压电传感芯片、模组及振动检测装置的制作方法

本申请涉及压电传感，特别是涉及一种压电传感芯片、模组及振动检测装置。

背景技术：

1、振动测量装置通常可用于振动和冲击测量。例如测量在液压和气动扰动、脉冲(冲击)力、机械和设备振动、烟火冲击等中的高频加速度信号。振动测量装置可划分为电容式、压阻式与压电式的装置。其中，压电式的振动测量装置具有功耗低、响应快和信号质量佳等特点，在特定场景具备着十分有价值的应用场景。压电传感芯片是振动测量装置中的重要组成部分，压电传感芯片基于压电效应，实现振动到电荷的转化。

2、在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：现有的压电传感芯片，信噪比低，可靠性不足，且一致性差。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述现有的压电传感芯片中存在的问题，提供一种能够提高信噪比和可靠性，且一致性强的压电传感芯片、模组及振动检测装置。

2、第一方面，本申请提供一种压电传感芯片，包括：

3、保护盖板；

4、支撑结构，支撑结构设置在保护盖板上，支撑结构设置有容纳腔；

5、质量块，质量块设置在容纳腔内；

6、悬臂梁，悬臂梁设置在支撑结构上，悬臂梁的第一端部与质量块相连接；

7、止挡结构，止挡结构设置在悬臂梁上；

8、其中，悬臂梁、支撑结构、质量块和保护盖板围合形成阶梯型腔体。

9、在其中一个实施例中，阶梯型腔体包括第一腔体和第二腔体，第一腔体连通第二腔体；

10、悬臂梁、支撑结构和质量块围合形成第一腔体；质量块与支撑结构之间具有间隙，质量块与支撑结构围合形成第二腔体；第一腔体的横向宽度大于第二腔体的横向宽度。

11、在其中一个实施例中，阶梯型腔体还包括第三腔体，第三腔体连通第二腔体；

12、支撑结构、质量块和保护盖板围合形成第三腔体；第三腔体的横向宽度大于第二腔体的横向宽度。

13、在其中一个实施例中，质量块与保护盖板之间具有间隙，第三腔体的横向宽度大于第一腔体的横向宽度。

14、在其中一个实施例中，第二腔体的横向宽度为5微米至30微米之间。

15、在其中一个实施例中，悬臂梁包括支撑层和压电感应层；

16、支撑层设置在支撑结构上，压电感应层设置在支撑层上；

17、止挡结构设置在支撑层与压电感应层之间。

18、在其中一个实施例中，压电感应层包括压电层和信号引出层；

19、压电层设置在止挡结构上；信号引出层的第一端连接设置压电层上，信号引出层的第二端设置在止挡结构上。

20、在其中一个实施例中，压电传感芯片还包括氧化层；支撑结构与悬臂梁之间以及质量块与悬臂梁之间设置有氧化层。

21、第二方面，本申请提供一种压电传感模组，包括信号处理芯片及如上述任意一项的压电传感芯片；

22、压电传感芯片连接信号处理芯片。

23、在其中一个实施例中，压电传感模组还包括基板和壳体；信号处理芯片和压电传感芯片分别设置在基板上；壳体设置在基板上，以盖设信号处理信号和压电传感芯片；

24、信号处理芯片的第一面连接在基板上，压电传感芯片的第一面连接在基板上；

25、或信号处理芯片的第二面连接在基板上，压电传感芯片的第一面连接在基板上。

26、第三方面，本申请提供一种振动检测装置，包括上述任一项的压电传感模组。

27、上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

28、上述的压电传感芯片中，包括保护盖板、支撑结构、质量块、悬臂梁和止挡结构，支撑结构设置在保护盖板上，支撑结构设置有容纳腔；质量块设置在容纳腔内；悬臂梁设置在支撑结构上，悬臂梁的第一端部与质量块相连接；止挡结构设置在悬臂梁上；其中，悬臂梁、支撑结构、质量块和保护盖板围合形成阶梯型腔体；质量块能够感应外界振动信号，并将其转化为悬臂梁上的力及振动；通过悬臂梁接受外力的激励，并将其转化为电荷信号；通过止挡结构对质量块在向上的冲击作用下的过载保护，防止提高芯片的可靠性；阶梯型腔体用来提供悬臂梁及质量块的活动空间，并保持悬臂梁高度的一致性，从而保证芯片的一致性；本申请通过设置阶梯型腔体，以便设置更大体积的质量块，从而可获得更高的信噪比；利用阶梯型腔体可有效的约束质量块在横向上的位移空间，从而增加横向冲击的可靠性；利用止挡结构与保护盖板结合，控制质量块在z轴方向的位移范围，从而可有效地提高芯片在z轴的可靠性。

技术特征：

1.一种压电传感芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的压电传感芯片，其特征在于，所述阶梯型腔体包括第一腔体和第二腔体，所述第一腔体连通所述第二腔体；

3.根据权利要求2所述的压电传感芯片，其特征在于，所述阶梯型腔体还包括第三腔体，所述第三腔体连通所述第二腔体；

4.根据权利要求3所述的压电传感芯片，其特征在于，所述质量块与所述保护盖板之间具有间隙，所述第三腔体的横向宽度大于所述第一腔体的横向宽度。

5.根据权利要求2所述的压电传感芯片，其特征在于，所述第二腔体的横向宽度为5微米至30微米之间。

6.根据权利要求1所述的压电传感芯片，其特征在于，所述悬臂梁包括支撑层和压电感应层；

7.根据权利要求6所述的压电传感芯片，其特征在于，所述压电感应层包括压电层和信号引出层；

8.根据权利要求1至7任意一项所述的压电传感芯片，其特征在于，还包括氧化层；所述支撑结构与所述悬臂梁之间以及所述质量块与所述悬臂梁之间设置有所述氧化层。

9.一种压电传感模组，其特征在于，包括信号处理芯片及如权利要求1至8任意一项所述的压电传感芯片；

10.根据权利要求9所述的压电传感模组，其特征在于，还包括基板和壳体；所述信号处理芯片和所述压电传感芯片分别设置在所述基板上；所述壳体设置在所述基板上，以盖设所述信号处理信号和所述压电传感芯片；

11.一种振动检测装置，其特征在于，包括权利要求9或10所述的压电传感模组。

技术总结本申请涉及一种压电传感芯片、模组及振动检测装置。所述芯片中支撑结构设置在保护盖板上，支撑结构设置有容纳腔；质量块设置在容纳腔内；悬臂梁设置在支撑结构上，悬臂梁的第一端部与质量块相连接；止挡结构设置在悬臂梁上；其中，悬臂梁、支撑结构、质量块和保护盖板围合形成阶梯型腔体；阶梯型腔体用来提供悬臂梁及质量块的活动空间，并保持悬臂梁高度的一致性，从而保证芯片的一致性；同时便于设置更大体积的质量块，从而可获得更高的信噪比；利用阶梯型腔体可有效的约束质量块在横向上的位移空间，从而增加横向冲击的可靠性；利用止挡结构与保护盖板结合，控制质量块在Z轴方向的位移范围，从而可有效地提高芯片在Z轴的可靠性。技术研发人员：陈宇龙,田金鹏,雷洪,宋秋明,梁天龙,姚泽思,胡鑫铭受保护的技术使用者：深圳市芯悦声管理咨询合伙企业（有限合伙）技术研发日：技术公布日：2024/9/17