一種折疊梁式高靈敏度微機械加速度計的制作方法
【專利摘要】一種折疊梁式高靈敏度微機械加速度計，包括上蓋、敏感硅結(jié)構(gòu)和下蓋，上蓋設(shè)有上固定電容板，下蓋設(shè)有下固定電容板，敏感硅結(jié)構(gòu)包括固定框架、敏感質(zhì)量塊和折疊梁，固定框架各側(cè)邊均設(shè)有應(yīng)力釋放槽，固定框架于應(yīng)力釋放槽與固定框架內(nèi)側(cè)之間形成匹配梁，敏感質(zhì)量塊設(shè)于固定框架中間，并通過折疊梁連接于匹配梁上，上固定電容板包括上檢測電極和上匹配電極，上匹配電極圍設(shè)于上檢測電極四周，下固定電容板包括下檢測電極和下匹配電極，下匹配電極圍設(shè)于下檢測電極四周，敏感質(zhì)量塊位于上檢測電極和下檢測電極之間，匹配梁位于上匹配電極和下匹配電極之間。該折疊梁式高靈敏度微機械加速度計具有結(jié)構(gòu)簡單、制備方便、成本低廉、溫度漂移小的優(yōu)點。
【專利說明】一種折疊梁式高靈敏度微機械加速度計

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機械傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種折疊梁式高靈敏度微機械加速度
i+o

【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)加速度計相比，以MEMS技術(shù)為基礎(chǔ)的微機械加速度計具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高等突出優(yōu)點，從而廣泛應(yīng)用于汽車運動狀態(tài)控制系統(tǒng)、攝像機穩(wěn)定系統(tǒng)、運動機械控制等領(lǐng)域，高靈敏度加速度計作為精確控制系統(tǒng)不可或缺的部件，其作用也越來越顯著。
[0003]目前，提高加速度計靈敏度的方式主要有以下幾種，分別為減小電極間隙、減小支撐梁剛度、增大可動質(zhì)量塊質(zhì)量等，其中減小電極間隙容易導(dǎo)致相對加工誤差的增大，增大可動質(zhì)量塊質(zhì)量不利于減小結(jié)構(gòu)整體尺寸，減小支撐梁剛度的方法最為可行。通常減小支撐梁剛度的方法有減小厚度和增大長度，折疊梁結(jié)構(gòu)因其既能避免梁過細導(dǎo)致易損壞又能保證占用較小的空間而得到廣泛采用。然而支撐梁剛度減小后，溫度漂移的影響更為明顯，從而影響檢測的準確性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制備方便、成本低廉、溫度漂移小的折疊梁式高靈敏度微機械加速度計。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種折疊梁式高靈敏度微機械加速度計，包括上蓋、敏感硅結(jié)構(gòu)和下蓋，所述上蓋上設(shè)有上固定電容板，所述下蓋上設(shè)有下固定電容板，所述敏感硅結(jié)構(gòu)設(shè)于上固定電容板和下固定電容板之間，所述敏感硅結(jié)構(gòu)包括固定框架、敏感質(zhì)量塊和折疊梁，所述固定框架各側(cè)邊均設(shè)有應(yīng)力釋放槽，所述固定框架于應(yīng)力釋放槽與固定框架內(nèi)側(cè)之間形成匹配梁，所述敏感質(zhì)量塊設(shè)于固定框架中間，并通過折疊梁連接于匹配梁上，所述上固定電容板包括上檢測電極和上匹配電極，上匹配電極圍設(shè)于上檢測電極四周，所述下固定電容板包括下檢測電極和下匹配電極，下匹配電極圍設(shè)于下檢測電極四周，所述敏感質(zhì)量塊位于上檢測電極和下檢測電極之間，所述匹配梁位于上匹配電極和下匹配電極之間。
[0006]作為上述技術(shù)方案的進一步改進:
所述折疊梁為蛇形梁。
[0007]所述敏感質(zhì)量塊與各匹配梁之間連接有兩件折疊梁。
[0008]所述兩件折疊梁的水平位置相互錯開，且上下錯層布置。
[0009]所述固定框架的各側(cè)邊固連有連接錨點。
[0010]所述下蓋上設(shè)有上檢測電極引腳、上匹配電極引腳、下檢測電極引腳和下匹配電極引腳，所述固定框架的角部外側(cè)設(shè)有可導(dǎo)電的硅導(dǎo)通塊，上檢測電極引腳與上檢測電極連接，上匹配電極引腳與上匹配電極連接，下檢測電極引腳經(jīng)一硅導(dǎo)通塊與下檢測電極連接，下匹配電極引腳經(jīng)另一硅導(dǎo)通塊與下匹配電極連接。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
本發(fā)明的折疊梁式高靈敏度微機械加速度計，結(jié)構(gòu)簡單，便于采用濕法腐蝕工藝進行加工，加工精度高，且成本低廉；另外通過設(shè)置匹配梁現(xiàn)了溫度變化時的自平衡，當(dāng)溫度變化時，應(yīng)力作用使匹配梁攜帶敏感質(zhì)量塊整體發(fā)生上下方向的位移，從而使匹配電容的間隙發(fā)生變化，通過差分即可得到溫度造成的位移大小，以便從檢測結(jié)果中消除溫度造成的影響，減少系統(tǒng)溫度漂移，提高系統(tǒng)的檢測精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的拆分立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明敏感硅結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明上蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖5是本發(fā)明下蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖例說明:
1、上蓋；10、上固定電容板；101、上檢測電極；102、上匹配電極；2、敏感硅結(jié)構(gòu)；21、固定框架；22、敏感質(zhì)量塊；23、折疊梁；24、應(yīng)力釋放槽；25、匹配梁；26、連接錨點；3、下蓋；30、下固定電容板；301、下檢測電極；302、下匹配電極；31、上檢測電極引腳；32、上匹配電極引腳；33、下檢測電極引腳；34、下匹配電極引腳；4、硅導(dǎo)通塊。

【具體實施方式】
[0018]圖1至圖5示出了本發(fā)明的一種折疊梁式高靈敏度微機械加速度計實施例，該微機械加速度計包括上蓋1、敏感娃結(jié)構(gòu)2和下蓋3，上蓋I上設(shè)有上固定電容板10，下蓋3上設(shè)有下固定電容板30，敏感娃結(jié)構(gòu)2設(shè)于上固定電容板10和下固定電容板30之間，敏感硅結(jié)構(gòu)2包括固定框架21、敏感質(zhì)量塊22和折疊梁23，固定框架21各側(cè)邊均設(shè)有應(yīng)力釋放槽24，固定框架21于應(yīng)力釋放槽24與固定框架21內(nèi)側(cè)之間形成匹配梁25，敏感質(zhì)量塊22設(shè)于固定框架21中間，并通過折疊梁23連接于匹配梁25上，上固定電容板10包括上檢測電極101和上匹配電極102，上匹配電極102圍設(shè)于上檢測電極101四周，下固定電容板30包括下檢測電極301和下匹配電極302，下匹配電極302圍設(shè)于下檢測電極301四周，敏感質(zhì)量塊22位于上檢測電極101和下檢測電極301之間，匹配梁25位于上匹配電極102和下匹配電極302之間。本發(fā)明的折疊梁式高靈敏度微機械加速度計，結(jié)構(gòu)簡單，便于采用濕法腐蝕工藝進行加工，通過設(shè)置匹配梁25實現(xiàn)了溫度變化時的自平衡，當(dāng)溫度變化時，應(yīng)力作用使匹配梁25攜帶敏感質(zhì)量塊22整體發(fā)生上下方向的位移，從而使匹配電容的間隙發(fā)生變化，通過差分即可得到溫度造成的位移大小，以便從檢測結(jié)果中消除溫度造成的影響，減少系統(tǒng)溫度漂移，提高系統(tǒng)的檢測精度。
[0019]本實施例中，折疊梁23為蛇形梁，大大減小了支撐梁剛度，可有效提高微機械加速度計的靈敏度，敏感質(zhì)量塊22與各匹配梁25之間連接有兩件折疊梁23，兩件折疊梁23的水平位置相互錯開，且上下錯層布置，降低了加速度計的交叉耦合靈敏度，提高了測量精度。
[0020]本實施例中，固定框架21的各側(cè)邊固連有連接錨點26，下蓋3上設(shè)有上檢測電極引腳31、上匹配電極引腳32、下檢測電極引腳33和下匹配電極引腳34，固定框架21的角部外側(cè)設(shè)有可導(dǎo)電的硅導(dǎo)通塊4，上檢測電極引腳31與上檢測電極101連接，上匹配電極引腳32與上匹配電極102連接，下檢測電極引腳33經(jīng)一硅導(dǎo)通塊4與下檢測電極301連接，下匹配電極引腳34經(jīng)另一硅導(dǎo)通塊4與下匹配電極302連接，上蓋I的兩個電極通過可導(dǎo)電的硅導(dǎo)通塊4傳遞到下蓋3輸出，進而實現(xiàn)全部引線均處于下蓋3，方便加工和封裝。
[0021]本實施例中，敏感硅結(jié)構(gòu)2由預(yù)埋濕法腐蝕加工工藝制作，具體加工流程如下:
51:在單晶硅片表面通過熱氧化生長一層S12層作為掩膜層；
52:第一次對二氧化硅層進行雙面勻膠光刻，并制作一次掩膜圖案；
53:二氧化硅層的第二次雙面勻膠光刻，精確控制S1Jl腐蝕時間制作二次預(yù)埋掩膜圖案，此時3102掩膜的厚度維持在整個S12層厚度的一半；
54:進行單晶硅的濕法腐蝕至特定深度；
55:二氧化硅層整體減薄，打開二次預(yù)埋的掩膜層；
56:繼續(xù)進行濕法腐蝕，直至結(jié)構(gòu)完全釋放；
57:去除二氧化硅層，得到微加速度計的硅結(jié)構(gòu)。
[0022]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神實質(zhì)和技術(shù)方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種折疊梁式高靈敏度微機械加速度計，包括上蓋(1)、敏感硅結(jié)構(gòu)(2)和下蓋(3)，所述上蓋(I)上設(shè)有上固定電容板(10)，所述下蓋(3)上設(shè)有下固定電容板(30)，所述敏感娃結(jié)構(gòu)(2)設(shè)于上固定電容板(10)和下固定電容板(30)之間，其特征在于:所述敏感娃結(jié)構(gòu)(2)包括固定框架(21)、敏感質(zhì)量塊(22)和折疊梁(23)，所述固定框架(21)各側(cè)邊均設(shè)有應(yīng)力釋放槽(24)，所述固定框架(21)于應(yīng)力釋放槽(24)與固定框架(21)內(nèi)側(cè)之間形成匹配梁(25)，所述敏感質(zhì)量塊(22)設(shè)于固定框架(21)中間，并通過折疊梁(23)連接于匹配梁(25)上，所述上固定電容板(10)包括上檢測電極(101)和上匹配電極(102)，上匹配電極(102)圍設(shè)于上檢測電極(101)四周，所述下固定電容板(30)包括下檢測電極(301)和下匹配電極(302)，下匹配電極(302)圍設(shè)于下檢測電極(301)四周，所述敏感質(zhì)量塊(22)位于上檢測電極(101)和下檢測電極(301)之間，所述匹配梁(25)位于上匹配電極(102)和下匹配電極(302)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊梁式高靈敏度微機械加速度計，其特征在于:所述折疊梁(23)為蛇形梁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的折疊梁式高靈敏度微機械加速度計，其特征在于:所述敏感質(zhì)量塊(22)與各匹配梁(25)之間連接有兩件折疊梁(23)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的折疊梁式高靈敏度微機械加速度計，其特征在于:所述兩件折疊梁(23)的水平位置相互錯開，且上下錯層布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的折疊梁式高靈敏度微機械加速度計，其特征在于:所述固定框架(21)的各側(cè)邊固連有連接錨點(26)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的折疊梁式高靈敏度微機械加速度計，其特征在于:所述下蓋(3)上設(shè)有上檢測電極引腳(31)、上匹配電極引腳(32)、下檢測電極引腳(33)和下匹配電極引腳(34)，所述固定框架(21)的角部外側(cè)設(shè)有可導(dǎo)電的硅導(dǎo)通塊(4)，上檢測電極引腳(31)與上檢測電極(101)連接，上匹配電極引腳(32)與上匹配電極(102)連接，下檢測電極引腳(33)經(jīng)一硅導(dǎo)通塊(4)與下檢測電極(301)連接，下匹配電極引腳(34)經(jīng)另一下匹配電極引腳(34)下匹配電極(302)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的折疊梁式高靈敏度微機械加速度計，其特征在于:所述下蓋(3)上設(shè)有上檢測電極引腳(31)、上匹配電極引腳(32)、下檢測電極引腳(33)和下匹配電極引腳(34)，所述固定框架(21)的角部外側(cè)設(shè)有可導(dǎo)電的硅導(dǎo)通塊(4)，上檢測電極引腳(31)與上檢測電極(101)連接，上匹配電極引腳(32)與上匹配電極(102)連接，下檢測電極引腳(33)經(jīng)一硅導(dǎo)通塊(4)與下檢測電極(301)連接，下匹配電極引腳(34)經(jīng)另一硅導(dǎo)通塊(4)與下匹配電極(302)連接。
【文檔編號】G01P15/125GK104502629SQ201410825165
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月27日
【發(fā)明者】肖定邦, 侯占強, 吳學(xué)忠, 李青松, 陳志華, 王興華, 張旭, 李文印, 吳宇列 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)