一種抗高過(guò)載的加速度計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種抗高過(guò)載的加速度計(jì)，包括連接于玻璃襯底上的硅基體（1），硅基體中設(shè)有懸臂梁（2）及相連的質(zhì)量塊（3），其特征在于：在質(zhì)量塊的兩側(cè)硅基體中對(duì)稱設(shè)有彈性梁（6），彈性梁（6）與硅基體間設(shè)有緩沖間隙（4）。本發(fā)明與現(xiàn)有的加速度計(jì)抗高過(guò)載結(jié)構(gòu)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）本發(fā)明有效的將彈性碰撞面與緩沖間隙相結(jié)合，使得加速度計(jì)在高過(guò)載情況下，可動(dòng)結(jié)構(gòu)不易斷裂，實(shí)現(xiàn)了器件的高可靠性。（2）本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用單晶硅片材料，提高了加速度計(jì)產(chǎn)品的一致性和可靠性；加工工藝比較簡(jiǎn)單，全部利用公知的MEMS工藝技術(shù)加工，適合大批量生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種抗高過(guò)載的加速度計(jì)
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于微機(jī)械電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種MEMS加速度計(jì)抗高過(guò)載結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0003]MEMS加速度計(jì)因其體積小，質(zhì)量輕，測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于沖擊測(cè)試、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、地震波檢測(cè)、慣性技術(shù)導(dǎo)航等領(lǐng)域。其中在高強(qiáng)度振動(dòng)、高沖擊環(huán)境等苛刻情況下，加速度計(jì)受到?jīng)_擊加速度可達(dá)幾萬(wàn)g甚至幾十萬(wàn)g，對(duì)于具有可動(dòng)結(jié)構(gòu)的MEMS加速度計(jì)，其可動(dòng)結(jié)構(gòu)所承受的沖擊加速度具有一定范圍，當(dāng)沖擊加速度超過(guò)該范圍時(shí)，即發(fā)生“過(guò)載”?？蓜?dòng)結(jié)構(gòu)在無(wú)過(guò)載保護(hù)的情況下容易受到破壞而引起失效，從而影響芯片乃至整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，因此加速度計(jì)可動(dòng)結(jié)構(gòu)需要過(guò)載保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)敏感結(jié)構(gòu)在高強(qiáng)度沖擊下的安全性。目前加速度計(jì)敏感結(jié)構(gòu)只通過(guò)蓋帽控制運(yùn)動(dòng)間隙或者通過(guò)制作防撞凸點(diǎn)限制運(yùn)動(dòng)距離，從而達(dá)到抗過(guò)載的目的，不論是控制運(yùn)動(dòng)間隙還是制作防撞凸點(diǎn)，其保護(hù)結(jié)構(gòu)均為硬性碰撞面而非彈性碰撞面，可動(dòng)結(jié)構(gòu)在硬性碰撞的情況下容易斷裂，無(wú)法實(shí)現(xiàn)器件的抗高過(guò)載特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有MEMS加速度計(jì)在高過(guò)載情況下可動(dòng)部件容易斷裂的問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易加工，穩(wěn)定性好的抗高過(guò)載的加速度計(jì)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種抗高過(guò)載的加速度計(jì)，包括連接于玻璃襯底上的硅基體，硅基體的空腔中設(shè)有懸臂梁及相連的質(zhì)量塊，硅基體上面還設(shè)有蓋帽，其特征在于:在質(zhì)量塊的兩側(cè)硅基體中對(duì)稱設(shè)有彈性梁，質(zhì)量塊與彈性梁之間有活動(dòng)間隙，彈性梁與硅基體間設(shè)有緩沖間隙。
[0006]當(dāng)整體結(jié)構(gòu)受到XY平面內(nèi)任意方向的沖擊時(shí)，中間硅基可動(dòng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量塊受力，引起懸臂梁發(fā)生彎曲變形，使得質(zhì)量塊和抗過(guò)載結(jié)構(gòu)中的彈性碰撞面接觸，由于該抗高過(guò)載結(jié)構(gòu)具有彈性碰撞面和緩沖間隙，使得可動(dòng)部件在沖擊彈性碰撞面時(shí)，彈性碰撞面發(fā)生彎曲將沖擊力轉(zhuǎn)換為彈性力，保護(hù)了可動(dòng)部件。
[0007]該加速度計(jì)抗高過(guò)載結(jié)構(gòu)中，所述的質(zhì)量塊通過(guò)懸臂梁?jiǎn)味斯讨в趥鞲衅鞯闹虚g區(qū)域，或通過(guò)橋梁結(jié)構(gòu)將質(zhì)量塊利用兩根固支梁固定于傳感器中間區(qū)域。
[0008]該加速度計(jì)抗高過(guò)載結(jié)構(gòu)采用單晶硅為主材料，進(jìn)行加工。
[0009]該加速度計(jì)抗高過(guò)載結(jié)構(gòu)從工藝制造上可分為三層:襯底層、結(jié)構(gòu)層和蓋帽層。質(zhì)量塊、懸臂梁、彈性碰撞面和緩沖間隙同屬于結(jié)構(gòu)層；襯底層構(gòu)成碰撞底面；蓋帽層構(gòu)成碰撞頂面。
[0010]該加速度計(jì)抗高過(guò)載結(jié)構(gòu)的制造工藝為:首先結(jié)構(gòu)層背面刻蝕臺(tái)階；蓋帽層在襯底玻璃上制作電極；通過(guò)硅玻靜電鍵合把結(jié)構(gòu)層和襯底鍵合在一起；正面刻蝕結(jié)構(gòu)層，形成懸臂梁、質(zhì)量塊、彈性碰撞面以及緩沖間隙；蓋帽層背面刻蝕出空腔；采用苯并環(huán)丁烯(BCB)鍵合完成結(jié)構(gòu)層和蓋帽層的圓片封裝；刻蝕蓋帽層正面，露出電極。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有的加速度計(jì)抗高過(guò)載結(jié)構(gòu)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明有效的將彈性碰撞面與緩沖間隙相結(jié)合，使得加速度計(jì)在高過(guò)載情況下，可動(dòng)結(jié)構(gòu)不易斷裂，實(shí)現(xiàn)了器件的高可靠性。
[0012](2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用單晶硅片材料，提高了加速度計(jì)產(chǎn)品的一致性和可靠性；加工工藝比較簡(jiǎn)單，全部利用公知的MEMS工藝技術(shù)加工，適合大批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明掉蓋帽的俯視圖；
圖2為圖1的A-A剖面圖；
圖3為圖1的B-B剖面圖；
圖4為本發(fā)明制造工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和制造工藝做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0015](一)加速度計(jì)抗高過(guò)載結(jié)構(gòu)
參照?qǐng)D1、圖2、圖3，本發(fā)明包括:硅基體1、懸臂梁2、質(zhì)量塊3、緩沖間隙4、玻璃襯底
5、彈性梁6、苯并環(huán)丁烯(BCB)7以及蓋帽8。
[0016]所述的質(zhì)量塊3通過(guò)懸臂梁2單端固支于硅基體1，在質(zhì)量塊3的兩側(cè)對(duì)稱分布有緩沖間隙4，質(zhì)量塊3與彈性梁之間有活動(dòng)間隙，玻璃襯底5鍵合于結(jié)構(gòu)層下方。當(dāng)XY平面內(nèi)有過(guò)載情況時(shí)，使得懸臂梁2發(fā)生彎曲，導(dǎo)致質(zhì)量塊3碰撞到彈性梁6，彈性梁6彎曲后將沖擊力抵消掉，使得可動(dòng)結(jié)構(gòu)得到有效保護(hù)，苯并環(huán)丁烯(BCB) 7作為粘接介質(zhì)將蓋帽8進(jìn)行了圓片級(jí)鍵合封裝。
[0017](二)加速度計(jì)抗高過(guò)載結(jié)構(gòu)的制造工藝
圖4中圖(a) —圖(d)為加速度計(jì)抗高過(guò)載結(jié)構(gòu)的主要工藝過(guò)程，具體說(shuō)明為:
圖(a) —圖(b)為中間敏感結(jié)構(gòu)層制作:將單晶硅片I氧化形成氧化層9，光刻深腔圖形10，利用氫氟酸和氟化銨按6:1比例配比而成的腐蝕液去除打開(kāi)窗口中的二氧化硅，利用電感耦合等離子體(ICP)刻蝕形成深腔10。
[0018]圖(c) 一圖(e)最終結(jié)構(gòu)制作:利用氫氟酸和氟化銨按6:1比例配比而成的腐蝕液去除單晶硅片表面氧化層9，利用硅玻鍵合將中間敏感結(jié)構(gòu)層與玻璃襯底5鍵合于一起，接著在單晶硅片表面光刻懸臂梁、質(zhì)量塊以及緩沖間隙圖形，利用光刻膠作為阻擋層，干法刻蝕直至懸臂梁、質(zhì)量塊以及緩沖間隙釋放完全，隨后利用苯并環(huán)丁烯(BCB)鍵合完成蓋帽的圓片級(jí)封裝。
【權(quán)利要求】
1.一種抗高過(guò)載的加速度計(jì)，包括連接于玻璃襯底(5)上的硅基體(1)，硅基體(I)中的空腔中設(shè)有懸臂梁(2)及相連的質(zhì)量塊(3)，硅基體(I)上面還設(shè)有蓋帽(8)，其特征在于:在質(zhì)量塊(3)的兩側(cè)硅基體(I)中對(duì)稱設(shè)有彈性梁(6)，質(zhì)量塊(3)與彈性梁(6)之間有活動(dòng)間隙，彈性梁(6 )與硅基體間設(shè)有緩沖間隙(4 )。
【文檔編號(hào)】G01P15/00GK103529240SQ201310506796
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】王鵬, 郭群英, 黃斌, 陳璞, 何凱旋, 陳博, 王文婧, 劉磊, 汪祖民, 徐棟, 呂東鋒, 莊須葉 申請(qǐng)人:華東光電集成器件研究所