矽微機械加速度計的製作方法
2024-01-26 23:26:15 1
矽微機械加速度計的製作方法
【專利摘要】本發明提出一種矽微機械加速度計，包括：敏感裝置、第一支撐梁、應力緩衝裝置、第二支撐梁、鍵合錨區和基底，其中，敏感裝置通過第一支撐梁與應力緩衝裝置相連；應力緩衝裝置通過第二支撐梁與鍵合錨區相連；鍵合錨區與基底鍵合連接。本發明提出的矽微機械加速度計能夠降低傳感器零位輸出隨環境溫度和外界應力變化的漂移，提高矽微機械加速度計的綜合精度和環境適應性。
【專利說明】矽微機械加速度計
【技術領域】
[0001]本發明涉及微機械慣性儀表【技術領域】，特別涉及一種矽微機械加速度計。
【背景技術】
[0002]矽微機械加速度計在汽車、消費電子、武器制導等軍民領域具有廣泛的應用前景。矽微機械加速度計的微結構通常包含敏感質量以及支撐敏感質量的彈性梁。通過敏感輸入加速度引起的慣性力，微機械加速度計將加速度信號轉換成電學信號。作為一種力敏感器件，環境溫度變化和傳感器封裝、使用安裝造成的應力變化均會引起加速度計零位輸出漂移，降低傳感器的綜合精度。
[0003]目前，一種相關技術方案通過減少管殼底部與晶片的接觸面積來減少由封裝傳遞到晶片的應力，另一種方案為降低封裝應力的方法，管殼粘片區額外使用較低彈性模量的材料製造。上述兩種技術方案均為封裝的改善方法，但是需要增加模具製造費用。還有一種技術方案通過在玻璃基底上刻蝕L型摺疊梁，作為MEMS器件的隔離平臺以提供應力緩衝作用，但該方法存在工藝複雜、成本高等不足。
【發明內容】
[0004]本申請是基於發明人對以下事實和問題的發現作出的:矽微機械加速度計在開環工作狀態下時，敏感質量的位移帶動彈性梁發生彈性形變，產生與慣性力平衡的回覆力。發明人發現，矽微機械加速度計零位輸出漂移的主要原因在於:彈性梁端部通過錨區鍵合在玻璃或矽基底上，形成固支連接，外界應力變化經過封裝管殼、粘片膠的傳導後，通過鍵合位置直接作用在加速度計的敏感質量上，從而引起加速度計微結構的變形，造成傳感器零位輸出漂移，從而降低傳感器的綜合精度。
[0005]本發明旨在至少在一定程度上解決上述相關技術中的技術問題之一。
[0006]為此，本發明的目的在於提出一種矽微機械加速度計，該矽微機械加速度計能夠降低傳感器零位輸出隨環境溫度和外界應力變化的漂移，提高傳感器的綜合精度和環境適應性。
[0007]為了實現上述目的，本發明提出了一種矽微機械加速度計，包括:敏感裝置、第一支撐梁、應力緩衝裝置、第二支撐梁、鍵合錨區和基底，其中，所述敏感裝置通過所述第一支撐梁與所述應力緩衝裝置相連；所述應力緩衝裝置通過所述第二支撐梁與所述鍵合錨區相連；所述鍵合錨區與所述基底鍵合連接。
[0008]根據本發明實施例的矽微機械加速度計，增加了應力緩衝裝置，由基底傳導的應力經過應力緩衝裝置緩衝後再傳遞到第一支撐梁上，因此，環境應力及其不均勻性僅反映到應力緩衝裝置及第二支撐梁的變形上，從而降低了加速度計敏感結構受環境應力的影響。換言之，本發明的矽微機械加速度計能夠有效減小環境溫度、封裝或傳感器安裝情況造成的應力變化對其敏感結構的影響，降低了傳感器的零位漂移，因此，具有較高的綜合精度和環境適應性。[0009]另外，根據本發明上述實施例的矽微機械加速度計還可以具有如下附加的技術特徵:
[0010]在一些示例中，所述敏感裝置包括活動梳齒和固定梳齒，所述檢測裝置用於在外界輸入加速度信號時，根據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換為電信號。
[0011]在一些示例中，所述第二支撐梁的機械剛度遠大於所述第一支撐梁的剛度。
[0012]在一些示例中，所述基底為玻璃或矽構成的基底。
[0013]在一些示例中，敏感裝置與所述應力緩衝裝置的構成材料相同。
[0014]在一些示例中，所述矽微機械加速度計的機械剛度為:
【權利要求】
1.一種矽微機械加速度計，其特徵在於:包括:敏感裝置、第一支撐梁、應力緩衝裝置、第二支撐梁、鍵合錨區、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力緩衝裝置相連； 所述應力緩衝裝置通過所述第二支撐梁與所述鍵合錨區相連； 所述鍵合錨區與所述基底鍵合連接。
2.根據權利要求1所述的矽微機械加速度計，其特徵在於，所述敏感裝置包括活動梳齒和固定梳齒。
3.根據權利要求2所述的矽微機械加速度計，其特徵在於，所述第二支撐梁的機械剛度遠大於所述第一支撐梁的機械剛度。
4.根據權利要求3所述的矽微機械加速度計，其特徵在於，所述基底為玻璃或矽構成的基底。
5.根據權利要求1-4任一項所述的矽微機械加速度計，其特徵在於，所述敏感裝置與所述應力緩衝裝置的構成材料相同。
6.根據權利要求3所述的矽微機械加速度計，其特徵在於，所述矽微機械加速度計的機械剛度為:
7.根據權利要求6所述的矽微機械加速度計，其特徵在於，所述敏感裝置位移作為輸出的傳遞函數為:
8.根據權利要求7所述的矽微機械加速度計，其特徵在於，當外界輸入加速度信號時，所述敏感裝置相對於所述基底的位移響應的穩態值為:
【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 優先權日:2014年5月15日
【發明者】陶永康, 劉雲峰, 董景新 申請人:清華大學