專利名稱：一種硅微加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及慣性傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種硅微加速度傳感器。
背景技術(shù)：
隨著MEMS (微機電系統(tǒng))技術(shù)的發(fā)展和成熟，MEMS加速度傳感器(也稱硅微加速度傳感器)以其體積小、重量輕、成本低、集成度高等優(yōu)點，在汽車電子及消費類電子產(chǎn)品中獲得了大量的應(yīng)用，并進一歩向エ業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域擴展，具有廣闊的市場前景。加速度傳感器一般由檢測質(zhì)量塊、彈簧與阻尼等組成，構(gòu)成了ニ階振動系統(tǒng)。目前已經(jīng)有的MEMS加速度傳感器通常檢測質(zhì)量塊的位移引起的其它物理量(如電容或電阻或 光強或光相位等)變化。目前已有ー些商業(yè)化的電容加速度傳感器采用真空封裝與靜電カ反饋的方式，對器件內(nèi)的真空度要求較高，且質(zhì)量塊比較小，系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)Q往往取決于加速度傳感器內(nèi)部的真空度，只能通過調(diào)節(jié)密閉空間氣體真空度來調(diào)節(jié)。同時還具有制造エ藝復(fù)雜成本高的缺點。在申請?zhí)枮?00910087937. 6的中國專利申請中公開了ー種采用質(zhì)量塊-彈性膜-背極板-聲學(xué)腔的加速度傳感器結(jié)構(gòu)，通過在背極板上打聲學(xué)孔以及形成通孔電極來調(diào)節(jié)系統(tǒng)Q值。但是該結(jié)構(gòu)在應(yīng)用于硅微加速度傳感器中時，用MEMS技術(shù)在背極板加工聲學(xué)孔的エ藝仍然稍顯復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種能夠解決上述問題的硅微加速度傳感器。為此，本發(fā)明實施例提供ー種娃微加速度傳感器。該傳感器包括加速度傳感頭和背極板，加速度傳感頭包括框架，背極板和框架形成包圍加速度傳感頭的空間，其中在框架和背極板之間形成氣孔，使加速度傳感頭與背極板之間的空氣能夠通過氣孔自由流動。本發(fā)明提供的ー種娃微加速度傳感器，其優(yōu)點在于(I)通過在加速度傳感頭框架和背極板之間形成氣孔，簡化了加速度傳感器制備エ藝，降低了成本。(2)在加速度傳感頭的框架和背極板之間形成的氣孔有利于傳感頭內(nèi)外空氣連通，便于調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)和品質(zhì)因數(shù)Q值。


圖I是本發(fā)明實施例硅微加速度傳感器的背極板和框架都具有通氣溝槽的結(jié)構(gòu)首1J視圖;圖2是圖I所示結(jié)構(gòu)的加速度傳感頭的頂視圖；圖3是圖I所示結(jié)構(gòu)的具有通氣溝槽的背極板的頂視圖。附圖標識10.加速度傳感頭
11.質(zhì)量塊12.彈簧(包括弾性梁、弾性振動膜或其他提供弾性回復(fù)カ的裝置)13.框架20.背極板21.檢測電極22.限位凸點30.另ー塊背極板31.檢測電極32.限位凸點33.鍵合界面邊界線40.加速度傳感器封裝結(jié)構(gòu)41.外殼42.加速度傳感器固定底座43.空腔44.通氣溝槽45.質(zhì)量塊11與背極板20之間形成的空氣隙
具體實施例方式為使本發(fā)明的優(yōu)點和特征更加清楚明白，下面參照附圖并舉實施例對本發(fā)明作進ー步描述。圖I是本發(fā)明實施例硅微加速度傳感器的背極板和加速度傳感頭上都具有通氣溝槽的結(jié)構(gòu)剖視圖。如圖I所示，本實施例中的一種硅微加速度傳感器包括ー個加速度傳感頭10、兩片背極板20和30，以及外殼41。加速度傳感頭10包括質(zhì)量塊11、框架13以及連接在質(zhì)量塊和框架之間的彈簧
12。可以在質(zhì)量塊上下表面設(shè)置金屬涂層形成電極。圖2是圖I所示結(jié)構(gòu)的加速度傳感頭的頂視圖，如圖2所示，加速度傳感頭10的頂視圖為正方形，其質(zhì)量塊11的外邊界彈簧12以及框架13的內(nèi)外邊界均為正方形且具有相同的對稱中心。彈簧12可以為ー連續(xù)膜，也可以包括弾性梁、弾性振動膜或其他提供彈性回復(fù)カ的裝置，其外邊界與框架13連接。加速度傳感頭10及其組成部分的內(nèi)外邊界也可以為圓形、正六邊形等其他中心對稱形狀，但所有邊界需要具有同一個對稱中心。質(zhì)量塊11具有上下兩個相互平行的表面，與這兩個表面平行且距離相等的平面是整個加速度傳感頭10的鏡像對稱平面，質(zhì)量塊11、彈簧12及框架13的上下均相對于這個平面鏡像對稱?？蚣?3具有與鏡像對稱平面平行的上下表面，二者之間的垂直距離大于質(zhì)量塊11上下兩表面之間的垂直距離，在框架13的表面與質(zhì)量塊11的相應(yīng)表面之間形成了一空隙?？蚣苡糜诠潭ū硺O板并且形成密閉空間。加速度傳感頭10是由ー塊單晶硅片通過一體刻蝕加工成型的，也可由單晶硅材 料構(gòu)成主體，其他部分由不同材料形成。框架13的上下相互平行的表面為鍵合表面，由易于鍵合的材料構(gòu)成，如用單晶硅、鍵合玻璃等覆蓋。在上表面制作有一定數(shù)量的通氣溝槽44。通氣溝槽44可以和質(zhì)量塊11等結(jié)構(gòu)一起加工形成，也可以在所述加速度傳感頭10成形以后，再用干法刻蝕形成。背極板20為ー表面平整的平板，背極板20的下表面制作有檢測電極21以及限位凸點22，所有的限位凸點22的高度相同。背極板20由易于鍵合的材料制成，如用單晶硅或鍵合玻璃等制成，背極板20也可以在下表面覆蓋上述易于鍵合的材料，其下表面為鍵合表面。在硅微加速度傳感器側(cè)壁，通過框架13、背極板20、30上的通氣溝槽44形成氣孔，使加速度傳感頭與背極板之間的空氣能夠通過氣孔自由流動，從而可以容易地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的Q值。這種加速度傳感器探頭可以制成電容式加速度傳感器或者光纖型加速度傳感器等。當然，氣孔也可以采取其它的本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式產(chǎn)生。圖3是圖I所示結(jié)構(gòu)的具有通氣溝槽的背極板的頂視圖。如圖3所示，背極板30為ー表面平整的平板，其上表面為鍵合表面，其材質(zhì)一般與背極板20相同。其頂視圖如圖3所示。背極板30的上表面制作有檢測電極31以及限位凸點32，其設(shè)置一般與背極板20 上的檢測電極21以及限位凸點22相同。背極板30上表面制作有通氣溝槽44，鍵合之后可以形成氣孔。通氣溝槽44的橫截面一般為矩形、梯形或V字形。通氣溝槽44的數(shù)量、位置、長度、深度可由本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員根據(jù)設(shè)計要求確定。可以同時在傳感頭框架13、背極板20,30的鍵合表面上制作所述通氣溝槽，也可以只在其中兩個或一個結(jié)構(gòu)上制作所述通氣溝槽，兩塊背極板上溝槽的設(shè)置可以相同也可以不同。但需要使背極板20、30與加速傳感頭10鍵合后形成的兩個空腔都能夠通過通氣溝槽44與加速度傳感器中的空腔43連通。背極板20、30分別與所述加速度傳感頭10采用MEMSエ藝鍵合在一起，鍵合時背極板上制作有檢測電極的一面必需與質(zhì)量塊的表面對準，兩塊背極板制作有檢測電極的表面分別與框架的上下表面鍵合。如圖3所示，鍵合后會形成鍵合界面邊界線33，鍵合界面邊界線33必需與通氣溝槽有交線，即鍵合表面上通氣溝槽的一端要露出鍵合截面，使得鍵合后加速度傳感頭內(nèi)外氣體可以通過該通氣溝槽形成的氣孔進行流動。否則，若鍵合界面邊界線33與通氣溝槽沒有交線，則鍵合后加速度傳感器封裝結(jié)構(gòu)是密封的，檢測質(zhì)量快11和背極板20之間形成的空氣隙45與加速度傳感器中的空腔43是隔離的，其中的氣體無法流動，從而無法調(diào)節(jié)品質(zhì)因數(shù)Q值。鍵合結(jié)構(gòu)形成后固定于外殼中，密封后，可形成質(zhì)量塊-彈簧-氣孔-聲學(xué)腔的加速度傳感器結(jié)構(gòu)，有利于調(diào)整加速度傳感器的品質(zhì)因數(shù)Q值。本實施例提供的一種在框架和背極板之間形成氣孔的娃微加速度傳感器，具有Q值容易調(diào)節(jié)，エ藝簡便等優(yōu)勢。顯而易見，在不偏離本發(fā)明的真實精神和范圍的前提下，在此描述的本發(fā)明可以有許多變化。因此，所有對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的改變，都應(yīng)包括在本權(quán)利要求書所涵蓋的范圍之內(nèi)。本發(fā)明所要求保護的范圍僅由所述的權(quán)利要求書進行限定。
權(quán)利要求
1.一種硅微加速度傳感器，其特征在于包括加速度傳感頭和背極板；加速度傳感頭包括框架；背極板和框架形成包圍加速度傳感頭的空間，其中在框架和背極板之間形成氣孔，使加速度傳感頭與背極板之間的空氣能夠通過氣孔自由流動。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種硅微加速度傳感器，其特征在于所述氣孔是在框架表面或背極板表面形成的通氣溝槽。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種的硅微加速度傳感器，其特征在于加速度傳感頭還包括質(zhì)量塊以及連接在質(zhì)量塊和框架之間的彈簧。
4.如權(quán)利要求3所述的ー種硅微加速度傳感器，其特征在于所述質(zhì)量塊上和/或下表面有金屬涂層形成電極。
5.如權(quán)利要求3所述的ー種硅微加速度傳感器，其特征在于所述彈簧包括弾性梁、彈性振動膜或提供弾性回復(fù)カ的裝置。
6.如權(quán)利要求I所述的ー種娃微加速度傳感器，其特征在于所述背極板表面由易于鍵合的材料制成或由易于鍵合的材料覆蓋。
7.如權(quán)利要求O所述的ー種硅微加速度傳感器，其特征在于所述背極板與加速度傳感頭采用MEMSエ藝鍵合在一起。
8.如權(quán)利要求I所述的ー種娃微加速度傳感器，其特征在于所述加速度傳感頭一體或者分體構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅微加速度傳感器，包括加速度傳感頭和背極板，加速度傳感頭包括框架，背極板和框架形成包圍加速度傳感頭的空間，在框架和背極板之間形成氣孔，從而使加速度傳感頭與背極板之間的空氣能夠通過氣孔自由流動。本發(fā)明的硅微加速度傳感器在框架和背極板之間形成氣孔，既有利于調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)又簡化了制備工藝，降低了成本。
文檔編號G01P15/125GK102645556SQ20121013556
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者喬東海, 何慶, 索智群 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所