專利名稱：框架結(jié)構(gòu)差分電容式加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種傳感器結(jié)構(gòu)，具體地說是一種增大有效電容面積、消除了橫向靈敏度干擾的差分電容式框架結(jié)構(gòu)加速度傳感器。
背景技術(shù)：
基于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的微機械慣性儀表以其體積小、成本低、可與接口電路集成等優(yōu)點有著廣闊的應(yīng)用前景。
隨著加速度傳感器的不斷發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到力平衡差分電容式加速度傳感器具有動態(tài)范圍大、測試精度高的特點。利用傳統(tǒng)的長方形質(zhì)量塊制作的傳感器，由于它長度長，容易在非敏感方向產(chǎn)生變形，設(shè)計時對質(zhì)量塊的寬度和厚度將有一定限制，這樣質(zhì)量塊的質(zhì)量比較大，不利于驅(qū)動。為增大靜電驅(qū)動力，通常采用的方法是減小電極間間距，這無疑會增大工藝難度。
傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的體硅加速度計，檢測梳齒通常左右是不對稱的。例如左側(cè)作為電容極板1，與活動電極構(gòu)成電容C1，右側(cè)作為電容極板2，與活動電極構(gòu)成電容C2，這樣工作時，如果有橫向加速度作用時，會使兩電容有差分式變化，即一側(cè)變大而另一側(cè)變小，這樣在檢測端就會有電學(xué)量輸出，存在橫向靈敏度干擾。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種可以使在相同工藝難度條件下、相同靜態(tài)電容值的前提下傳感器的質(zhì)量和尺寸得到有效控制，在工作時不會有橫向靈敏度干擾的框架結(jié)構(gòu)差分電容式加速度傳感器。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的在硅片的背面刻蝕有鍵合所需的臺面，玻璃基片與鍵合所需的臺面鍵合形成固定塊，硅的正面刻蝕有傳感器的彈性梁、質(zhì)量塊、固定和活動電極圖形，質(zhì)量塊是框架形狀，鍵合塊包括上、下、左、右和內(nèi)部5個鍵合塊，上下鍵合塊上連接彈性梁，框架形狀質(zhì)量塊連在兩彈性梁之間，左右鍵合塊的內(nèi)側(cè)和中間鍵合塊的兩側(cè)帶有固定電極，框架形狀質(zhì)量塊上帶有與固定電極相配合的活動電極。
兩側(cè)的固定電極、活動電極對稱分布。
本發(fā)明的質(zhì)量塊是框架形狀的，框架的長度僅是傳統(tǒng)質(zhì)量塊長度的一半，因此工作時質(zhì)量塊不易發(fā)生變形，這樣就可以將框架的寬度做的很小，減輕框架質(zhì)量，有利于力平衡工作時反饋力對質(zhì)量塊的驅(qū)動，同時該改進(jìn)沒有增加工藝難度。
由于該結(jié)構(gòu)左右是完全對稱的，當(dāng)有橫向加速度作用時，即便活動電極有橫向位移，其上下極板電容值也不會發(fā)生改變，檢測端不會有電學(xué)量輸出。
本發(fā)明優(yōu)點在于1、質(zhì)量輕，靜態(tài)電容大；2、無橫向即非敏感方向靈敏度干擾；3、結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。


附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是本發(fā)明的剖面示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述在硅片的背面刻蝕有鍵合所需的臺面，玻璃基片與鍵合所需的臺面鍵合形成固定塊，硅的正面刻蝕有傳感器的彈性梁1、質(zhì)量塊3、固定和活動電極圖形，質(zhì)量塊是框架形狀，鍵合塊包括上、下、左、右和內(nèi)部5個鍵合塊2、11、9、4和5，上下鍵合塊上連接彈性梁，框架形狀質(zhì)量塊連在兩彈性梁之間，左右鍵合塊的內(nèi)側(cè)和中間鍵合塊的兩側(cè)帶有固定電極8、7、10，框架形狀質(zhì)量塊上帶有與固定電極相配合的活動電極6。兩側(cè)的固定電極、活動電極對稱分布。
該發(fā)明的制作過程大致有如下三個步驟在硅的背面用ICP干法刻蝕，刻出鍵合所需的臺面(5個固定塊)；用靜電鍵合工藝將步驟1刻蝕出的鍵合臺面鍵合在玻璃基片12上形成5個固定塊；在硅的正面用ICP刻蝕出傳感器的梁、質(zhì)量塊、固定和活動電極圖形，釋放梁、質(zhì)量塊和電極結(jié)構(gòu)。
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明的原理作更詳細(xì)的描述例一當(dāng)有向前的加速度作用在該加速度傳感器上時，在慣性力作用下，與框架質(zhì)量塊相連的活動電極6將會相對鍵合塊相連的固定電極7、8、10的位置產(chǎn)生向后的位移，這時，活動電極6與外側(cè)固定電極7、8之間形成的電容C1將變小，而與內(nèi)側(cè)固定電極5之間形成的電容C2將變大，通過接口電路對C1、C2的變化量進(jìn)行差分檢測，就可以測得該加速度的大小。
例二當(dāng)有向左的加速度(非敏感方向的橫向干擾)作用在該加速度傳感器上時，在慣性力作用下，與框架質(zhì)量塊相連的活動電極6將會相對鍵合塊相連的固定電極7、8、10產(chǎn)生一個向右的位移，這時，活動電極6與外側(cè)左側(cè)固定電極8之間形成的電容C3將變小，而與外側(cè)右側(cè)固定電極7之間形成的電容C4將變大，并且變化的大小相等，這樣活動電極3與外側(cè)固定電極7、8之間形成的總電容C1＝C3+C4保持不變。同理，活動電極6與內(nèi)側(cè)固定電極10之間形成的總電容也不變。這樣，橫向加速度不會使傳感器的輸出發(fā)生改變，也就是說，在工作時不會有橫向靈敏度干擾。
權(quán)利要求
1.一種框架結(jié)構(gòu)差分電容式加速度傳感器，在硅片的背面刻蝕有鍵合所需的臺面，玻璃基片與鍵合所需的臺面鍵合形成固定塊，硅的正面刻蝕有傳感器的彈性梁、質(zhì)量塊、固定和活動電極圖形，其特征是質(zhì)量塊是框架形狀，鍵合塊包括上、下、左、右和內(nèi)部5個鍵合塊，上下鍵合塊上連接彈性梁，框架形狀質(zhì)量塊連在兩彈性梁之間，左右鍵合塊的內(nèi)側(cè)和中間鍵合塊的兩側(cè)帶有固定電極，框架形狀質(zhì)量塊上帶有與固定電極相配合的活動電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架結(jié)構(gòu)差分電容式加速度傳感器，其特征是兩側(cè)的固定電極、活動電極對稱分布。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種框架結(jié)構(gòu)差分電容式加速度傳感器。一種框架結(jié)構(gòu)差分電容式加速度傳感器，在硅片的背面刻蝕有鍵合所需的臺面，玻璃基片與鍵合所需的臺面鍵合形成固定塊，硅的正面刻蝕有傳感器的彈性梁、質(zhì)量塊、固定和活動電極圖形，質(zhì)量塊是框架形狀，鍵合塊包括上、下、左、右和內(nèi)部5個鍵合塊，上下鍵合塊上連接彈性梁，框架形狀質(zhì)量塊連在兩彈性梁之間，左右鍵合塊的內(nèi)側(cè)和中間鍵合塊的兩側(cè)帶有固定電極，框架形狀質(zhì)量塊上帶有與固定電極相配合的活動電極。上下鍵合塊以及與固定電極連接的各鍵合塊通過靜電鍵合被固定在玻璃基片上。本發(fā)明的優(yōu)點在于傳感器尺寸小、靜態(tài)電容大，質(zhì)量輕，無橫向即非敏感方向干擾，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工等。
文檔編號G01P15/125GK1804636SQ200610009668
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月25日
發(fā)明者劉曉為, 陳偉平, 霍明學(xué), 譚曉昀, 趙振剛 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)