硅微机械加速度计的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种硅微机械加速度计，包括：敏感装置、第一支撑梁、应力缓冲装置、第二支撑梁、键合锚区和基底，其中，敏感装置通过第一支撑梁与应力缓冲装置相连；应力缓冲装置通过第二支撑梁与键合锚区相连；键合锚区与基底键合连接。本发明提出的硅微机械加速度计能够降低传感器零位输出随环境温度和外界应力变化的漂移，提高硅微机械加速度计的综合精度和环境适应性。
【专利说明】硅微机械加速度计
【技术领域】
[0001]本发明涉及微机械惯性仪表【技术领域】，特别涉及一种硅微机械加速度计。
【背景技术】
[0002]硅微机械加速度计在汽车、消费电子、武器制导等军民领域具有广泛的应用前景。硅微机械加速度计的微结构通常包含敏感质量以及支撑敏感质量的弹性梁。通过敏感输入加速度引起的惯性力，微机械加速度计将加速度信号转换成电学信号。作为一种力敏感器件，环境温度变化和传感器封装、使用安装造成的应力变化均会引起加速度计零位输出漂移，降低传感器的综合精度。
[0003]目前，一种相关技术方案通过减少管壳底部与芯片的接触面积来减少由封装传递到芯片的应力，另一种方案为降低封装应力的方法，管壳粘片区额外使用较低弹性模量的材料制造。上述两种技术方案均为封装的改善方法，但是需要增加模具制造费用。还有一种技术方案通过在玻璃基底上刻蚀L型折叠梁，作为MEMS器件的隔离平台以提供应力缓冲作用，但该方法存在工艺复杂、成本高等不足。
【发明内容】
[0004]本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现作出的:硅微机械加速度计在开环工作状态下时，敏感质量的位移带动弹性梁发生弹性形变，产生与惯性力平衡的回复力。发明人发现，硅微机械加速度计零位输出漂移的主要原因在于:弹性梁端部通过锚区键合在玻璃或硅基底上，形成固支连接，外界应力变化经过封装管壳、粘片胶的传导后，通过键合位置直接作用在加速度计的敏感质量上，从而引起加速度计微结构的变形，造成传感器零位输出漂移，从而降低传感器的综合精度。
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0006]为此，本发明的目的在于提出一种硅微机械加速度计，该硅微机械加速度计能够降低传感器零位输出随环境温度和外界应力变化的漂移，提高传感器的综合精度和环境适应性。
[0007]为了实现上述目的，本发明提出了一种硅微机械加速度计，包括:敏感装置、第一支撑梁、应力缓冲装置、第二支撑梁、键合锚区和基底，其中，所述敏感装置通过所述第一支撑梁与所述应力缓冲装置相连；所述应力缓冲装置通过所述第二支撑梁与所述键合锚区相连；所述键合锚区与所述基底键合连接。
[0008]根据本发明实施例的硅微机械加速度计，增加了应力缓冲装置，由基底传导的应力经过应力缓冲装置缓冲后再传递到第一支撑梁上，因此，环境应力及其不均匀性仅反映到应力缓冲装置及第二支撑梁的变形上，从而降低了加速度计敏感结构受环境应力的影响。换言之，本发明的硅微机械加速度计能够有效减小环境温度、封装或传感器安装情况造成的应力变化对其敏感结构的影响，降低了传感器的零位漂移，因此，具有较高的综合精度和环境适应性。[0009]另外，根据本发明上述实施例的硅微机械加速度计还可以具有如下附加的技术特征:
[0010]在一些示例中，所述敏感装置包括活动梳齿和固定梳齿，所述检测装置用于在外界输入加速度信号时，根据所述活动梳齿和所述固定梳齿之间的电容变化，将所述加速度信号转换为电信号。
[0011]在一些示例中，所述第二支撑梁的机械刚度远大于所述第一支撑梁的刚度。
[0012]在一些示例中，所述基底为玻璃或硅构成的基底。
[0013]在一些示例中，敏感装置与所述应力缓冲装置的构成材料相同。
[0014]在一些示例中，所述硅微机械加速度计的机械刚度为:
【权利要求】
1.一种硅微机械加速度计，其特征在于:包括:敏感装置、第一支撑梁、应力缓冲装置、第二支撑梁、键合锚区、基底和检测装置，其中， 所述敏感装置通过所述第一支撑梁与所述应力缓冲装置相连； 所述应力缓冲装置通过所述第二支撑梁与所述键合锚区相连； 所述键合锚区与所述基底键合连接。
2.根据权利要求1所述的硅微机械加速度计，其特征在于，所述敏感装置包括活动梳齿和固定梳齿。
3.根据权利要求2所述的硅微机械加速度计，其特征在于，所述第二支撑梁的机械刚度远大于所述第一支撑梁的机械刚度。
4.根据权利要求3所述的硅微机械加速度计，其特征在于，所述基底为玻璃或硅构成的基底。
5.根据权利要求1-4任一项所述的硅微机械加速度计，其特征在于，所述敏感装置与所述应力缓冲装置的构成材料相同。
6.根据权利要求3所述的硅微机械加速度计，其特征在于，所述硅微机械加速度计的机械刚度为:
7.根据权利要求6所述的硅微机械加速度计，其特征在于，所述敏感装置位移作为输出的传递函数为:
8.根据权利要求7所述的硅微机械加速度计，其特征在于，当外界输入加速度信号时，所述敏感装置相对于所述基底的位移响应的稳态值为:
【文档编号】G01P15/125GK103983807SQ201410206166
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】陶永康, 刘云峰, 董景新 申请人:清华大学