一種帶自我標(biāo)定的電容式微慣性傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶自我標(biāo)定功能的微慣性傳感器?，F(xiàn)有的帶自我標(biāo)定功能的傳感器標(biāo)定范圍小。本實用新型中敏感器質(zhì)量塊為刻蝕有柵條形井的矩形硅片，兩對應(yīng)端通過硅支撐梁與錨點連接，另兩個對應(yīng)端分別設(shè)置有矩形硅條。驅(qū)動器質(zhì)量塊設(shè)置在敏感器質(zhì)量塊的兩側(cè)，中間刻有環(huán)形槽，兩側(cè)設(shè)置有可動質(zhì)量塊驅(qū)動硅條和驅(qū)動器驅(qū)動硅條，敏感器質(zhì)量塊連接的硅條與對應(yīng)的質(zhì)量塊驅(qū)動硅條組成質(zhì)量塊驅(qū)動電容。固定驅(qū)動硅條的梳齒條與可動驅(qū)動器驅(qū)動硅條組成驅(qū)動器驅(qū)動電容。敏感器質(zhì)量塊連接的梳型硅條與固定檢測硅條，以及柵形電極和襯底表面的叉指鋁電極組成檢測電容。本實用新型增大了質(zhì)量塊驅(qū)動電容，從而減小了驅(qū)動電壓。
【專利說明】一種帶自我標(biāo)定的電容式微慣性傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于微電子機械【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種微慣性傳感器，具體涉及一種含自我標(biāo)定功能的高精度微慣性傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]最近十幾年來，用微機械技術(shù)制作的加速度計得到了迅速的發(fā)展，主要有光加速度計、電磁加速度計、電容加速度計等。在這些傳感器中，電容式加速度傳感器，由于具有溫度系數(shù)小，靈敏度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是目前研制的最多的一類加速度傳感器。隨著加速度傳感器的發(fā)展，加速度傳感器的標(biāo)定方法也得到了迅速的發(fā)展。對加速度傳感器的常用標(biāo)定方法有Ig動態(tài)翻滾試驗、高g值離心機試驗、振動沖擊試驗等。傳統(tǒng)標(biāo)定加速度傳感器時需要使傳感器收到已知的慣性力的作用，觀察記錄傳感器輸出信號與外界加速度的關(guān)系。這種標(biāo)定方法往往需要高精度的儀器提供加速度信號，費用比較昂貴，而且操作復(fù)雜，后來陸續(xù)有人研究用靜電力對傳感器進行自我標(biāo)定，代替外界加速度產(chǎn)生的慣性力，可以降低成本，但產(chǎn)生靜電力時所施加的電壓易超過加速度傳感器的工作電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于提供一種含自我標(biāo)定功能的高精度微慣性傳感器。
[0004]本實用新型提供的電容式微慣性傳感器包括玻璃襯底、敏感器質(zhì)量塊、驅(qū)動器質(zhì)量塊、固定驅(qū)動硅條、固定檢測硅條和驅(qū)動導(dǎo)線。
[0005]敏感器質(zhì)量塊分為條形敏感器質(zhì)量塊和一對柵形敏感器質(zhì)量塊。條形敏感器質(zhì)量塊由矩形塊和條形敏感器質(zhì)量塊矩形凸起組成，條形敏感器質(zhì)量塊的兩對應(yīng)端通過敏感器U型硅支撐梁與敏感器錨點連接，敏感器錨點固定設(shè)置在玻璃襯底上。一對柵形敏感器質(zhì)量塊分別位于條形敏感器質(zhì)量塊`兩側(cè)，每個柵形敏感器質(zhì)量塊由縱向等間距、橫向平行的柵形電極以及柵型敏感器質(zhì)量塊矩形凸起組成，其縱向長度和條形敏感器質(zhì)量塊的主體長度相同；柵形敏感器質(zhì)量塊矩形凸起和條形質(zhì)量塊矩形凸起相對，形成電容調(diào)整間隙。柵形敏感器質(zhì)量塊的兩個對應(yīng)端分別設(shè)置有兩組矩形硅條組，每組硅條組包括平行設(shè)置的m條硅條，m ^ 2，柵形敏感器質(zhì)量塊兩端的硅條數(shù)目相同、位置對應(yīng)，硅條與柵形敏感器質(zhì)量塊側(cè)邊垂直；柵形敏感器質(zhì)量塊的另兩個對應(yīng)端分別設(shè)置有兩組梳型硅條組，每組硅條組由η個等間距的梳齒和連接梳齒的矩形硅條組成，n ^ 2，梳齒與矩形硅條垂直設(shè)置，柵形敏感器質(zhì)量塊兩端的梳齒數(shù)目相同、位置對應(yīng)，矩形硅條與柵形敏感器質(zhì)量塊側(cè)邊垂直；柵形敏感器質(zhì)量塊對應(yīng)玻璃襯底一面刻蝕有與矩形硅條平行的矩形柵條形井。柵形敏感器質(zhì)量塊和條形敏感器質(zhì)量塊通過兩對位于柵形敏感器質(zhì)量塊和條形敏感器質(zhì)量塊之間的U形敏感器連接梁相連，該兩對U形敏感器連接梁沿著條形敏感器質(zhì)量塊的橫向中心線對稱設(shè)置。
[0006]敏感器質(zhì)量塊的兩側(cè)分別設(shè)置有兩個驅(qū)動器質(zhì)量塊；所述的驅(qū)動器質(zhì)量塊為矩形硅片，驅(qū)動器質(zhì)量塊的兩對應(yīng)端通過驅(qū)動器U形支撐梁與錨點連接，驅(qū)動器錨點固定設(shè)置在玻璃襯底上，驅(qū)動器質(zhì)量塊與玻璃襯底平行設(shè)置；每個驅(qū)動器質(zhì)量塊的一側(cè)設(shè)置有m個驅(qū)動器驅(qū)動娃條，另一側(cè)設(shè)置有m個質(zhì)量塊驅(qū)動娃條，所述的質(zhì)量塊驅(qū)動娃條為梳齒狀，齒上刻蝕有凹形阻尼條，質(zhì)量塊驅(qū)動硅條與敏感器質(zhì)量塊連接的矩形硅條平行、位置對應(yīng)，敏感器質(zhì)量塊連接的矩形硅條與對應(yīng)的質(zhì)量塊驅(qū)動硅條組成質(zhì)量塊驅(qū)動電容；驅(qū)動器質(zhì)量塊中間刻有方環(huán)形槽。
[0007]兩個梳齒狀的固定驅(qū)動硅條固定設(shè)置在玻璃襯底上，每個固定驅(qū)動硅條的梳齒條與驅(qū)動器驅(qū)動硅條位置對應(yīng)；固定驅(qū)動硅條的梳齒條與對應(yīng)的驅(qū)動器驅(qū)動硅條的組成驅(qū)動器驅(qū)動電容；兩個固定驅(qū)動硅條通過玻璃襯底表面上的引線與驅(qū)動器外部連接錨點連接。
[0008]四個梳齒狀的固定檢測娃條固定設(shè)置在玻璃襯底上，固定檢測娃條由梳齒條及連接梳齒條的矩形硅條組成，每個固定檢測硅條的梳齒條與敏感器質(zhì)量塊連接的梳齒狀硅條組上的梳齒條位置對應(yīng)，固定檢測硅條的梳齒條與梳齒狀硅條組上的梳齒條形成檢測電容；四個固定檢測梳齒條通過玻璃襯底上的引線與外部連接錨點連接。
[0009]驅(qū)動導(dǎo)線共有兩根，分別縱向設(shè)置于相應(yīng)的柵形敏感器質(zhì)量塊的內(nèi)側(cè)邊框上，每根驅(qū)動導(dǎo)線的一端通過沿對應(yīng)的敏感器連接梁和敏感器U型硅支撐梁上所鋪設(shè)的金屬導(dǎo)線引出電極連接。驅(qū)動導(dǎo)線以及連接驅(qū)動導(dǎo)線與電極之間的連接線與敏感器柵質(zhì)量塊對應(yīng)部分之間設(shè)置有電絕緣層。
[0010]玻璃襯底表面對應(yīng)兩個敏感器錨點位置設(shè)置有兩個敏感器質(zhì)量塊錨點，敏感器質(zhì)量塊焊點與敏感器錨點連接；玻璃襯底表面對應(yīng)敏感器質(zhì)量塊設(shè)置有叉指鋁電極，敏感器質(zhì)量塊上刻蝕的柵條形井的長條邊與叉指鋁電極中的每對叉指相對應(yīng)。
[0011]本實用新型基本的構(gòu)思是設(shè)計帶有自我標(biāo)定功能的高精度微慣性傳感器，同時增大傳感器的標(biāo)定范圍。傳感器質(zhì)量塊驅(qū)動電容的初始設(shè)計間距較大，從而解決深反應(yīng)離子刻蝕深寬比小于30:1對傳感器振子的質(zhì)量不能做厚的限制，而后通過驅(qū)動器減小了電容極板間距，從而增大了傳感器的初始質(zhì)量塊驅(qū)動電容以增大傳感器的標(biāo)定范圍，再在驅(qū)動器上施加電壓，產(chǎn)生靜電力驅(qū)動敏感質(zhì)量塊，使敏感質(zhì)量塊在敏感方向上產(chǎn)生偏移，等效于施加外界加速度，實現(xiàn)自我標(biāo)定功能。同時，通過磁場驅(qū)動?xùn)判蚊舾衅髻|(zhì)量塊，減小檢測電容間距，從而增大傳感器的初始檢測電容，提高傳感器精度，降低檢測電路噪聲。本實用新型還在敏感器質(zhì)量塊上刻蝕柵形條井，并和襯底上的叉指鋁電極組成差分檢測電容降低了電路噪聲，且柵條形井和玻璃襯底上叉指間的差動表現(xiàn)為滑膜阻尼特性，從而也減小了布朗噪聲。本實用新型通過在驅(qū)動器的質(zhì)量塊驅(qū)動硅條上刻蝕凹形阻尼條來減小壓膜空氣阻尼從而減小機械噪聲。另外，通過改變支撐梁和質(zhì)量塊的尺寸還可以改變傳感器的量程和響應(yīng)特性。
[0012]本實用新型提供的微慣性傳感器大大增大了振子質(zhì)量，從而減小了布朗噪聲，而通過驅(qū)動器減小了電容極板間距，并在驅(qū)動器的質(zhì)量塊驅(qū)動硅條上刻蝕阻尼條，增大了質(zhì)量塊驅(qū)動電容，減少了質(zhì)量塊驅(qū)動電壓，增大了標(biāo)定范圍，同時減小了壓膜空氣阻尼，從而降低了機械噪聲和電路噪聲，而變面積式的梳齒對和敏感器質(zhì)量塊上新增的柵形條井電容差分運動時空氣阻尼表現(xiàn)為滑膜阻尼，從而降低了布朗噪聲，同時也增大了檢測電容。
[0013]本實用新型涉及的高精度微慣性傳感器結(jié)構(gòu)新穎，分辨率和靈敏度高，制作工藝簡單，有利于降低成本和提高成品率，是一種可以實際應(yīng)用的微慣性傳感器?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0014]圖1為實用新型的玻璃襯底及表面上的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0016]圖3為本實用新型的柵條形井的剖面圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合實施例和附圖對本實用新型進一步說明，但本實用新型決非僅限于所介紹的實施例。
[0018]本實用新型提供一種帶自我標(biāo)定結(jié)構(gòu)的高精度微慣性傳感器，采用體硅微機械加工工藝可以提高傳感器芯片的質(zhì)量，從而降低噪聲，改善穩(wěn)定性，提高靈敏度。缺點是體積稍大，但可以制作出高精度的微機械慣性傳感器。為了減小驅(qū)動敏感質(zhì)量塊時的驅(qū)動電壓，使驅(qū)動電壓不超過傳感器的工作電壓，可以通過增大傳感器的靜態(tài)驅(qū)動電容的方法，從而減小機械噪聲和電路噪聲。而對于用體硅工藝如深反應(yīng)粒子刻蝕(De印RIE)加工的梳齒狀的電容式傳感器，其極板電容的深寬比一般小于30:1，這就限制了電容極板間距的減小。而對于小間距極板電容，其壓膜空氣阻尼較大，增大了傳感器的機械噪聲。減小該機械噪聲可以通過在極板上刻蝕阻尼條。
[0019]如圖1、2和3所示，一種帶自我標(biāo)定的微慣性傳感器包括玻璃襯底1、敏感器質(zhì)量塊20、驅(qū)動器質(zhì)量塊14、固定驅(qū)動硅條16、固定檢測硅條27和驅(qū)動導(dǎo)線35。
[0020]敏感器質(zhì)量塊分為條形敏感器質(zhì)量塊41和一對柵形敏感器質(zhì)量塊20。條形敏感器質(zhì)量塊41由矩形塊40和條形敏感器質(zhì)量塊矩形凸起37組成，條形敏感器質(zhì)量塊41的兩對應(yīng)端通過敏感器U型硅支撐梁18與敏感器錨點19連接，敏感器錨點19固定設(shè)置在玻璃襯底I上。一對柵形敏感器質(zhì)量塊20分別位于條形敏感器質(zhì)量塊41兩側(cè)，每個柵形敏感器質(zhì)量塊41由縱向等間距、橫向平行的柵形電極(21，22)以及柵型敏感器質(zhì)量塊矩形凸起38組成，其縱向長度和條形敏感器質(zhì)量塊的主體長度相同；柵形敏感器質(zhì)量塊矩形凸起38和條形質(zhì)量塊矩形凸起37相對，形成電容調(diào)整間隙39。柵形敏感器質(zhì)量塊20的兩個對應(yīng)端分別設(shè)置有兩組矩形硅條組，每組矩形硅條組包括平行設(shè)置的兩條硅條23，柵形敏感器質(zhì)量塊20兩端硅條23的數(shù)量相同、位置對應(yīng)，硅條23與柵形敏感器質(zhì)量塊20的側(cè)邊垂直；柵形敏感器質(zhì)量塊20的另兩個對應(yīng)端分別設(shè)置有兩組梳型硅條組，每組硅條組由兩個等間距的梳齒30和連接梳齒的矩形硅條31組成，梳齒30與矩形硅條31垂直設(shè)置，柵形敏感器質(zhì)量塊20兩端的梳齒數(shù)目相同、位置對應(yīng)，矩形硅條31與柵形敏感器質(zhì)量塊20側(cè)邊垂直；柵形敏感器質(zhì)量塊20對應(yīng)玻璃襯底一面等間距刻蝕有與硅條23平行的12個矩形柵條形井22 ;敏感器質(zhì)量塊和外部封裝的連接通過玻璃襯底I上的敏感器質(zhì)量塊焊點5來實現(xiàn)，柵形敏感器質(zhì)量塊20下表面的柵條形井的長條邊21位于襯底叉指鋁電極9組成的電極對的正上方。柵形敏感器質(zhì)量塊20和條形敏感器質(zhì)量塊41通過兩對位于柵形敏感器質(zhì)量塊20和條形敏感器質(zhì)量塊41之間的U形敏感器連接梁36相連，該兩對U形敏感器連接梁36沿著條形敏感器質(zhì)量塊41的橫向中心線對稱設(shè)置。
[0021]敏感器質(zhì)量塊的兩側(cè)分別設(shè)置有兩個驅(qū)動器質(zhì)量塊14，驅(qū)動器質(zhì)量塊14為矩形硅片，驅(qū)動器質(zhì)量塊14的兩對應(yīng)端通過驅(qū)動器U形硅支撐梁10與驅(qū)動器錨點17連接，驅(qū)動器錨點17固定設(shè)置在玻璃襯底I上，驅(qū)動器質(zhì)量塊14與玻璃襯底I平行設(shè)置；每個驅(qū)動器質(zhì)量塊14的一側(cè)設(shè)置有兩個驅(qū)動器驅(qū)動硅條11，另一側(cè)設(shè)置有兩個質(zhì)量塊驅(qū)動硅條25，其中質(zhì)量塊驅(qū)動硅條25上刻蝕有凹形阻尼條24，以降低壓膜空氣阻尼，質(zhì)量塊驅(qū)動硅條25與敏感器質(zhì)量塊20連接的矩形硅條23平行、位置對應(yīng)，敏感器質(zhì)量塊連接的矩形硅條23與對應(yīng)的質(zhì)量塊驅(qū)動硅條25組成質(zhì)量塊驅(qū)動電容；驅(qū)動器質(zhì)量塊14與矩形孤島13之間形成方形環(huán)槽12。敏感器質(zhì)量塊兩側(cè)對應(yīng)的驅(qū)動器質(zhì)量塊14通過玻璃襯底I表面上的引線8與焊點4連接。
[0022]兩個梳齒狀的固定驅(qū)動硅條16固定設(shè)置在玻璃襯底I上，每個固定驅(qū)動硅條16的梳齒條15與驅(qū)動器驅(qū)動硅條11位置對應(yīng)；固定驅(qū)動硅條16的梳齒條15與對應(yīng)的驅(qū)動器驅(qū)動硅條11的組成驅(qū)動器驅(qū)動電容；兩個固定驅(qū)動硅條16通過玻璃襯底I表面上的引線3與焊點2連接。驅(qū)動器質(zhì)量塊上的方形環(huán)槽槽寬小于驅(qū)動器驅(qū)動硅條11與固定驅(qū)動硅條16的梳齒條15之間的間距，驅(qū)動器驅(qū)動硅條11與固定驅(qū)動硅條16的梳齒條15之間的間距小于硅條23與質(zhì)量塊驅(qū)動硅條25之間的間距。傳感器電容的起始驅(qū)動間距是硅條23和質(zhì)量塊驅(qū)動硅條25之間的間距與方環(huán)形槽槽寬的差值。
[0023]兩組梳齒狀的固定檢測硅條27固定設(shè)置在玻璃襯底I上，固定檢測硅條27由梳齒條26及連接梳齒條26的矩形硅條28組成，每個固定檢測硅條27的梳齒條26與敏感器質(zhì)量塊20連接的硅條30位置對應(yīng)；固定檢測硅條27的梳齒條26與對應(yīng)的敏感器質(zhì)量塊連接的硅條30的組成檢測電容；兩個固定檢測硅條27通過玻璃襯底I表面上的引線7與焊點6連接。
[0024]驅(qū)動導(dǎo)線35共有兩根，分別縱向設(shè)置于相應(yīng)的柵形敏感器質(zhì)量塊20的內(nèi)側(cè)邊框上，每根驅(qū)動導(dǎo)線的一端通過沿對應(yīng)的敏感器連接梁36和敏感器U型硅支撐梁18上所鋪設(shè)的金屬導(dǎo)線34引出電極(32，33)連接。驅(qū)動導(dǎo)線以及連接驅(qū)動導(dǎo)線與電極之間的連接線與敏感器柵質(zhì)量塊對應(yīng)部分之間設(shè)置有電絕緣層。
[0025]玻璃襯底I表面對應(yīng)兩個敏感器錨點19位置設(shè)置有兩個敏感器質(zhì)量塊焊點5，敏感器質(zhì)量塊焊點5與敏感器錨點19連接。玻璃襯底I表面對應(yīng)敏感器質(zhì)量塊20位置設(shè)置有叉指鋁電極9，叉指鋁電極9通過鋁焊點6接入測試信號電壓。
[0026]結(jié)合圖1、圖2、圖3對傳感器原理進行說明。本傳感器的自我標(biāo)定功能是在驅(qū)動器質(zhì)量塊14上施加電壓，使驅(qū)動器驅(qū)動硅條11與敏感質(zhì)量塊上矩形硅條23產(chǎn)生的靜電力等效于外界所要施加的加速度，使敏感質(zhì)量塊在敏感方向上產(chǎn)生偏移，變面積式的梳齒對和敏感器質(zhì)量塊上新增的柵形條井電容差分運動進行檢測敏感質(zhì)量塊的偏移量。
[0027]驅(qū)動器質(zhì)量塊14上方環(huán)形槽的槽寬12用dl表示，固定驅(qū)動硅條15和驅(qū)動器驅(qū)動硅條11的間距用d2表示，敏感器質(zhì)量塊連接的矩形硅條23和質(zhì)量塊驅(qū)動硅條24的間距用d3表示，且d3>d2>dl。用外部金絲球焊技術(shù)用金線把固定驅(qū)動硅條焊點和封裝管殼引腳連接，施加直流偏置電壓，用Vdl表示，產(chǎn)生的靜電力驅(qū)動驅(qū)動器質(zhì)量塊，使驅(qū)動器質(zhì)量塊14與環(huán)形槽13發(fā)生吸合，敏感質(zhì)量塊上矩形硅條23與質(zhì)量塊驅(qū)動硅條24的間距為d3-dl ;驅(qū)動器的焊點和封裝殼引腳連接，施加電壓用Vd2表示(Vd2〈〈Vdl，不影響驅(qū)動器和固定驅(qū)動硅條的吸合)，上下驅(qū)動器可施加不同的電壓信號，使驅(qū)動敏感質(zhì)量塊在敏感方向上受到靜電力作用發(fā)生偏移，從而達到代替外界加速度的效果，實現(xiàn)自我標(biāo)定功能。當(dāng)Vd2為靜態(tài)電壓信號時，可實現(xiàn)傳感器的靜態(tài)標(biāo)定；當(dāng)Vd2為動態(tài)電壓信號時，可模擬振動臺標(biāo)定及頻率特性的標(biāo)定等。同時，通過驅(qū)動器減小了質(zhì)量塊驅(qū)動電容極板間距，增大了傳感器的初始質(zhì)量塊驅(qū)動電容以減小質(zhì)量塊的驅(qū)動電壓，增大傳感器標(biāo)定范圍。
[0028]條形敏感器質(zhì)量塊矩形凸起37和柵形敏感器質(zhì)量塊矩形凸起38之間的電容調(diào)整間隙39用d4表示，固定檢測硅條和與敏感質(zhì)量塊連接的梳型硅條30的間隙29用d5表示。把位于條形敏感器質(zhì)量塊左側(cè)的驅(qū)動導(dǎo)線，用外部金絲球焊技術(shù)，用金線把驅(qū)動導(dǎo)線左側(cè)引出電極32分別連接到封裝管殼引腳上，并接入恒流源。把位于條形敏感器質(zhì)量塊右側(cè)的驅(qū)動導(dǎo)線，用外部金絲球焊技術(shù)，用金線把驅(qū)動導(dǎo)線右側(cè)引出電極33分別連接到封裝管殼引腳上，并接入和左側(cè)的驅(qū)動導(dǎo)線相反相位的恒流源。敏感器外部引出電極5和6分別連接到封裝管殼引腳，并分別用Vl和V2表示。在傳感器結(jié)構(gòu)正上方的封裝管殼帽內(nèi)設(shè)置合適方向的勻強磁場，使在兩根金屬驅(qū)動導(dǎo)線上產(chǎn)生的安培力的方向均指向條形敏感器質(zhì)量塊的縱向中心線，并與條形敏感器質(zhì)量塊的縱向中心線垂直。兩根驅(qū)動導(dǎo)線上的安培力使條形敏感器質(zhì)量塊矩形凸起37和柵形敏感器質(zhì)量塊矩形凸起38之間的電容調(diào)整間隙39減小至零，此時，傳感器初始檢測電容間距為d5-d4，由于電容的間距大大減小，從而傳感器的初始檢測電容大大增加。再在V1、V2端分別加電載波信號，敏感器質(zhì)量塊通過錨點連接至地。當(dāng)敏感方向上有加速度信號時，由于慣性力的作用，產(chǎn)生位移，從而引起柵形敏感器質(zhì)量塊20上的柵形電極21和檢測用交叉梳齒狀固定對電極9a和9b組成的差分電容的疊加面積變化以及對應(yīng)固定檢測硅條27和與敏感器質(zhì)量塊連接的梳型硅條30對應(yīng)組成的差分電容的疊加面積變化，進而引起電容較大的變化，該變化電容和外部慣性信號的大小成線性關(guān)系，通過檢測電容變化便可以得到敏感方向上加速度的大小，而且由于傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點，檢測電容為差分變化，這增大了傳感器的線性范圍和量程。
[0029]本實用新型設(shè)計的高精度微慣性傳感器，由于梳齒電容間距可用驅(qū)動器質(zhì)量塊減小，且驅(qū)動器質(zhì)量塊的質(zhì)量塊驅(qū)動硅條上刻蝕凹形阻尼條，這些因素使傳感器的機械噪聲和電路噪聲大大減小，從而使敏感質(zhì)量塊的驅(qū)動電壓大大減?。磺颐舾衅髻|(zhì)量塊上有滑膜阻尼的柵形條井電容和變面積式的梳齒對對電容進行檢測，從而使傳感器可以達到很高的精度；本實用新型在驅(qū)動器質(zhì)量塊上刻蝕出防吸合短路的矩形孤島，防止電容間發(fā)生短路和永久吸合。同時本實用新型采用為機械技術(shù)制作，工藝簡單，有利于提高成品率和降低制造成本。
【權(quán)利要求】
1.一種帶自我標(biāo)定的電容式微慣性傳感器，包括玻璃襯底、敏感器質(zhì)量塊、驅(qū)動器質(zhì)量塊、固定驅(qū)動硅條、固定檢測硅條和驅(qū)動導(dǎo)線，其特征在于: 敏感器質(zhì)量塊分為條形敏感器質(zhì)量塊和一對柵形敏感器質(zhì)量塊；條形敏感器質(zhì)量塊由矩形塊和條形敏感器質(zhì)量塊矩形凸起組成，條形敏感器質(zhì)量塊的兩對應(yīng)端通過敏感器U型硅支撐梁與敏感器錨點連接，敏感器錨點固定設(shè)置在玻璃襯底上；一對柵形敏感器質(zhì)量塊分別位于條形敏感器質(zhì)量塊兩側(cè)，每個柵形敏感器質(zhì)量塊由縱向等間距、橫向平行的柵形電極以及柵型敏感器質(zhì)量塊矩形凸起組成，其縱向長度和條形敏感器質(zhì)量塊的主體長度相同；柵形敏感器質(zhì)量塊矩形凸起和條形質(zhì)量塊矩形凸起相對，形成電容調(diào)整間隙；柵形敏感器質(zhì)量塊的兩個對應(yīng)端分別設(shè)置有兩組矩形硅條組，每組硅條組包括平行設(shè)置的m條硅條，m > 2，柵形敏感器質(zhì)量塊兩端的硅條數(shù)目相同、位置對應(yīng)，硅條與柵形敏感器質(zhì)量塊側(cè)邊垂直；柵形敏感器質(zhì)量塊的另兩個對應(yīng)端分別設(shè)置有兩組梳型硅條組，每組硅條組由η個等間距的梳齒和連接梳齒的矩形硅條組成，n ^ 2，梳齒與矩形硅條垂直設(shè)置，柵形敏感器質(zhì)量塊兩端的梳齒數(shù)目相同、位置對應(yīng)，矩形硅條與柵形敏感器質(zhì)量塊側(cè)邊垂直；柵形敏感器質(zhì)量塊對應(yīng)玻璃襯底一面刻蝕有與矩形硅條平行的矩形柵條形井；柵形敏感器質(zhì)量塊和條形敏感器質(zhì)量塊通過兩對位于柵形敏感器質(zhì)量塊和條形敏感器質(zhì)量塊之間的U形敏感器連接梁相連，該兩對U形敏感器連接梁沿著條形敏感器質(zhì)量塊的橫向中心線對稱設(shè)置； 敏感器質(zhì)量塊的兩側(cè)分別設(shè)置有兩個驅(qū)動器質(zhì)量塊；所述的驅(qū)動器質(zhì)量塊為矩形硅片，驅(qū)動器質(zhì)量塊的兩對應(yīng)端通過驅(qū)動器U形支撐梁與錨點連接，驅(qū)動器錨點固定設(shè)置在玻璃襯底上，驅(qū)動器質(zhì)量塊與玻璃襯底平行設(shè)置；每個驅(qū)動器質(zhì)量塊的一側(cè)設(shè)置有m個驅(qū)動器驅(qū)動硅條，另一側(cè)設(shè)置有m個質(zhì)量塊驅(qū)動硅條，所述的質(zhì)量塊驅(qū)動硅條為梳齒狀，齒上刻蝕有凹形阻尼條，質(zhì)量塊驅(qū)動硅條與敏感器質(zhì)量塊連接的矩形硅條平行、位置對應(yīng)，敏感器質(zhì)量塊連接的矩形硅條與對應(yīng)的質(zhì)量塊驅(qū)動硅條組成質(zhì)量塊驅(qū)動電容；驅(qū)動器質(zhì)量塊中間刻有方環(huán)形槽； 兩個梳齒狀的固定驅(qū)動娃`條固定設(shè)置在玻璃襯底上，每個固定驅(qū)動娃條的梳齒條與驅(qū)動器驅(qū)動硅條位置對應(yīng)；固定驅(qū)動硅條的梳齒條與對應(yīng)的驅(qū)動器驅(qū)動硅條的組成驅(qū)動器驅(qū)動電容；兩個固定驅(qū)動硅條通過玻璃襯底表面上的引線與驅(qū)動器外部連接錨點連接； 四個梳齒狀的固定檢測硅條固定設(shè)置在玻璃襯底上，每個固定檢測硅條的梳齒條與敏感器質(zhì)量塊連接的梳齒狀硅條組上的梳齒條位置對應(yīng)，固定檢測硅條的梳齒條與梳齒狀硅條組上的梳齒條形成檢測電容；四個固定檢測梳齒條通過玻璃襯底上的引線與外部連接錨點連接； 驅(qū)動導(dǎo)線共有兩根，分別縱向設(shè)置于相應(yīng)的柵形敏感器質(zhì)量塊的內(nèi)側(cè)邊框上，每根驅(qū)動導(dǎo)線的一端通過沿對應(yīng)的敏感器連接梁和敏感器U型硅支撐梁上所鋪設(shè)的金屬導(dǎo)線引出電極連接；驅(qū)動導(dǎo)線以及連接驅(qū)動導(dǎo)線與電極之間的連接線與敏感器柵質(zhì)量塊對應(yīng)部分之間設(shè)置有電絕緣層； 玻璃襯底表面對應(yīng)兩個敏感器錨點位置設(shè)置有兩個敏感器質(zhì)量塊錨點，敏感器質(zhì)量塊焊點與敏感器錨點連接；玻璃襯底表面對應(yīng)敏感器質(zhì)量塊設(shè)置有叉指鋁電極，敏感器質(zhì)量塊上刻蝕的柵條形井的長條邊與叉指鋁電極中的每對叉指相對應(yīng)。
【文檔編號】G01P15/125GK203461812SQ201320442802
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月22日
【發(fā)明者】董林璽, 樓進峰 申請人:杭州電子科技大學(xué)