一种单片双轴蝶翼式微机械加速度计的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微机械传感器领域，尤其涉及一种单片双轴蝶翼式微机械加速度计。
【背景技术】
[0002]加速度计主要用于测量运动物体相对惯性空间的运动参数，传统的加速计受体积、重量和成本等的限制，难以在民用领域推广应用。以MEMS (微机电系统)技术为基础的微机械加速度计具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等突出优点，而广泛应用于汽车运动状态控制系统、摄像机稳定系统、运动机械控制等领域。
[0003]现有的加速度计主要分为压阻式、电压式、电容式、隧道式等，由于设计结构的不同，有能检测一个、两个或三个轴向加速度的加速度计。根据应用场合的不同，来选择不同功能的加速度计和不同的组合拼接方式，每一种都有自己的优点和局限。
[0004]尽管微机械加速度计已经变为重要的惯性器件并且取得了突破性的发展，但市场上高新设备的不断发展对其性能提出了更高的要求，扭转式加速度计是一种很好的结构，但其灵敏度、鲁棒性等受到自身结构的限制。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有较好温度稳定性、鲁棒性好、成本低廉的单片双轴蝶翼式微机械加速度计。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种单片双轴蝶翼式微机械加速度计，包括敏感硅结构和玻璃基板，所述敏感硅结构设有四件作为活动电容板的敏感质量块，所述玻璃基板上设有与所述四个敏感质量块一一对应且相对设置的固定电容板，所述敏感硅结构与玻璃基板键合连接，所述敏感硅结构还包括固定框架、支撑斜梁和梯形悬臂梁，所述四件敏感质量块分别为两件平板质量块和两件凹板质量块，所述支撑斜梁两端连接于固定框架内侧并将固定框架内侧分隔为两个区域，各区域分别设一件平板质量块和一件凹板质量块，各敏感质量块通过梯形悬臂梁连接于支撑斜梁上。
[0007]作为上述技术方案的进一步改进:
所述两件平板质量块呈中心对称结构布置，所述两件凹板质量块呈中心对称结构布置，所述两件平板质量块的质量相等，所述两件凹板质量块的质量相等，所述凹板质量块的质量小于平板质量块的质量。
[0008]所述凹板质量块上的凹槽背对所述固定电容板，各敏感质量块与固定电容板相对的一侧的面积相等。
[0009]所述固定电容板包括一块垂直加速度检测电容板和两块水平加速度检测电容板，所述垂直加速度检测电容板设于远离支撑斜梁的一侧，所述两块水平加速度检测电容板设于靠近支撑斜梁的一侧，且沿支撑斜梁的纵向布置。
[0010]所述玻璃基板上设有多个引线铝电极，各固定电容板的一块垂直加速度检测电容板和两块水平加速度检测电容板均分别连接一件引线铝电极。
[0011]所述支撑斜梁的横截面呈六边形状。
[0012]所述固定框架外侧设有一对键合锚点，所述键合锚点与玻璃基板键合连接。
[0013]所述一对键合锚点沿支撑斜梁对称设置。
[0014]所述固定框架的边缘小于玻璃基板的边缘。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下技术效果:
本发明的单片双轴蝶翼式微机械加速度计，敏感硅结构采用四件敏感质量块，将四件敏感质量块分设在支撑斜梁两侧形成了蝶翼式的结构，配合玻璃基板上一一对应的固定电容板构成差分电容，对测得的数据进行适当解算即可解算出两个轴向的加速度；同时敏感硅结构采用蝶翼式差分结构，其设计简单，安装定位方便、误差小，温度特性好，在一定量程范围内具有很高的线性度、灵敏度，并能有效提高系统鲁棒性，成本低廉。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的俯视结构示意图。
[0017]图2是本发明的立体拆分结构示意图。
[0018]图3是本发明中敏感硅结构的立体结构示意图。
[0019]图4是本发明中敏感硅结构的俯视结构示意图。
[0020]图5是图4的A-A断面放大图。
[0021]图6是本发明中玻璃基板的俯视结构示意图。
[0022]图7是本发明在受到沿斜梁方向加速度时结构发生变化的仿真示意图。
[0023]图8是本发明在受到垂直于结构表面加速度时结构发生变化的仿真示意图。
[0024]图例说明:
1、敏感硅结构；11、平板质量块；12、凹板质量块；121、凹槽；15、键合锚点；16、固定框架；17、支撑斜梁；18、梯形悬臂梁；2、玻璃基板；21、固定电容板；22、引线铝电极；211、垂直加速度检测电容板；212、水平加速度检测电容板。
【具体实施方式】
[0025]图1至图6示出了本发明的单片双轴蝶翼式微机械加速度计实施例，该微机械加速度计包括敏感硅结构I和玻璃基板2，敏感硅结构I设有四件作为活动电容板的敏感质量块，玻璃基板2上设有与四个敏感质量块一一对应且相对设置的固定电容板21，敏感硅结构I与玻璃基板2键合连接，敏感硅结构I还包括固定框架16、支撑斜梁17和梯形悬臂梁18，四件敏感质量块分别为两件平板质量块11和两件凹板质量块12，支撑斜梁17两端连接于固定框架16内侧并将固定框架16内侧分隔为两个区域，各区域分别设一件平板质量块11和一件凹板质量块12，各敏感质量块通过梯形悬臂梁18连接于支撑斜梁17上。本发明的单片双轴蝶翼式微机械加速度计，敏感硅结构I采用四件敏感质量块，将四件敏感质量块分设在支撑斜梁17两侧形成了蝶翼式的结构，配合玻璃基板2上一一对应的固定电容板21构成差分电容，对测得的数据进行适当解算即可解算出两个轴向的加速度；同时敏感硅结构I采用蝶翼式的结构，其设计简单，安装定位方便、误差小，温度特性好，在一定量程范围内具有很高的线性度、灵敏度，并能有效提高系统鲁棒性，成本低廉。
[0026]本实施例中，两件平板质量块11呈中心对称结构布置，两件凹板质量块12呈中心对称结构布置，两件平板质量块11的质量相等，两件凹板质量块12的质量相等，凹板质量块12的质量小于平板质量块11的质量。固定电容板21包括一块垂直加速度检测电容板211和两块水平加速度检测电容板212，垂直加速度检测电容板211设于远离支撑斜梁17的一侧，两块水平加速度检测电容板212设于靠近支撑斜梁17的一侧，且沿支撑斜梁17的纵向布置。玻璃基板2上设有多个引线铝电极22，各固定电容板21的一块垂直加速度检测电容板211和两块水平加速度检测电容板212均分别连接一件引线铝电极22。如图6所示，垂直加速度检测电容板211分别标记为a、b、c、d，水平加速度检测电容板212分别标记为 e、f、g、h 和 1、j、k、I。
[0027]敏感质量块将输入的加速度转