[實用新型]三軸集成壓阻式加速度傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200720102808.6
• 申請日: 2007-10-19
• 公開（公告）號: CN201083760Y
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊擁軍;徐淑靜;何洪濤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所
• 主分類號: G01P15/12
• 分類號: G01P15/12;G01P15/18
• 代理公司: 石家莊國為知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所
• 代理人: 張明月

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種采用壓阻原理制作的多軸集成式加速度傳感器，屬于微機械傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微加速度傳感器是采用微機械加工技術(shù)制作的傳感器。根據(jù)所采用的工作原理不同，微加速度傳感器可分為電容式、壓阻式、熱流式、隧穿式和諧振式等多種。和其它形式的微加速度傳感器相比，壓阻式微加速度傳感器由于具有加工工藝簡單、測試方便和成本低廉等特點而獲得了廣泛的應(yīng)用。壓阻式加速度傳感器以半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)為基礎(chǔ)，由質(zhì)量塊和懸臂梁以及設(shè)置在懸臂梁上表面或側(cè)面的壓敏電阻組成。三軸微加速度傳感器可以同時測量三個方向的加速度信號，和單軸微加速度傳感器相比具有集成度高、安裝簡單等更多優(yōu)勢，因此在實際應(yīng)用中需求量也更大。

壓阻式三軸微加速度傳感器的實現(xiàn)方法主要有三種，第一種方式是采用一個敏感元件測量三個方向的加速度信號，當(dāng)敏感元件感受不同方向的加速度時，不同位置的電阻阻值產(chǎn)生變化，通過測量電阻的阻值得到加速度的大小和方向，這種傳感器最大的問題是各軸之間的交叉耦合比較大。另一種方式是將三個單軸壓阻式微加速度傳感器組裝在一起，實現(xiàn)三軸測量功能，但是這種方式體積較大，并且組裝比較困難，容易導(dǎo)致較大的安裝誤差。

第三種方式是將三個單軸壓阻式加速度傳感器同時制作在同一個芯片上，避免上述兩種方式導(dǎo)致的交叉耦合和安裝誤差等，單個單軸壓阻式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)是由硅框架、質(zhì)量塊、懸臂梁以及設(shè)置在懸臂梁上表面的壓敏電阻組成的，質(zhì)量塊和硅框架之間通過懸臂梁連接成一體。但現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中測量平面內(nèi)(即X方向和Y方向)加速度信號的傳感器是將壓敏電阻制作在懸臂梁的側(cè)面，而測量垂直方向(Z方向)的加速度信號則須將壓敏電阻制作在懸臂梁上表面。在敏感梁的上表面和側(cè)面制作壓敏電阻需要采用不同的工藝，甚至使用不同的設(shè)備，因此這種方式帶來的問題是加工工藝復(fù)雜，增大了加工成本。

實用新型內(nèi)容

本實用新型需要解決的技術(shù)問題是提供一種可以利用單一加工工藝制作的三軸壓阻式微加速度傳感器的微結(jié)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是：

三軸集成壓阻式加速度傳感器，包括三個相互獨立的硅MEMS壓阻式加速度傳感器，其中測量平面內(nèi)X向和Y向加速度信號的兩個硅MEMS壓阻式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)完全相同，它們都包括硅框架、質(zhì)量塊、扭轉(zhuǎn)梁、敏感梁以及設(shè)置在敏感梁上表面的壓敏電阻，質(zhì)量塊和硅框架之間通過支撐梁和敏感梁連接成一體；上述兩個硅MEMS壓阻式加速度傳感器在芯片平面內(nèi)垂直分布，從而一個硅MEMS壓阻式加速度傳感器測量X方向的加速度信號，另一個硅MEMS壓阻式加速度傳感器測量Y方向的加速度信號。第三個壓阻式加速度傳感器位于X向和Y向壓阻式加速度傳感器的一側(cè)，用于測量Z方向的加速度信號，其結(jié)構(gòu)是由硅框架、質(zhì)量塊、懸臂梁以及設(shè)置在懸臂梁上表面的壓敏電阻組成，質(zhì)量塊和硅框架之間通過懸臂梁連接成一體。

本實用新型結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步改進(jìn)在于：上述三個方向壓阻式微加速度傳感器結(jié)構(gòu)的壓敏電阻均位于梁的上表面，因此可以采用相同的工藝將三個壓阻式微加速度傳感器制作在同一個芯片上。

上述X軸和Y軸方向上的硅MEMS壓阻式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)為：包括硅框架、質(zhì)量塊、扭轉(zhuǎn)梁、敏感梁和壓敏電阻，質(zhì)量塊位于硅框架中間并通過扭轉(zhuǎn)梁和敏感梁與硅框架連接，在質(zhì)量塊的兩側(cè)和硅框架之間設(shè)置有互相對稱的厚度小于質(zhì)量塊的敏感梁，敏感梁可以為一對或多對，在敏感梁的上表面制作有檢測應(yīng)力大小的壓敏電阻，壓敏電阻分布在敏感梁的端部；在質(zhì)量塊的另外兩個側(cè)面設(shè)置有厚度大于敏感梁的一對對稱分布的扭轉(zhuǎn)梁，扭轉(zhuǎn)梁連接在質(zhì)量塊和硅框架之間。

上述Z軸方向的硅MEMS壓阻式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)為：包括硅框架、質(zhì)量塊、懸臂梁和壓敏電阻，質(zhì)量塊位于硅框架中間并通過懸臂梁連接成一體，質(zhì)量塊的每個側(cè)面和硅框架之間有一個或多個懸臂梁，四個側(cè)面的懸臂梁數(shù)量相等并對稱分布。懸臂梁的一端或兩端制作有檢測應(yīng)力大小的壓敏電阻。

由于采用上述技術(shù)方案，本實用新型所產(chǎn)生的有益效果在于：

三軸集成壓阻式加速度傳感器由三個相互獨立的單軸壓阻式微加速度傳感器組成，每個傳感器只能測量一個方向的加速度信號，而對另外兩個方向的加速度信號不會產(chǎn)生響應(yīng)。通過檢測三個傳感器的輸出信號的值，即可得到外界加速度信號的方向和大小。