[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[11]公开号CN 101561510A [43]公开日2009年10月21日
[21]申请号200910059452.6[22]申请日2009.05.25
[21]申请号200910059452.6
[71]申请人西南石油大学
地址637000四川省南充市油院路30号
[72]发明人谌贵辉 任涛 席建中 赵万民 唐斌 任
诚 [74]专利代理机构南充三新专利代理有限责任公司代理人许祥述
[51]Int.CI.G01V 1/18 (2006.01)B81B 7/02 (2006.01)B81C 1/00 (2006.01)
B81C 3/00 (2006.01)
权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 3 页
[54]发明名称
[57]摘要
本发明公开了一种三维MEMS地震检波器芯片及
其制备方法，包括基底B(1)，基底A(2)，X轴悬臂
梁(6)，X轴固定电极(7)，X轴质量块及活动电极
(8)，其特征在于：在同一个芯片上它还设有悬臂
梁与X轴相同的Y、Z轴向的悬臂梁、固定电极、质
量块及活动电极构成的电容性机械振动系统微结构
(3)、(4)，本发明的三维MEMS地震检波器芯片具有
高分辨率、高保真、精度高、低频响应能力好，便
于检测同点三维地震信号等，特别适合数字化地震
勘探系统作接收地震波传感器使用。
200910059452.6权 利 要 求 书第1/2页 1、一种三维MEMS地震检波器芯片及其制备方法，包括基底B(1)，基底A(2)，X轴悬臂梁(6)，X轴固定电极(7)，X轴质量块及活动电极(8)，其特征在于：在同一个芯片上它还设有与X轴相同的Y、Z轴向的悬臂梁、固定电极、质量块及活动电极构成的电容性机械振动系统微结构(3)、(4)。
2、根据权利要求1所述的一种三维MEMS地震检波器芯片，其特征在于：基底A、B采用氧化铝陶瓷片或氮化硅绝缘材料。 3、根据权利要求1所述的一种三维MEMS地震检波器芯片，其特征在于：悬臂梁采用硅或氮化硅高强度材料。
4、根据权利要求1所述的一种三维MEMS地震检波器芯片，其特征在于：导线及电极采用金或银或铂导电性能好的金属材料。
5、一种三维MEMS地震检波器芯片的制备方法，其特征在于，按下列步骤进行：
分别对两块硅基底A、B分别加工，再对准键合封装，其步骤如下：
制作A基片：
步骤1采用光刻法在基底上刻蚀出三个凹槽，三个凹槽呈X、Y、Z正交排列；
步骤2通过磁控溅射在A基片上沉积一层金、银或铂等导电性能良好的金属，并用丙酮浸泡剥离形成导线和固定电极； 步骤3采用旋涂微机械用有机牺牲层(聚酰亚胺)，采用光 200910059452.6权 利 要 求 书 第2/2页
刻法在牺牲层上形成悬臂梁模型，并通过磁控溅射法沉积硅或氮化硅等悬臂梁材料，去除牺牲层后形成悬臂梁及质量块； 步骤4通过磁控溅射沉积一层金、银或铂等导电性能良好的金属，并用丙酮浸泡剥离形成悬臂梁上的活动电极； 制作B基片：
步骤1采用光刻法在基底B上刻蚀出三个凹槽，三个凹槽与A基片上的三个凹槽相对应；
步骤2通过磁控溅射在B基片沉积一层金、银或铂等导电性能良好的金属，并用丙酮浸泡剥离形成导线和固定电极； 步骤3通过气态腐蚀或等离子体刻蚀的方法形成X轴和Z轴上的悬臂梁；
步骤4通过磁控溅射法沉积硅或氮化硅等悬臂梁材料，加高X轴和Z轴的悬臂梁；
步骤5通过磁控溅射沉积一层金、银或铂等导电性能良好的金属，并用丙酮浸泡剥离形成悬臂梁上的活动电极； 步骤6将基片A、B键合封装。
200910059452.6说 明 书第1/8页三维MEMS地震检波器芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及地震勘探装置配件，特别是一种三维MEMS地震检波器芯片及其制备方法。
背景技术
地震检波器是石油和天然气地震勘探中大量使用的传感器，它的用途就是检测地震中人工激发的地震信号。
传统的地震检波器(动圈式机电感应传感器)进行三分量地震勘探中获得的波数据(特别是S波)质量不理想，如无法检测10Hz以下的深层低频地震信号；动态范围小；三维信号之间串扰大；灵敏度差等，为后期处理效果大打折扣。使用MEMS技术的检波器所接收到的地震数据可以在最终叠加数据上保留3Hz的地震信号，高频分量也有明显的提升，其动态范围大于100dB，在三分量地震勘探中，能更好地分离P波和S波。但目前三分量数字传感器是用三个MEMS加速度传感器正交直角安装成的三分量数字传感器，这样不便于检测同点的三维地震信号，且也不经济，其分辨率、义精度、保真度低频响应能力等有待进一步提高。发明内容
本发明的目的是克服上述现有的地震检波器的不足之处，提供一种三维MEMS地震检波器芯片及其制备方法。本发明通过下述技术方案来实现，本发明包括：基底B，基底A，X轴悬臂梁，X轴固定电极，X轴质量块及活动电极，其特征在于在同一个芯
200910059452.6说 明 书 第2/8页片上它还设有与X轴相同的Y、Z轴向的悬臂梁、固定电极、质量块及活动电极构成的电容性机械振动系统微结构。 采用本发明的MEMS地震检波器芯片具有高分辨率、高保真、精度高、低频响应能力好、动态范围大便于检测同点的三维信号等特点。
所说的基底A、B采用氧化铝陶瓷片、氮化硅等绝缘材料。 所说的悬臂梁采用硅或氮化硅高强度材料。
所说的导线及电极采用金或银或铂导电性能好的金属材料。 本发明的三维MEMS地震检波器芯片的制备方法，其特征是分别对两块硅基底A、B分别加工，再对准键合封装；其步骤如下： 制作A基片：
步骤1采用光刻法在基底上刻蚀出三个凹槽，三个凹槽呈X、Y、Z正交排列；
步骤2通过磁控溅射在A基片上沉积一层金、银或铂等导电性能良好的金属，并用丙酮浸泡剥离形成导线和固定电极； 步骤3采用旋涂微机械用有机牺牲层聚酰亚胺，采用光刻法在牺牲层上形成悬臂梁模型，并通过磁控溅射法沉积硅或氮化硅等悬臂梁材料，去除牺牲层后形成悬臂梁及质量块； 步骤4通过磁控溅射沉积一层金、银或铂等导电性能良好的金属，并用丙酮浸泡剥离形成悬臂梁上的活动电极； 制作B基片：
步骤1采用光刻法在基底B上刻蚀出三个凹槽，三个凹槽与A基片上的三个凹槽相对应；
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