一种加速度传感器敏感组件及加速度传感器芯片结构的制作方法

本发明涉及传感器，具体而言，涉及一种加速度传感器敏感组件及加速度传感器芯片结构。

背景技术：

1、电容式加速度传感芯片是一种基于微纳制造工艺的加速度传感器，能够测量物体的加速度，并将其转化为电信号输出。电容式加速度传感芯片被广泛的应用在消费电子、汽车电子、工业、国防等领域。

2、电容式加速度传感芯片的工作原理基于电容变化的检测。它通常由微机电系统芯片和信号处理电路组成。芯片中包含微小的机械结构，常见的电容式加速度传感芯片结构包括：微梳齿电容、微平板电容等。当受到加速度作用时，这些微结构会产生微小的位移，导致电极之间的电容发生变化。这个变化可以通过电路进行测量和处理，从而获得加速度的信息。

3、在加速度传感芯片的梳齿电容结构中，梳齿间隙起到决定电容值的作用。梳齿结构由两组相互嵌套的电极组成，其中一组电极上有一系列的梳齿，而另一组电极上有相应数量的梳齿。梳齿间隙即为两组电极之间形成一系列平行的电容间隙。梳齿间隙的大小直接影响电容值的大小。较小的梳齿间隙会导致更大的电容值，从而在结构刚度不变的前提下，获得更高的结构灵敏度。因此，对于电容式加速度传感芯片而言，梳齿间隙通常越小越好。

4、为了提高电容式加速度传感器芯片的灵敏度，现有技术中，第一种方式，采用更高精度的光刻技术以及更高深宽比的刻蚀技术。通过这种方法，在工艺条件控制较好的情况下，通常可以加工约为1微米至5微米的梳齿间隙，深宽比约为10至20的梳齿电容。然而，梳齿间隙小于1微米的梳齿电容结构，很难通过这种方法进行加工。第二种方式，采用高深宽比多晶硅-单晶硅复合刻蚀工艺，这种工艺通过在单晶硅结构上制作多晶硅和氧化硅结构层，能够实现数百纳米级别梳齿间隙的梳齿电容结构。然而，这种制造方法的工艺流程较为复杂，制造成本高，且需要非常精细的加工工艺控制。

5、综上所述，现有技术还存在如下缺点：梳齿加工工艺要求高且加工工艺复杂，制造成本高以及加速度传感器灵敏度差。

技术实现思路

1、本发明的第一方面提供一种加速度传感器敏感组件，用于解决现有技术中梳齿加工工艺要求高且加工工艺复杂，制造成本高以及加速度传感器灵敏度差的技术问题。

2、本发明的第一方面提供一种加速度传感器敏感组件，包括：

3、基板；

4、弹性梁，安装于所述基板且固接有框架，所述框架设有第一梳齿部，所述第一梳齿部包括多个间隔设置的第一子梳齿，任意相邻的所述第一子梳齿之间形成梳齿槽；

5、电热驱动梁，安装于所述基板且位于所述框架内，所述电热驱动梁固接有支架，所述支架设有第二梳齿部，所述第二梳齿部包括多个间隔设置的第二子梳齿，所述第二子梳齿分别位于所述梳齿槽中。

6、本发明提供的加速度敏感组件，通过设置与弹性梁连接的第一梳齿部以及与电热驱动梁连接的第二梳齿部，实现梳齿间隙的改变，使得梳齿间隙缩小至数百纳米甚至数十纳米，将梳齿电容对外部加速度的灵敏度提高了2-3个数量级，可以实现对于10-6-10-8重力加速度的传感，提高了加速度传感器的灵敏度；可以通过调整电热驱动梁的驱动电压，实现对加速度传感器敏感组件的零偏的校准；此外，结构设计紧凑，成本低，加工制造工艺简单以及加工工艺要求低。

7、进一步地，所述弹性梁的数量为2个且相对设置，所述框架的两端分别固接于个所述弹性梁。

8、进一步地，所述框架为口字型结构或工字型结构，所述框架包括第一连接板、第二连接板和固接于两者之间的支撑架，其中一个所述弹性梁固接于所述第一连接板；另一个所述弹性梁固接于所述第二连接板；多个所述第一子梳齿固设于所述支撑架。

9、进一步地，所述支撑架固设有第一梳齿安装板，多个所述第一子梳齿固设于所述第一梳齿安装板。

10、进一步地，所述电热驱动梁的数量为2个且相对设置，所述支架的两端分别固接于2个所述电热驱动梁；

11、和/或，所述电热驱动梁的截面形状为v型、n型和a型中的至少一种；

12、和/或，所述电热驱动梁包括多组并联设置的电热子驱动梁。

13、本发明的第二方面提供一种加速度传感器芯片结构，包括壳体和权利要求-中任一项所述的加速度传感器敏感组件，所述加速度传感器敏感组件设于所述壳体内，所述壳体内还设有温控组件和控制器，所述温控组件包括温度传感器和温控部件，所述温度传感器和所述温控部件均与所述控制器电连接，所述温度传感器用于检测所述壳体内的温度值，所述控制器用于接收所述温度值并控制所述温控部件以使所述温度值在预设温度范围内。

14、本发明实施例提供的加速度传感器芯片结构，通过设置与控制器电连接的温度传感器和温控部件，能够将壳体内的温度控制在预设温度范围内，保证加速度传感器敏感组件的灵敏度；能够实现加速度传感器芯片结构的温度漂移校准；此外，加速度传感器敏感组件，通过设置与弹性梁连接的第一梳齿部以及与电热驱动梁连接的第二梳齿部，实现梳齿间隙的改变，使得梳齿间隙缩小至数百纳米甚至数十纳米，将梳齿电容对外部加速度的灵敏度提高了2-3个数量级，可以实现对于重力加速度的传感，提高了加速度传感器的灵敏度；可以通过调整电热驱动梁的驱动电压，实现对加速度传感器敏感组件的零偏的校准；结构设计紧凑，成本低，加工制造工艺简单以及加工工艺要求低。

15、进一步地，所述温控部件包括加热部件，用于使所述壳体内的温度升高。

16、进一步地，所述壳体内还设有电容读出电路组件，用于将所述加速度敏感组件的电容值转换为电压值。

17、进一步地，所述控制器安装于所述基板上；

18、和/或，所述温度传感器安装于所述基板上；

19、和/或，所述加热部件安装于所述基板上；

20、和/或，电容读出电路组件安装于所述基板上。

21、进一步地，所述温度传感器安装于所述加速度传感器敏感组件上。

技术特征：

1.一种加速度传感器敏感组件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的加速度传感器敏感组件，其特征在于，所述弹性梁(110)的数量为2个且相对设置，所述框架(120)的两端分别固接于2个所述弹性梁(110)。

3.根据权利要求2所述的加速度传感器敏感组件，其特征在于，所述框架(120)为口字型结构或工字型结构，所述框架(120)包括第一连接板(121)、第二连接板(122)和固接于两者之间的支撑架(123)，其中一个所述弹性梁(110)固接于所述第一连接板(121)；另一个所述弹性梁(110)固接于所述第二连接板(122)；多个所述第一子梳齿(131)固设于所述支撑架(123)。

4.根据权利要求3所述的加速度传感器敏感组件，其特征在于，所述支撑架(123)固设有第一梳齿安装板(124)，多个所述第一子梳齿(131)固设于所述第一梳齿安装板(124)。

5.根据权利要求1所述的加速度传感器敏感组件，其特征在于，所述电热驱动梁(140)的数量为2个且相对设置，所述支架(150)的两端分别固接于2个所述电热驱动梁(140)；

6.一种加速度传感器芯片结构，其特征在于，包括壳体(1)和权利要求1-5中任一项所述的加速度传感器敏感组件(10)，所述加速度传感器敏感组件设于所述壳体(1)内，所述壳体(1)内还设有温控组件和控制器(30)，所述温控组件包括温度传感器(21)和温控部件，所述温度传感器(21)和所述温控部件均与所述控制器(30)电连接，所述温度传感器(21)用于检测所述壳体(1)内的温度值，所述控制器(30)用于接收所述温度值并控制所述温控部件以使所述温度值在预设温度范围内。

7.根据权利要求6所述的加速度传感器芯片结构，其特征在于，所述温控部件包括加热部件，用于使所述壳体(1)内的温度升高。

8.根据权利要求6所述的加速度传感器芯片结构，其特征在于，所述壳体(1)内还设有电容读出电路组件(40)，用于将所述加速度敏感组件的电容值转换为电压值。

9.根据权利要求8所述的加速度传感器芯片结构，其特征在于，所述控制器(30)安装于所述基板(100)上；

10.根据权利要求9所述的加速度传感器芯片结构，其特征在于，所述温度传感器(21)安装于所述加速度传感器敏感组件(10)上。

技术总结
本发明提供一种加速度传感器敏感组件及加速度传感器芯片结构，其中，加速度传感器敏感组件，包括：基板、弹性梁和电热驱动梁，弹性梁安装于基板且固接有框架，框架设有第一梳齿部，第一梳齿部包括多个间隔设置的第一子梳齿，任意相邻的第一子梳齿之间形成梳齿槽；电热驱动梁，安装于基板且位于框架内，电热驱动梁固接有支架，支架设有第二梳齿部，第二梳齿部包括多个间隔设置的第二子梳齿，第二子梳齿分别位于梳齿槽中。本发明提供的加速度敏感组件，实现梳齿间隙的改变，使得梳齿间隙缩小至数百纳米甚至数十纳米，提高了加速度传感器的灵敏度；可以实现对加速度传感器敏感组件的零偏的校准；此外，结构设计紧凑，成本低。

技术研发人员：彭天放,乔昱阳,夏阳,韩盈舟
受保护的技术使用者：北京细胞膜科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15