一种低耦合的自限位压阻式加速度传感器的制作方法

1.本实用新型属于加速度传感器技术领域，尤其涉及一种低耦合的自限位压阻式加速度传感器。


背景技术：

2.微传感器使用的敏感原件原理包括电容、压电、压阻、热电偶、谐振、隧道电流变化等。其中惯性传感器和压力传感器是目前应用最广泛的传感器。
3.压阻式传感器以单晶硅材料的压阻效应为基础，常用的结构是梁一质量块结构。质量块通过悬臂梁或连接梁支撑悬挂，通过离子注入或扩散工艺在梁上沿晶向制作压敏电阻。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。当传感器感受到惯性力时，使质量块产生偏移，带动支撑梁发生扭曲或弯曲等形变，在电阻中产生应力变化，从而引起压敏电阻阻值的变化，利用适当的外围电路(一般为惠斯通电桥形式)将这种变化转换为可测量信号如电压、电流等形式输出，经过标定就可建立输出信号与被测加速度之间的关系，从而测量加速度。
4.压阻式加速度传感器从最初的悬臂梁结构到目前的四梁、五梁以及四梁一双质量块结构，可知在提高器件灵敏度的同时，使其具有较高的固有频率是传感器发展的宗旨。虽然微加工工艺日趋成熟，理论研究水平不断进步，但仍有一些难题没有完全解决。如：如何采用合理的结构实现结构在各方向解耦，实现对横向干扰的抑制，以及如何有效抵抗冲击载荷等。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例的目的在于提供一种低耦合的自限位压阻式加速度传感器，旨在解决上述背景技术中提出的问题。
6.本实用新型实施例是这样实现的，一种低耦合的自限位压阻式加速度传感器，包括惯性力敏感检测层，所述惯性力敏感检测层的上下两侧均安装有保护盖板，所述惯性力敏感检测层包括安装块，所述安装块中开设有扇形的自限位卡槽，所述自限位卡槽中安装有扇形的质量块，所述质量块靠近圆心角的一端连接有敏感梁，敏感梁为全通窄臂结构，所述安装块上还设置有引线端子台，所述引线端子台包括多个引线端子，所述引线端子台通过引线连接有两个参考电阻和两个工作电阻，所述工作电阻设置于敏感梁上。
7.进一步的技术方案，两个所述工作电阻通过离子注入的方式安装在敏感梁上。
8.进一步的技术方案，两个所述参考电阻通过离子注入方式安装在安装块上。
9.进一步的技术方案，两个所述保护盖板的材质为玻璃。
10.进一步的技术方案，两个所述保护盖板均通过对位硅-玻璃阳极键合的方式与安装块连接。
11.本实用新型实施例提供的一种低耦合的自限位压阻式加速度传感器，整体结构简单，成本低，线性度好，灵敏度高且具有自限位抗冲击载荷能力。解决了大量程加速度计轴
间解耦困难、难于实现过载保护的技术难题。同时通过对梁结构参数的优化以及限位机构的融合，使加速度计的高灵敏度、低耦合度和高抗过载实现了有机结合。
附图说明
12.图1为本实用新型实施例提供的一种低耦合的自限位压阻式加速度传感器的结构示意图；
13.图2为本实用新型实施例提供的一种低耦合的自限位压阻式加速度传感器中的惯性力敏感检测层的结构示意图；
14.图3为本实用新型实施例提供的一种低耦合的自限位压阻式加速度传感器中的a处放大图。
15.附图中：惯性力敏感检测层1；保护盖板2；质量块3；自限位卡槽4；敏感梁5；引线端子台6；引线7；参考电阻8；工作电阻9；安装块10。
具体实施方式
16.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
17.以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行详细描述。
18.如图1-3所示，为本实用新型一个实施例提供的一种低耦合的自限位压阻式加速度传感器，包括惯性力敏感检测层1，所述惯性力敏感检测层1的上下两侧均安装有保护盖板2，所述惯性力敏感检测层1包括安装块10，所述安装块10中开设有扇形的自限位卡槽4，所述自限位卡槽4中安装有扇形的质量块3，所述质量块3靠近圆心角的一端连接有敏感梁5，敏感梁5为全通窄臂结构，所述安装块10上还设置有引线端子台6，所述引线端子台6包括多个引线端子，所述引线端子台6通过引线7连接有两个参考电阻8和两个工作电阻9，所述工作电阻9设置于敏感梁5上。
19.在本实用新型实施例中，整体结构上以三明治式的叠层密封保护，整个质量块3的结构简单，质量块3关于敏感梁5对称分布，敏感梁5在工作方向惯性矩很小，刚度低，从而在工作方向提供较高的应力应变灵敏度，在非工作方向惯性矩大，刚度高，能够有效抑制非工作方向惯性力激发的应变干扰。
20.两个工作电阻9通过离子注入的方式制作在敏感梁5上，另两个参考电阻8也是通过离子注入方式制作在安装块10上，相互连接后通过引线端子台6实现对外全桥输出。自限位卡槽4能够在质量块3出现超量程大位移时，通过与质量块3边缘曲线法向垂直接触，增大接触面积减小应力集中，起到限位保护作用。
21.本发明可以通过改变质量块3的大小、敏感梁5的长宽比等实现对加速度计灵敏度、线性度及抗冲击性能的调制。在保证传感器工作方向上具有足够高灵敏度的前提下，本发明有效减小了其它非敏感方向上的耦合干扰，并使其固有频率大大提高，实现了成本低、易实现目标。
22.作为本实用新型的一种优选实施例，两个保护盖板2为玻璃材质，且两个保护盖板2分别与安装块10进行对位硅-玻璃阳极键合，形成一个半封闭的腔室，通过设计合适的缝
隙宽度保证质量块具有恰当的空气阻尼系数使加速度计具有优异的动态响应特性，同时实现在后续切割、进一步封装过程中对惯性力敏感检测层1的有效保护。
23.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种低耦合的自限位压阻式加速度传感器，包括惯性力敏感检测层，所述惯性力敏感检测层的上下两侧均安装有保护盖板，其特征在于，所述惯性力敏感检测层包括安装块，所述安装块中开设有扇形的自限位卡槽，所述自限位卡槽中安装有扇形的质量块，所述质量块靠近圆心角的一端连接有敏感梁，所述敏感梁为全通窄臂结构，所述安装块上还设置有引线端子台，所述引线端子台包括多个引线端子，所述引线端子台通过引线连接有两个参考电阻和两个工作电阻，所述工作电阻设置于敏感梁上。2.根据权利要求1所述的低耦合的自限位压阻式加速度传感器，其特征在于，两个所述工作电阻通过离子注入的方式安装在敏感梁上。3.根据权利要求2所述的低耦合的自限位压阻式加速度传感器，其特征在于，两个所述参考电阻通过离子注入方式安装在安装块上。4.根据权利要求1所述的低耦合的自限位压阻式加速度传感器，其特征在于，两个所述保护盖板的材质为玻璃。5.根据权利要求4所述的低耦合的自限位压阻式加速度传感器，其特征在于，两个所述保护盖板均通过对位硅-玻璃阳极键合的方式与安装块连接。

技术总结
本实用新型适用于加速度传感器技术领域，提供了一种低耦合的自限位压阻式加速度传感器，包括惯性力敏感检测层，所述惯性力敏感检测层的上下两侧均安装有保护盖板，所述惯性力敏感检测层包括安装块，所述安装块中开设有扇形的自限位卡槽，所述自限位卡槽中安装有扇形的质量块，所述质量块靠近圆心角的一端连接有敏感梁，所述敏感梁为全通窄臂结构，所述安装块上还设置有引线端子台，所述引线端子台包括多个引线端子，所述引线端子台通过引线连接有两个参考电阻和两个工作电阻，所述工作电阻设置于敏感梁上。该装置整体结构简单，成本低，线性度好，灵敏度高且具有自限位抗冲击载荷能力。力。力。


技术研发人员：盖广洪 朱明君 颜逊
受保护的技术使用者：苏州航凯微电子技术有限公司
技术研发日：2022.12.08
技术公布日：2023/3/14