硅微機(jī)械加速度計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種硅微機(jī)械加速度計(jì)，包括：敏感裝置、第一支撐梁、應(yīng)力緩沖裝置、第二支撐梁、鍵合錨區(qū)和基底，其中，敏感裝置通過第一支撐梁與應(yīng)力緩沖裝置相連；應(yīng)力緩沖裝置通過第二支撐梁與鍵合錨區(qū)相連；鍵合錨區(qū)與基底鍵合連接。本發(fā)明提出的硅微機(jī)械加速度計(jì)能夠降低傳感器零位輸出隨環(huán)境溫度和外界應(yīng)力變化的漂移，提高硅微機(jī)械加速度計(jì)的綜合精度和環(huán)境適應(yīng)性。
【專利說明】硅微機(jī)械加速度計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機(jī)械慣性儀表【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種硅微機(jī)械加速度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]硅微機(jī)械加速度計(jì)在汽車、消費(fèi)電子、武器制導(dǎo)等軍民領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。硅微機(jī)械加速度計(jì)的微結(jié)構(gòu)通常包含敏感質(zhì)量以及支撐敏感質(zhì)量的彈性梁。通過敏感輸入加速度引起的慣性力，微機(jī)械加速度計(jì)將加速度信號轉(zhuǎn)換成電學(xué)信號。作為一種力敏感器件，環(huán)境溫度變化和傳感器封裝、使用安裝造成的應(yīng)力變化均會引起加速度計(jì)零位輸出漂移，降低傳感器的綜合精度。
[0003]目前，一種相關(guān)技術(shù)方案通過減少管殼底部與芯片的接觸面積來減少由封裝傳遞到芯片的應(yīng)力，另一種方案為降低封裝應(yīng)力的方法，管殼粘片區(qū)額外使用較低彈性模量的材料制造。上述兩種技術(shù)方案均為封裝的改善方法，但是需要增加模具制造費(fèi)用。還有一種技術(shù)方案通過在玻璃基底上刻蝕L型折疊梁，作為MEMS器件的隔離平臺以提供應(yīng)力緩沖作用，但該方法存在工藝復(fù)雜、成本高等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本申請是基于發(fā)明人對以下事實(shí)和問題的發(fā)現(xiàn)作出的:硅微機(jī)械加速度計(jì)在開環(huán)工作狀態(tài)下時，敏感質(zhì)量的位移帶動彈性梁發(fā)生彈性形變，產(chǎn)生與慣性力平衡的回復(fù)力。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，硅微機(jī)械加速度計(jì)零位輸出漂移的主要原因在于:彈性梁端部通過錨區(qū)鍵合在玻璃或硅基底上，形成固支連接，外界應(yīng)力變化經(jīng)過封裝管殼、粘片膠的傳導(dǎo)后，通過鍵合位置直接作用在加速度計(jì)的敏感質(zhì)量上，從而引起加速度計(jì)微結(jié)構(gòu)的變形，造成傳感器零位輸出漂移，從而降低傳感器的綜合精度。
[0005]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0006]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種硅微機(jī)械加速度計(jì)，該硅微機(jī)械加速度計(jì)能夠降低傳感器零位輸出隨環(huán)境溫度和外界應(yīng)力變化的漂移，提高傳感器的綜合精度和環(huán)境適應(yīng)性。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種硅微機(jī)械加速度計(jì)，包括:敏感裝置、第一支撐梁、應(yīng)力緩沖裝置、第二支撐梁、鍵合錨區(qū)和基底，其中，所述敏感裝置通過所述第一支撐梁與所述應(yīng)力緩沖裝置相連；所述應(yīng)力緩沖裝置通過所述第二支撐梁與所述鍵合錨區(qū)相連；所述鍵合錨區(qū)與所述基底鍵合連接。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的硅微機(jī)械加速度計(jì)，增加了應(yīng)力緩沖裝置，由基底傳導(dǎo)的應(yīng)力經(jīng)過應(yīng)力緩沖裝置緩沖后再傳遞到第一支撐梁上，因此，環(huán)境應(yīng)力及其不均勻性僅反映到應(yīng)力緩沖裝置及第二支撐梁的變形上，從而降低了加速度計(jì)敏感結(jié)構(gòu)受環(huán)境應(yīng)力的影響。換言之，本發(fā)明的硅微機(jī)械加速度計(jì)能夠有效減小環(huán)境溫度、封裝或傳感器安裝情況造成的應(yīng)力變化對其敏感結(jié)構(gòu)的影響，降低了傳感器的零位漂移，因此，具有較高的綜合精度和環(huán)境適應(yīng)性。[0009]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的硅微機(jī)械加速度計(jì)還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0010]在一些示例中，所述敏感裝置包括活動梳齒和固定梳齒，所述檢測裝置用于在外界輸入加速度信號時，根據(jù)所述活動梳齒和所述固定梳齒之間的電容變化，將所述加速度信號轉(zhuǎn)換為電信號。
[0011]在一些示例中，所述第二支撐梁的機(jī)械剛度遠(yuǎn)大于所述第一支撐梁的剛度。
[0012]在一些示例中，所述基底為玻璃或硅構(gòu)成的基底。
[0013]在一些示例中，敏感裝置與所述應(yīng)力緩沖裝置的構(gòu)成材料相同。
[0014]在一些示例中，所述硅微機(jī)械加速度計(jì)的機(jī)械剛度為:
【權(quán)利要求】
1.一種硅微機(jī)械加速度計(jì)，其特征在于:包括:敏感裝置、第一支撐梁、應(yīng)力緩沖裝置、第二支撐梁、鍵合錨區(qū)、基底和檢測裝置，其中， 所述敏感裝置通過所述第一支撐梁與所述應(yīng)力緩沖裝置相連； 所述應(yīng)力緩沖裝置通過所述第二支撐梁與所述鍵合錨區(qū)相連； 所述鍵合錨區(qū)與所述基底鍵合連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅微機(jī)械加速度計(jì)，其特征在于，所述敏感裝置包括活動梳齒和固定梳齒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅微機(jī)械加速度計(jì)，其特征在于，所述第二支撐梁的機(jī)械剛度遠(yuǎn)大于所述第一支撐梁的機(jī)械剛度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅微機(jī)械加速度計(jì)，其特征在于，所述基底為玻璃或硅構(gòu)成的基底。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的硅微機(jī)械加速度計(jì)，其特征在于，所述敏感裝置與所述應(yīng)力緩沖裝置的構(gòu)成材料相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅微機(jī)械加速度計(jì)，其特征在于，所述硅微機(jī)械加速度計(jì)的機(jī)械剛度為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅微機(jī)械加速度計(jì)，其特征在于，所述敏感裝置位移作為輸出的傳遞函數(shù)為:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅微機(jī)械加速度計(jì)，其特征在于，當(dāng)外界輸入加速度信號時，所述敏感裝置相對于所述基底的位移響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值為:
【文檔編號】G01P15/125GK103983807SQ201410206166
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】陶永康, 劉云峰, 董景新 申請人:清華大學(xué)