MEMS电容式加速度计及其制备方法与流程

本公开属于传感器，具体涉及一种mems电容式加速度计及其制备方法。

背景技术：

1、mems电容式加速度计通常采用弹性梁与质量块构成，外界加速度输入时，弹性梁-质量块产生位移，二者组成的电容器的电容值改变，再由电容读出电路将变化的电容转化为电压信号，从而实现角速度信号到电信号的转换。mems电容式加速度计因其结构简单、工艺成熟、灵敏度高、温漂小以及良好的可集成性等优点而被广泛应用于生活、工业、军工、航天等各种领域。

2、而在军工、航天等领域中，瞬时冲击加速度可达到1000g以上，此时弹性梁-质量块结构会产生一个较大的位移，弹性梁上的应力可能超出硅材料的屈服极限，导致梁的根部发生脆性断裂，因此mems电容式加速度计的抗过载能力需要进一步优化设计。

技术实现思路

1、本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种mems电容式加速度计及其制备方法。

2、本公开的一方面，提供一种mems电容式加速度计，所述mems电容式加速计包括：

3、第一衬底；

4、第一电极层和支撑层，均设置于所述第一衬底，并且所述支撑层位于所述第一电极层外侧；

5、弹性件和弹性件底盘，所述弹性件的第一端插置于所述第一电极层并与所述第一衬底抵接，所述弹性件的第二端与所述弹性件底盘抵接；

6、连接层，所述连接层设置于所述支撑层和所述弹性件底盘背离所述第一衬底的一侧；

7、第二衬底，所述第二衬底设置于所述连接层背离所述第一衬底的一侧；

8、弹性梁和质量块，均设置于所述第二衬底，所述质量块与所述第一电极层相对应，所述弹性梁位于所述质量块外侧；

9、第二电极层和绝缘层，所述绝缘层设置于所述质量块朝向所述第一衬底的一侧，所述第二电极层夹设于所述绝缘层和所述连接层之间。

10、在一些可选地实施方式中，所述弹性件、所述弹性件底盘和所述支撑层的材料相同，且通过一次构图工艺形成。

11、在一些可选地实施方式中，所述弹性件底盘和所述支撑层背离所述第一衬底的一侧相齐平。

12、在一些可选地实施方式中，所述弹性件包括第一连接部、第二连接部以及弹性部；

13、所述第一连接部插置于所述第一电极层并与所述第一衬底抵接，所述第二连接部与所述连接层抵接；

14、所述弹性部的两端分别与所述第一连接部和所述第二连接部连接，并且所述弹性部的长度大于其在所述第一衬底的正投影的长度。

15、在一些可选地实施方式中，所述弹性部的横截面呈折线形。

16、在一些可选地实施方式中，所述弹性件为弹簧。

17、在一些可选地实施方式中，所述弹性件、所述弹性件底盘和所述支撑层的材质为多晶硅。

18、在一些可选地实施方式中，所述弹性件的总长度范围为50um～200um，所述弹性件的总高度范围为10um～50um。

19、在一些可选地实施方式中，所述弹性件底盘的厚度范围为1um～5um。

20、本公开的另一方面，提供一种mems电容式加速度计的制备方法，所述方法包括：

21、提供第一衬底和第二衬底；

22、在所述第一衬底的表面形成第一电极层；

23、在所述第一电极层的表面形成弹性件的生长窗口；

24、在所述第一衬底的上表面形成所述弹性件、支撑层与弹性件底盘；

25、在所述第二衬底的表面形成凹槽；

26、在所述第二衬底的凹槽形成绝缘层；

27、在所述绝缘层的表面形成第二电极层；

28、刻蚀第二衬底，形成质量块；

29、将所述第二衬底倒置，在所述第二衬底的表面形成弹性梁；

30、在所述支撑层、所述弹性件底盘的表面形成连接层，并将该连接层与第二衬底的下表面固化连接，得到所述mems电容式加速度计。

31、本公开实施例的mems电容式加速度计，相比于传统的mems电容式加速度计，本公开采用带有弹性件的弹性梁-质量块作为敏感结构，当外界加速度过大时，弹性件处于压缩或拉伸的状态，减小质量块的最大位移与弹性梁的最大弯曲，从而防止在加速度过大时，弹性梁发生断裂，实现过载保护。此外，本公开实施例的mems电容式加速计的弹性件设置在第一电极层与第二电极层之间，将两个电极层隔离，有效避免了静电吸合的发生，提高了加速度计的可靠性。本公开采用mems技术制备，传感器具有精度高、一致性好、易于批量制造以及成本低的优点。

技术特征：

1.一种mems电容式加速度计，其特征在于，所述mems电容式加速计包括：

2.根据权利要求1所述的mems电容式加速度计，其特征在于，所述弹性件、所述弹性件底盘和所述支撑层的材料相同，且通过一次构图工艺形成。

3.根据权利要求2所述的mems电容式加速度计，其特征在于，所述弹性件底盘和所述支撑层背离所述第一衬底的一侧相齐平。

4.根据权利要求1至3任一项所述的mems电容式加速度计，其特征在于，所述弹性件包括第一连接部、第二连接部以及弹性部；

5.根据权利要求4所述的mems电容式加速度计，其特征在于，所述弹性部的横截面呈折线形。

6.根据权利要求1至3任一项所述的mems电容式加速度计，其特征在于，所述弹性件为弹簧。

7.根据权利要求1至3任一项所述的mems电容式加速度计，其特征在于，所述弹性件、所述弹性件底盘和所述支撑层的材质为多晶硅。

8.根据权利要求1至3任一项所述的mems电容式加速度计，其特征在于，所述弹性件的总长度范围为50um～200um，所述弹性件的总高度范围为10um～50um。

9.根据权利要求1至3任一项所述的mems电容式加速度计，其特征在于，所述弹性件底盘的厚度范围为1um～5um。

10.一种mems电容式加速度计的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

技术总结
本公开实施例提供一种MEMS电容式加速度计及其制备方法。包括：第一衬底；第一电极层和支撑层，设置于第一衬底，并且支撑层位于第一电极层外侧；弹性件和弹性件底盘，弹性件的第一端插置于第一电极层与第一衬底抵接，第二端与弹性件底盘抵接；连接层，设置于支撑层和弹性件底盘背离第一衬底的一侧；第二衬底，设置于连接层背离第一衬底的一侧；弹性梁和质量块，设置于第二衬底，质量块与第一电极层相对应，弹性梁位于质量块外侧；第二电极层和绝缘层，绝缘层设置于质量块朝向第一衬底的一侧，第二电极层夹设于绝缘层和连接层之间。能有效防止在加速度过大时弹性梁发生断裂，实现过载保护。有效避免了静电吸合的发生，提高了加速度计的可靠性。

技术研发人员：李维平,皇甫丙彬,兰之康
受保护的技术使用者：南京高华科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14