硅微谐振式加速度计的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种硅微谐振式加速度计，主要包括：一玻璃基底；硅微机械结构键合在玻璃基底表面，所述硅微机械结构包括一质量块及四个硅微机械结构单元，所述质量块为一中心对称结构，所述四个硅微机械结构单元围绕所述质量块两两对称设置；每一硅微机械结构单元包括一组谐振式双端音叉、一组微机械杠杆及一组解耦导向支撑，所述解耦导向支撑一端与所述质量块连接接收惯性力，另一端与所述微机械光杆的一力输入端相连，通过微机械杠杆的一力输出端将接收的惯性力传递给所述谐振式双端音叉。
【专利说明】硅微谐振式加速度计
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子机械系统的微惯性测量领域，具体涉及一种硅微谐振式加速度计。
【背景技术】
[0002]硅微谐振式加速度计具有稳定性高、分辨率高、动态范围大的特点，被认为是可以实现高精度测量的微电子机械系统(MEMS)惯性导航器件，在国防领域有着重要的应用。对于硅微谐振式加速度计高精度、小型化、高集成度的研究也得到开展。
[0003]然而，现有技术中的硅微谐振式加速度计存在着结构简单，解耦能力较弱、温度漂移、振动耦合等潜在问题。
【发明内容】
[0004]综上所述，确有必要提供一种能够克服上述问题的硅微谐振式加速度计。
[0005]一种硅微谐振式加速度计，主要包括:一玻璃基底；硅微机械结构键合在玻璃基底表面，所述娃微机械结构包括一质量块及四个娃微机械结构单兀，所述质量块为一中心对称结构，所述四个硅微机械结构单元围绕所述质量块两两对称设置；每一硅微机械结构单元包括一组谐振式双端音叉、一组微机械杠杆及一组解耦导向支撑，所述解耦导向支撑一端与所述质量块连接接收惯性力，另一端与所述微机械光杆的一力输入端相连，通过微机械杠杆的一力输出端将接收的惯性力传递给所述谐振式双端音叉。
[0006]与现有技术相比较，本发明提供的硅微谐振式加速度计，通过对称设计的解耦导向支撑系统，有效降低了敏感轴和正交轴的惯性力输入耦合，通过优化设计的杠杆和双端音叉键合锚区结构，有效降低了由于微机械机构和玻璃基底膨胀系数不同带来的温漂，从而提高了所述硅微谐振式加速度计的灵敏度。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本发明第一实施例提供的双轴集成硅微谐振式加速度计顶层硅微机械结构和键合锚区的平面示意图。
[0008]图2为本发明第一实施例提供的双轴集成硅微谐振式加速度计解耦导向支撑局部示意图。
[0009]图3为本发明第一实施例提供的双轴集成硅微谐振式加速度计双轴解耦示意图。
[0010]图4为本发明第一实施例提供的双轴集成硅微谐振式加速度计整体等轴侧三维立体视图。
[0011]图5为图1所述硅微谐振式加速度计中微机械杠杆的结构示意图及等效模型示意图。
[0012]图6为本发明第二实施例提供的双轴集成硅微谐振式加速度计设计平面示意图。
[0013]图7为本发明第二实施例提供的双轴集成硅微谐振式加速度计设计三维等轴侧示意图。
[0014]主要元件符号说明
【权利要求】
1.一种硅微谐振式加速度计，主要包括: 一玻璃基底； 娃微机械结构键合在玻璃基底表面，所述娃微机械结构包括一质量块及四个娃微机械结构单元，所述质量块为一中心对称结构，所述四个硅微机械结构单元围绕所述质量块两两对称设置； 每一娃微机械结构单兀包括一组谐振式双端音叉、一组微机械杠杆及一组解稱导向支撑，所述解耦导向支撑一端与所述质量块连接接收惯性力，另一端与所述微机械光杆的一力输入端相连，通过微机械杠杆的一力输出端将接收的惯性力传递给所述谐振式双端音叉。
2.如权利要求1所述的硅微谐振式加速度计，其特征在于，所述解耦导向支撑包括一对折叠梁、一根细长直梁及一导向块，所述导向块通过细长直梁与所述质量块连接，并通过所述一对折叠梁固定并约束运动。
3.如权利要求2所述的硅微谐振式加速度计，其特征在于，所述一对折叠梁对称设置与所述质量块在垂直于细长直梁方向上的两侧，每一折叠梁的一端与所述导向块相连以支撑导向块在敏感轴方向的运动，并限制导向块在正交轴方向的运动，另一端固定于所述玻璃基底上。
4.如权利要求2所述的硅微谐振式加速度计，其特征在于，所述微机械杠杆包括一支点梁设置于所述力输入端与所述力输出端之间，并靠近所述力输出端设置，以支撑所述微机械杠杆，所述支点梁及其键合锚区设置于杠杆靠近中心对称轴的一侧，利用玻璃与硅热膨胀系数不同引入的输出变化平衡杨氏模量随温度变化引入的输出变化。
5.如权利要求2所述的硅微谐振式加速度计，其特征在于，所述细长直梁的一端与所述质量块连接，另一端与所述微机械杠杆的力输入端连接以输入惯性力至谐振式双端音叉。
6.如权利要求1所述的硅微谐振式加速度计，其特征在于，所述谐振式双端音叉包括两个对称设置的谐振梁，并在两对驱动电极及检测电极的控制下振动在反相模态。
7.如权利要求1所述的微谐振式加速度计，其特征在于，所述质量块为正方形结构，所述正方形结构的四边均设置有一凹口，所述四个凹口相对于所述正方形的对称轴完全对称设置，所述谐振式双端音叉设置于所述凹口中，每一硅微机械结构单元包括两组微机械杠杆及两组解耦导向支撑对称分布于谐振式双端音叉中心轴线的两侧。
8.如权利要求1所述的硅微谐振式加速度计，其特征在于，所述硅微机械结构通过多个键合锚区键合于所述玻璃基底表面。
9.如权利要求1所述的硅微谐振式加速度计，其特征在于，所述质量块为一“十”字状结构，所述质量块包括四个凸棱分别沿相互垂直的X轴及I轴延伸，所述四组谐振式双端音叉分别设置于所述交叉的凸棱形成的区域内，且围绕所述质量块的中心对称设置，每一谐振式双端音叉的一端通过一微机械杠杆与凸棱的一端连接。
10.如权利要求9所述的硅微谐振式加速度计，其特征在于，与所述质量块在X方向上的凸棱两端相连的谐振式双端音叉具有不同的谐振频率，与所述质量块在y方向上的凸棱两端相连的谐振式双端音叉具有不同的谐振频率。
【文档编号】G01P15/097GK103901225SQ201410129549
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】董景新, 赵淑明, 刘云峰 申请人:清华大学