抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计的制作方法

文档序号:12658012阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计,其特征在于:所述加速度计主要由封装外壳(14)和布置在封装外壳(14)中的微机械加速度敏感单元(1)和光学微位移测量单元(2)组成,微机械加速度敏感单元(1)位于光学微位移测量单元(2)正下方;所述微机械加速度敏感单元(1)从上到下依次为光栅(3)、质量块-悬臂梁-硅基底微机械结构和下限位板(8),所述的光学微位移测量单元(2)和微机械加速度敏感单元(1)均通过聚合物固定封装材料(13)封装在封装外壳(14)中。

2.根据权利要求1所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计,其特征在于:所述的光栅(3)材料为透明的石英片,上面镀有铬膜,并通过电子束曝光和刻蚀的方法制作出占空比为1:1的刻线作为光栅结构。

3.根据权利要求1所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计,其特征在于:所述质量块-悬臂梁-硅基底微机械结构包括硅基底(4)、质量块(6)和悬臂梁(7),光栅(3)置于硅基底(4)顶面,硅基底(4)中心开有方形通槽,质量块(6)置于方形通槽中,光栅(3)和质量块(6)上表面严格平行,质量块(6)四周侧面分别经各自的悬臂梁(7)与方形通槽的内侧面连接,各个悬臂梁(7)结构相同并以质量块(6)中心呈中心对称分布在质量块(6)四周,硅基底(4)底面置于下限位板(8)上,下限位板(8)中位于方形通槽正下方的部分采用柔性微限位结构;质量块(6)上表面镀有高反膜(5),高反膜(5)与光栅(3)构成微纳光腔。

4.根据权利要求3所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计,其特征在于:所述的光栅(3)和质量块-悬臂梁-硅基底微机械结构的硅基底(4)上表面通过硅玻璃阳极键合,质量块-悬臂梁-硅基底微机械结构的硅基底(4)下表面和下限位板(8)通过硅硅键合。

5.根据权利要求3所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计,其特征在于:所述下限位板(8)的柔性微限位结构为开设在下限位板(8)上部的多层间隔层叠布置的单晶硅厚膜(24),每层单晶硅厚膜(24)的厚度为20~50μm,面积与方形通槽大小相同,相邻层单晶硅厚膜(24)之间有0.5~1μm的空气间隙(23),最上层的单晶硅厚膜(24)上覆盖有聚对二甲苯薄膜(22)作为柔性缓冲层。

6.根据权利要求1所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计,其特征在于:所述光学微位移测量单元(2)包括VCSEL激光器(9)、光电探测器一(10)、光电探测器二(11)和信号处理电路(12),VCSEL激光器(9)固定在光栅(3)中间正上方的封装外壳(14)内顶面,光电探测器一(10)和光电探测器二(11)固定在光栅(3)同一侧方的封装外壳(14)内顶面,信号处理电路(12)固定在光栅(3)另一侧方的封装外壳(14)内顶面;VCSEL激光器(9)出射激光(15)垂直入射到光栅(3)表面,经光栅(3)和质量块-悬臂梁-硅基底微机械结构反射衍射后的出射光被光电探测器一(10)和光电探测器二(11)接收,光电探测器一(10)和光电探测器二(11)中的其中一个光电探测器置于从光栅(3)出射的第一级干涉衍射光束(16)上。

7.根据权利要求1所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计,其特征在于:所述的质量块(6)厚度为悬臂梁(7)厚度的20~60倍,质量块(6)上下表面经过对称刻蚀使得其厚度稍小于硅基底(4)的厚度,为质量块(6)与上下限位板间提供空气间隙。

8.根据权利要求1所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计,其特征在于:静止状态下,所述悬臂梁(7)、所述质量块(6)和所述硅基底(4)三者的中心平面重合。

9.根据权利要求1、3或4所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计,其特征在于:所述的质量块-悬臂梁-硅基底微机械结构采用SOI基片制作,SOI基片采用高度对称的五层基片,五层基片从上到下分别为基底层一(17)、阻挡层一(18)、器件层(19)、阻挡层二(20)和基底层二(21),其中阻挡层一(18)和阻挡层二(20)为二氧化硅材料,基底层一(17)、基底层二(21)和器件层(19)均为单晶硅材料,悬臂梁(7)由SOI基片中的单晶硅器件层(19)制作,悬臂梁(7)厚度等于SOI基片中单晶硅器件层(19)的厚度。

10.根据权利要求1所述的一种抗大冲击的高精度微光机电系统加速度计,其特征在于:所述的VCSEL激光器(9)的工作波长根据光栅(3)栅线的周期选择,工作波长为光栅(3)栅线周期的1/5~1/2。

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