一种环状结构温度传感器
阅读说明：本技术 一种环状结构温度传感器 (Annular structure temperature sensor ) 是由 李维平 兰之康 于 2021-02-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种环状结构温度传感器,包括：基板；外部环状电学通路,设置在所述基板上；多个电阻,串接在所述外部环状电学通路中；温度敏感环,设置在所述外部环状电学通路内侧；多个金属叉指,通过绝缘连接桥连接于所述温度敏感环的外侧；固定锚点,设置在所述外部环状电学通路的环心位置；多个回形梁,连接于所述温度敏感环的内侧以及所述固定锚点；其中,所述多个金属叉指与所述多个电阻相匹配,且所述多个金属叉指距离所述多个电阻的间距不同。本发明通过外部环状电学通路将不同数量的电阻/叉指闭合接触转化为压焊锚点之间电阻值变化实现温度的测量。具有设计灵活、结构简单、分辨率和量程可调、数字式输出、体积小、工艺兼容等优势。(The invention discloses a temperature sensor with an annular structure, which comprises: a substrate; an outer annular electrical via disposed on the substrate; a plurality of resistors connected in series in the outer annular electrical pathway; a temperature sensitive ring disposed inside the outer annular electrical pathway; the plurality of metal interdigital fingers are connected to the outer side of the temperature sensitive ring through an insulating connecting bridge; the fixed anchor point is arranged at the ring center position of the external annular electrical path; a plurality of loop beams connected to the inner side of the temperature sensitive ring and the anchor points; the metal fingers are matched with the resistors, and the distances between the metal fingers and the resistors are different. The invention converts different numbers of resistors/interdigital closed contacts into resistance value change between pressure welding anchor points through the external annular electrical path to realize temperature measurement. The device has the advantages of flexible design, simple structure, adjustable resolution and range, digital output, small volume, compatible process and the like.)
技术领域
本发明属于微电子器件技术领域，具体涉及一种环状结构温度传感器。
背景技术
温度是一个在日常生产和生活中需要经常测量和控制的非常重要的物理量。因此，温度传感器是一种应用极其广泛的传感器。目前，多数温度传感器的工作原理是将外部温度信号转变为模拟电子信号，传统的温度传感原理包括电阻式、PN结式、热电式、辐射式、光纤式、超声波式、声表面波式和频率式等，但对同一感应原理和敏感材料，类似结构的温度传感器的灵敏度和量程范围相对固定，这使得这类器件无法根据测试需求灵活改变设计方案。
近年来，国内外提出了几种基于MEMS技术的温度传感器结构，它们通过MEMS结构实现温度的测量，包括悬臂梁压阻式温度传感器、双谐振器式数字温度传感器、悬臂梁电容式温度传感器，这些温度传感器通过MEMS技术实现了结构的小型化、高灵敏度、高一致性、低功耗、低成本等优点，具备广阔的应用前景。
发明内容
针对上述应用前景，本发明提供了一种环状结构温度传感器，该温度传感器利用内部悬空温度敏感环和金属叉指组合将温度变化产生的机械形变转化为外部环状电学通路的电学变化，不同的温度节点对应外部环状电学通路的不同电阻值。当外部环境温度升高时，本发明中通过回形梁与锚点相连的内部悬空温度敏感环将温度升高转变为环直径的扩大，从而改变金属叉指与对应电阻之间的距离，外部电学连接通路将不同温度节点引起的金属叉指与对应电阻之间不同程度距离变化转变为不同数量的电阻/叉指闭合接触，再通过外部环状电学通路将不同数量的电阻/叉指闭合接触转化为压焊锚点之间电阻值变化，实现对周围环境温度的测量。采用该结构可根据测量需求，添加或减少电阻/叉指组合数量，获得分辨率和量程可调的数字式输出温度传感器，具有设计灵活、结构简单等特点，并且能够将传统MEMS工艺融入制造过程，解决在材料、工艺、可靠性、可重复性和生产成本等诸多方面的问题，从而为实现一种环状结构温度传感器在集成电路和物联网中的产业化应用提供了支持和保证。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种环状结构温度传感器，所述温度传感器包括：
基板；
外部环状电学通路，所述外部环状电学通路设置在所述基板上；
多个电阻，所述多个电阻串接在所述外部环状电学通路中；
温度敏感环，所述温度敏感环设置在所述外部环状电学通路内侧；
多个金属叉指，所述多个金属叉指通过绝缘连接桥连接于所述温度敏感环的外侧；
固定锚点，所述固定锚点设置在所述外部环状电学通路的环心位置；
多个回形梁，所述多个回形梁连接于所述温度敏感环的内侧以及所述固定锚点；其中，
所述多个金属叉指与所述多个电阻相匹配，且所述多个金属叉指距离所述多个电阻的间距不同。
可选地，还包括至少两个压焊锚点，所述压焊锚点设置在所述外部环状电学通路的两侧，所述压焊锚点与所述多个电阻中的任意两个电连接。
可选地，所述压焊锚点对称分布在所述外部环状电学通路的沿直径方向的两侧。
可选地，串接在所述外部环状电学通路的多个电阻关于所述直径方向对称分布。
可选地，所述多个电阻等距串接在所述外部环状电学通路中。
可选地，所述金属叉指与所述电阻一一对应。
可选地，所述温度敏感环悬空连接于所述回形梁。
可选地，所述回形梁沿所述外部环状电学通路的直径分布。
可选地，所述电阻/叉指对的数量或者所述绝缘连接桥的长度可调整。
可选地，处于同一直径上的绝缘连接桥长度相等。
本发明中的一种环状结构温度传感器，利用内部悬空温度敏感环对外部温度产生的形变，通过多组电阻/叉指匹配的设计方式，将内部悬空温度敏感环的形变转化为电阻与叉指间距离的变化，通过电阻/叉指的匹配接触数量变化导致外部环状电学通路电阻值的节点式变化，实现测量温度的数字式离散化输出，该结构可根据不同的测试需求，通过添加电阻/叉指的数量和改变绝缘连接桥的长度实现对器件分辨率和量程的调节，这使得器件设计十分灵活。同时，环状结构温度传感器还具有结构简单、灵敏度和量程可调、数字式输出、体积小、工艺兼容等优势。
附图说明
图1是本发明其中一实施例的一种环状结构温度传感器的结构示意图。
图2是本发明其中一实施例的一种环状结构温度传感器的A-A′剖面图。
其中有：基板1，压焊锚点2、3，电学连接4、5，电阻6、7、8、9、10、11、12、13，外部环状电学通路14、金属叉指15、16、17、18、19、20、21、22，绝缘连接桥23、24、25、26、27、28、29、30，内部悬空温度敏感环31，回形梁32、33、34、35，固定锚点36。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
参见图1、图2，本发明提供了一种环状结构温度传感器，该温度传感器包括基板1，压焊锚点2、3，电学连接4、5，电阻6、7、8、9、10、11、12、13，外部环状电学通路14，金属叉指15、16、17、18、19、20、21、22，绝缘连接桥23、24、25、26、27、28、29、30，内部悬空温度敏感环31，回形梁32、33、34、35，锚点36。所述压焊锚点2、3位于基板1表面，电学连接4、5分别与压焊锚点2、3相连，外部环状电学通路14与电学连接4、5相连，电阻6、7、8、9、10、11、12、13分布于外部环状电学通路14中。金属叉指15、16、17、18、19、20、21、22位于外部环状电学通路14内侧，与电阻6、7、8、9、10、11、12、13一一对应，金属叉指15、16、17、18、19、20、21、22与各自的不同长度绝缘连接桥23、24、25、26、27、28、29、30相连，其中位于同一直径上的绝缘连接桥长度相等，即绝缘连接桥23与27长度相等，绝缘连接桥24与28长度相等，绝缘连接桥25与29长度相等，绝缘连接桥26与30长度相等，绝缘连接桥23、24、25、26、27、28、29、30与内部悬空温度敏感环31相连，内部悬空温度敏感环31通过回形梁32、33、34、35与固定锚点36相连。固定锚点36可以设置在外部环状电学通路14的环内合适位置，例如设置在外部环状电学通路14的环心位置。
可选地，电阻6、7、8、9、10、11、12、13等间距分布于外部环状电学通路14中。
该温度传感器的使用方法是：当外部环境温度发生变化时，本发明中通过回形梁32、33、34、35与锚点36相连的内部悬空温度敏感环31感应温度升高发生热膨胀，进而转变为温度敏感环31直径的扩大，从而改变金属叉指15、16、17、18、19、20、21、22与对应电阻6、7、8、9、10、11、12、13之间的距离，外部环状电学通路14将不同温度节点引起的金属叉指15、16、17、18、19、20、21、22与对应电阻6、7、8、9、10、11、12、13之间不同程度距离变化转变为不同数量的电阻/叉指闭合接触，再通过外部环状电学通路14将不同数量的电阻/叉指闭合接触转化为压焊锚点2、3之间电阻值变化实现温度的测量。
该温度传感器结构简单，整个传感器通过微电子加工工艺，结构尺寸的精度可以达到较高水平，体积大幅缩小，有利于实现传感器的小型化；该结构可根据不同的测试需求，通过增减电阻/叉指的数量和改变绝缘连接桥的长度实现对分辨率和量程的调节，设计十分灵活。
本发明中一种环状结构温度传感器不同于其它的MEMS温度传感器，该温度传感器具有以下主要特点：一、该温度传感器可根据不同的测试需求，通过增减电阻/叉指的数量和改变绝缘连接桥的长度实现对分辨率和量程的调节，设计十分灵活；二、该温度传感器采用数字式离散化输出，不同的电阻/叉指组合对应不同的温度节点，一旦电阻与叉指闭合，则外部环状电学通路电阻数字式变化，具有测量精度高和抗干扰能力强的优势；三、该温度传感器结构简单、体积小，且检测机理简单可靠，可以满足高可靠、微型化和低功耗的应用需求；四、该温度传感器的制作无需特殊的材料，并且与传统MEMS制造技术兼容。
区分是否为该结构的标准如下：
（a）采用与回形梁和锚点相连的内部悬空温度敏感环将温度升高转变为环直径的扩大，从而改变金属叉指与对应电阻之间的距离，
（b）采用电阻/叉指闭合接触设计，将不同温度节点引起的金属叉指与对应电阻之间的距离变化转变为不同数量的电阻/叉指闭合接触，再通过外部环状电学通路将不同数量的电阻/叉指闭合接触转化为自身的电阻值变化。
满足以上两个条件的结构即应视为该结构的温度传感器。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种温度检测电路、控制方法及燃气灶