)技术取得了飞速的发展，mems器件在结构上具有尺寸小、厚度薄等特点，产品可批量生产，全自动化组装具有成本优势，很多宏观上的大尺寸的传感器、执行器都转向mems结构。

2、铙钹结构常用于压电换能器结构。目前对于铙钹结构的研究仍建立在厘米等较大的尺寸下，铙钹端盖采用宏观的压铸方式形成，整体铙钹结构则是采用胶水粘合的方式制造。而常见的宏观制备方式不可能应用到微米级的mems传感器上，因此亟需提出一种将铙钹结构应用于mems传感器中的制备方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于铙钹结构的mems传感器的制备方法及其封装方法，以实现微米级的铙钹结构，并将微米级的铙钹结构应用于mems传感器，有效提高了mems传感器的输出电压和性能。

2、第一方面，本发明提供了一种基于铙钹结构的mems传感器的制备方法，包括：

3、提供基底；

4、在基底一侧形成第一结构层，第一结构层包括第一牺牲层、下端盖层和第二牺牲层，下端盖层朝向基底突出形成第一凸起，第一牺牲层位于下端盖层和基底之间，第二牺牲层位于第一凸起中；

5、在第一结构层远离基底一侧依次形成下电极层、压电层和上电极层；

6、在上电极层远离基底一侧形成第二结构层，第二结构层包括第三牺牲层和上端盖层；上端盖层朝向背离上电极层的方向突出形成第二凸起，第三牺牲层位于第二凸起中；

7、去除第二牺牲层、第三牺牲层以及部分第一牺牲层，以使基底和下端盖层之间形成第一空隙，下端盖层和下电极层之间形成第二空隙，上端盖层和上电极层之间形成第三空隙。

8、可选的，去除第二牺牲层和第三牺牲层以及部分第一牺牲层，以使基底和下端盖层之间形成第一空隙，下端盖层和下电极层之间形成第二空隙，上端盖层和上电极层之间形成第三空隙之前，还包括：

9、刻蚀形成第一释放槽，第一释放槽依次贯穿压电层、下电极层和下端盖层，直至暴露第一牺牲层；

10、刻蚀形成第二释放槽，第二释放槽依次贯穿上端盖层、第三牺牲层、上电极层、压电层、下电极层，直至暴露第二牺牲层和第三牺牲层；

11、去除第二牺牲层和第三牺牲层以及部分第一牺牲层，以使基底和下端盖层之间形成第一空隙，下端盖层和下电极层之间形成第二空隙，上端盖层和上电极层之间形成第三空隙，包括：

12、通过第一释放槽，刻蚀去除部分第一牺牲层，以使基底和下端盖层之间形成第一空隙；

13、通过第二释放槽，刻蚀去除第二牺牲层和第三牺牲层，以使下端盖层和下电极层之间形成第二空隙，上端盖层和上电极层之间形成第三空隙。

14、可选的，在基底一侧表面形成第一结构层，包括：

15、在基底一侧表面沉积形成第一氧化硅层；

16、图案化刻蚀第一氧化硅层，以形成第一氧化硅层朝向基底凹陷的第一牺牲层；

17、在第一牺牲层远离基底一侧表面沉积形成下端盖层，以使下端盖层朝向基底突出形成第一凸起；

18、在下端盖层远离基底一侧表面沉积形成第二氧化硅层；

19、对第二氧化硅层进行化学机械抛光，以使形成的第二牺牲层位于第一凸起中。

20、可选的，在上电极层远离基底一侧形成第二结构层，第二结构层包括第三牺牲层和上端盖层，包括：

21、在上电极层远离基底的一侧沉积形成第三氧化硅层；

22、图案化刻蚀第三氧化硅层，形成第三牺牲层；

23、在第三牺牲层远离基底的一侧沉积形成金属层；

24、图案化刻蚀金属层，形成上端盖层，以使上端盖层朝向背离上电极层的方向突出形成第二凸起。

25、可选的，在上电极层远离基底一侧表面形成第二结构层之后，还包括：

26、依次刻蚀压电层，以暴露出部分下电极层；

27、采用剥离工艺在暴露出的部分上电极层和部分下电极层上形成两个电极引线焊盘。

28、可选的，在上电极层远离基底一侧表面形成第二结构层之后，还包括：

29、在上端盖层远离基底的一侧表面沉积形成保护层。

30、可选的，去除第二牺牲层和第三牺牲层以及部分第一牺牲层，以使基底和下端盖层之间形成第一空隙，下端盖层和下电极层之间形成第二空隙，上端盖层和上电极层之间形成第三空隙之后，还包括：

31、在上端盖层远离基底的一侧表面沉积形成硅酸乙酯层；

32、图案化刻蚀硅酸乙酯层，形成密封层。

33、第二方面，本发明提供了一种基于铙钹结构的mems传感器的封装方法，基于上述的基于铙钹结构的mems传感器的制备方法制备的至少一个铙钹结构，包括：

34、提供封装壳体和液体材料，其中，封装壳体的阻抗特性和液体材料的阻抗特性均与水的阻抗特性相匹配；

35、将各铙钹结构固定于电路板上，将电路板置于封装壳体内，并将各铙钹结构的电极引线焊盘通过电路板穿出封装壳体；

36、向封装壳体内填充液体材料，以使液体材料完全覆盖各铙钹结构。

37、可选的，封装方法包括液体封装；液体材料包括液体硅油，封装壳体包括聚氨酯。

38、可选的，封装方法包括固体封装；封装壳体包括模具；

39、提供液体材料，包括：

40、将聚氨酯预聚物按预设温度条件在烘箱内真空加热第一预设时间，并使聚氨酯预聚物的温度保持在第一预设温度；

41、取与聚氨酯预聚物的质量存在第一预设比例的硫化剂，将硫化剂加热并保持在第二预设温度；

42、将硫化剂和聚氨酯预聚物混合并搅拌均匀，形成液体材料；

43、向封装壳体内填充液体材料，以使液体材料完全覆盖各铙钹结构之后，还包括：

44、将模具置于风箱内，并按第三预设温度和第二预设时间固化液体材料；

45、剥离模具。

46、本发明的技术方案，通过提供基底；并在基底一侧形成第一结构层，第一结构层包括第一牺牲层、下端盖层和第二牺牲层，下端盖层朝向基底突出形成第一凸起，第一牺牲层位于下端盖层和基底之间，第二牺牲层位于第一凸起中；在第一结构层远离基底一侧依次形成下电极层、压电层和上电极层；在上电极层远离基底一侧形成第二结构层，第二结构层包括第三牺牲层和上端盖层；上端盖层朝向背离上电极层的方向突出形成第二凸起，第三牺牲层位于第二凸起中；去除第二牺牲层、第三牺牲层以及部分第一牺牲层，以使基底和下端盖层之间形成第一空隙，下端盖层和下电极层之间形成第二空隙，上端盖层和上电极层之间形成第三空隙。利用上述方法，以实现微米级的铙钹结构，并将微米级的铙钹结构应用于mems传感器中，通过将铙钹结构中压电层的横向位移与上端盖层和下端盖层的纵向位移相互转化，有效提高了mems传感器的输出电压和性能，降低了生产成本。

47、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。