体声波壁面剪切应力传感器
专利汇可以提供体声波壁面剪切应力传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了体 声波 壁面剪切应 力 传感器 ，包括基底、 支撑 层、检测元件、敏感元件、 外壳 、上盖板和读出 电路 ，基底位于支撑层下方，支撑层、外壳和上盖板之间形成一空腔结构；支撑层上安装位于空腔内的检测元件，检测元件上安装敏感原件；敏感元件的顶面与上盖板的顶面齐平，且敏感元件的顶部与上盖板的开口之间留有间隙；读出电路通过基底底部的焊盘与检测元件连接；本发明可以将表面摩阻转化为FBAR的 应力 载荷 ，进而改变FBAR的谐振 频率 ，通过读出电路实现 体声波 壁面 剪切应力 传感器检测 信号 的读出或测量；具有体积小、灵敏度高、集成度高以及与被测物共形等特点；可望满足航空航天、武器工程、 汽车 等领域对摩阻传感器的应用需求。，下面是体声波壁面剪切应力传感器专利的具体信息内容。
1.体声波壁面剪切应力传感器，其特征在于：包括基底(1)、支撑层（2）、检测元件、敏感元件、外壳（8）、上盖板（11）和读出电路，基底(1)上紧贴设置支撑层（2），外壳（8）沿支撑层（2）上方的边缘一周设置，外壳（8）的顶部设置上盖板（11），上盖板（11）中间开设有安放敏感元件顶部的开口，支撑层（2）、外壳（8）和上盖板（11）之间形成一个空腔（12）的结构；支撑层（2）上安装位于空腔（12）内的检测元件，检测元件上安装敏感原件；敏感元件的顶面与上盖板（11）的顶面齐平，且敏感元件的顶部与上盖板（11）的开口之间留有间隙（13）；
所述检测元件包括FBAR、电极引线（3）和焊盘（4），FBAR位于空腔（12）内的底部紧贴设置于支撑层（2）上，焊盘（4）位于空腔（12）外设置于基底(1)的底部，FBAR通过两电极引线（3）穿过支撑层（2）、基底(1)与两焊盘（4）连接；
所述敏感元件包括支撑梁（9）和浮动元件（10），支撑梁（9）的底端设置于FBAR的中心区域上，支撑梁（9）的顶端安装浮动元件（10）；
所述焊盘（4）连接读出电路。
2.根据权利要求1所述的体声波壁面剪切应力传感器，其特征在于：所述基底(1)的材料使用Si，或者柔性材料；所述支撑层（2）的材料是聚合物，或者含碳氧化硅，或者非晶碳。
3.根据权利要求1所述的体声波壁面剪切应力传感器，其特征在于：所述FBAR包括有压电振荡堆，压电振荡堆由下到上依次包括底电极（5）、压电层（6）、顶电极（7）；底电极（5）覆盖于支撑层（2）、基底(1)上安装电极引线（3）的一个通孔上，顶电极（7）覆盖于支撑层（2）、基底(1)上安装电极引线（3）的另一个通孔上，底电极（5）、顶电极（7）分别与通孔中的电极引线（3）形成电气连接；底电极（5）呈平面紧贴设置于支撑层（2）上，底电极（5）与顶电极（7）之间紧贴设置压电层（6），压电层（6）呈L型紧贴于底电极（5）的一端面的外侧和上面，即压电层（6）的一部分底面紧贴于支撑层（2）上面，压电层（6）的剩余部分的底面则紧贴于底电极（5）的上面；顶电极（7）也呈L型紧贴于压电层（6）的一端面的外侧和上面，即顶电极（7）的一部分底面覆盖于支撑层（2）的通孔上，顶电极（7）的剩余部分底面则紧贴于压电层（6）的上面。
4.根据权利要求1或3所述的体声波壁面剪切应力传感器，其特征在于：所述FBAR为任意多边形。
5.根据权利要求1所述的体声波壁面剪切应力传感器，其特征在于：所述焊盘（4）包括底电极焊盘与顶电极焊盘，底电极（5）通过一电极引线（3）与底电极焊盘连接，顶电极（7）通过另一电极引线（3）与顶电极焊盘连接；所述电极引线（3）均为金属Al。
6.根据权利要求1所述的体声波壁面剪切应力传感器，其特征在于：所述支撑梁（9）的材料为聚酰亚胺，呈细长圆柱形；浮动元件（10）为金属圆形平板结构。
7.根据权利要求1或6所述的体声波壁面剪切应力传感器，其特征在于：所述外壳（8）为聚酰亚胺材料，外壳（8）的高度与支撑梁（9）的高度相同；所述上盖板（11）的材料与浮动元件（10）的材料相同，上盖板（11）的厚度与浮动元件（10）的厚度相同。
8.根据权利要求1所述的体声波壁面剪切应力传感器，其特征在于：所述外壳（8）、空腔（12）、上盖板（11）均在形成敏感元件的深反应离子刻蚀工艺中同时形成。
9.根据权利要求1所述的体声波壁面剪切应力传感器，其特征在于：所述读出电路是基于六端口反射计的读出电路，连接方式是：在六端口反射计的一端口连接信号源，另一端口连接所述传感器的底部的两焊盘（4）。
10.根据权利要求1所述的体声波壁面剪切应力传感器，其特征在于：所述读出电路是采用基于Pierce振荡器的读出电路。
11.根据权利要求1所述的体声波壁面剪切应力传感器，其特征在于工作原理是：当摩擦阻力作用于浮动元件（10）表面时，浮动元件（10）发生位移，使支撑梁（9）弯曲变形，支撑梁（9）上应力耦合到FBAR中，使FBAR表面应力发生变化，最终导致FBAR谐振频率偏移。
体声波壁面剪切应力传感器
技术领域
背景技术
发明内容
所述检测元件包括FBAR、电极引线和焊盘，FBAR位于空腔内的底部紧贴设置于支撑层上，焊盘位于空腔外设置于基底的底部，FBAR通过两电极引线穿过支撑层、基底与焊盘连接；
所述敏感元件包括支撑梁和浮动元件，支撑梁的底端设置于FBAR的中心区域上，支撑梁的顶端安装浮动元件；
所述焊盘连接读出电路。
底电极覆盖于支撑层、基底上安装电极引线的一个通孔上，顶电极覆盖于支撑层、基底上安装电极引线的另一个通孔上，底电极、顶电极分别与通孔中的电极引线形成电气连接；底电极呈平面紧贴设置于支撑层上，底电极与顶电极之间紧贴设置压电层，压电层呈L型紧贴于底电极的一端面的外侧和上面，即压电层的一部分底面紧贴于支撑层上面，压电层的剩余部分的底面则紧贴于底电极的上面；顶电极也呈L型紧贴于压电层的一端面的外侧和上面，即顶电极的一部分底面覆盖于支撑层的通孔上，顶电极的剩余部分底面则紧贴于压电层的上面。
附图说明
图2（a）为图1（a）中A-A的横截面示意图；
图2（b）为相对于图2（a）存在不对准误差的横截面示意图；
图3为本发明的仰视结构示意图；
图4（a）-图4（b）为本发明的原理图；
图5（a）-图5（j2）为本发明主要制作工艺步骤示意图；
图6为本发明的纵向剖面的立体结构示意图；
图7为本发明的立体结构示意图。
具体实施方式
图5（b1），通过旋转涂胶法旋涂聚酰亚胺，然后烘烤固化形成支撑层2，图5（b2），将旋涂的聚酰亚胺热裂解后形成非晶碳支撑层2；
图5（c1）-5（c2）中，互联通孔通过垂直通孔技术（TSV，Through-Silicon-Via）制造，通过电镀工艺在互连通孔中填充金属形成电极引线3；
图5（d1）-5（d2）中，通过热蒸发沉积和超声剥离工艺在支撑层2上面形成底电极5；
图5（e1）-5（e2）中，通过低温反应磁控溅射和TMAH溶液腐蚀在底电极5上表面沉积并图形化压电层6；
图5（f1）-5（f2）中，通过热蒸发沉积和超声剥离工艺在压电层6上面沉积并图形化顶电极7；
图5（g1）-5（g2）中，通过旋转涂胶法旋涂聚酰亚胺，然后烘烤固化；
图5（h1）-5（h2）中，在上一步工艺中形成的聚酰亚胺层上表面沉积指定厚度的金属并图形化；
图5（i1）-5（i2）中，在基底1的底部沉积并图形化形成焊盘4和一部分电极引线3；
图5（j1）-5（j2）中，采用深反应离子刻蚀（DRIE, Deep Reactive Iron Etching）工艺刻蚀图5（g2）中形成的聚酰亚胺，利用图5（h2）中形成的金属层作为掩膜，刻蚀至FBAR三层结构完全暴露出来之后停止，由此同时形成外壳8、支撑梁9、浮动元件10、上盖板11、空腔12和间隙13。
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