[發明專利]對稱組合彈性梁結構電容式微加速度傳感器及制作方法

有效

• 申請號: 201010181131.6
• 申請日: 2010-05-21
• 公開（公告）號: CN101858929A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 車錄鋒;李偉;孫騰;肖育華;王躍林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125;B81B5/00;B81C3/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

1.對稱組合彈性梁結構電容式微加速度傳感器，其特征在于所述的微加速度傳感器包括一個對稱的中心質量塊、外部支撐框架、中心質量塊與外部支撐框架相連接的組合彈性梁結構以及上、下蓋板，

其中，(1)中心質量塊是由頂端質量塊和底端質量塊組成，組合彈性梁結構是由對稱的頂端組合彈性梁和底端組合彈性梁組成，外部支撐框架是由上、下對稱的頂端支撐框架和底端支撐框架組成；

(2)中心質量塊作為檢測電容的可動電極，上、下蓋板分別作為檢測電容的固定電極，上、下蓋板位于可動電極的上、下兩面；

(3)組合彈性梁結構由八根對稱直彈性梁、兩個對稱框架梁、八根對稱L梁連接在一起形成；

(4)組合彈性梁結構的一端連接在中心質量塊側面頂端和底端的中間或頂角，另一端連接在外部支撐框架內側面；

(5)中心質量塊電極引線金屬塊位于外部支撐框架上表面，上蓋板電極引線金屬塊位于上蓋板的上表面，下蓋板電極引線金屬塊位于下蓋板的下表面。

2.根據權利要求1所述的對稱組合彈性梁結構電容式微加速度傳感器，其特征在于組合彈性梁結構分別通過八根對稱直梁連接在中心質量塊側面頂端和底端的中間或頂角，八根對稱L梁連接在外部支撐框架內側面，八根對稱直梁與八根對稱L梁通過兩個對稱框架梁連接在一起形成組合彈性梁結構，并且中心質量塊上、下兩面的組合彈性梁對稱分布。

3.根據權利要求1和2所述的對稱組合彈性梁結構電容式微加速度傳感器，其特征在于八根直彈性梁形狀和尺寸分別一致、兩個對稱框架梁形狀和尺寸分別一致，八根L梁的形狀和尺寸分別一致。

4.根據權利要求1、2和3所述的對稱組合彈性梁結構電容式微加速度傳感器，其特征在于形成組合彈性梁的L梁一端與框架梁相連接，另一端可連接在外部支撐框架內側面的任意位置；也即所述的組合彈性梁是依次由直彈性梁、框架梁和L梁連接組成的。

5.根據權利要求1所述的對稱組合彈性梁結構電容式微加速度傳感器，其特征在于中心質量塊上表面或下表面為長方形或正方形。

6.根據權利要求1所述的對稱組合彈性梁結構電容式微加速度傳感器，其特征在于中心質量塊電極引線金屬塊在外部支撐框架上表面，即上蓋板下表面的電極引出間隙內，中心質量塊和上、下蓋板之間通過絕緣層實現電絕緣。

7.制作如權利要求1所述的對稱組合彈性梁結構電容式微加速度傳感器的方法，包括電容間隙制作、限位塊制作、電極引出間隙制作、中心質量塊與對稱組合彈性梁結構的形成，上、下蓋板硅片與中心質量塊硅片的鍵合以及中心質量塊電極引出槽的制作，其特征在于包括如下步驟：

(1)上蓋板硅片的下表面和下蓋板硅片的上表面腐蝕形成電容間隙及上蓋板硅片下表面中心質量塊電極引出間隙；

(2)上蓋板硅片的下表面和下蓋板硅片的上表面電容間隙表面腐蝕形成過載保護限位塊；

(3)頂端質量塊硅片的下表面和底端質量塊硅片的上表面光刻頂端質量塊和底端質量塊圖形，各向異性腐蝕得到頂端質量塊和底端質量塊，腐蝕深度由硅片的厚度和組合彈性梁的厚度決定；

(4)頂端質量塊硅片和底端質量塊硅片對準硅硅直接鍵合形成對稱的中心質量塊結構；

(5)上、下蓋板硅片表面制作絕緣材料，作為中心質量塊硅片和上、下蓋板硅片之間的絕緣層；

(6)通過刻蝕釋放中心質量塊上、下表面的組合彈性梁，然后與下蓋板硅片上表面對準預鍵合，再與上蓋板硅片下表面對準預鍵合，預鍵合完成后再進行整體的退火工藝；

(7)各向同性或各向異性腐蝕上蓋板硅片形成中心質量塊電極引出槽，且與中間電極引出間隙位置上下相對應；

(8)去絕緣層，上蓋板硅片的上表面、中心質量塊電極引出槽和下蓋板硅片的下表面濺射或者蒸鍍金屬層。

8.根據權利要求7所述的制作方法，其特征在于：

①中心質量塊和上、下蓋板之間的電容間隙在1～10μm之間；

②上蓋板下表面的電極引出間隙在1～10μm之間。

9.根據權利要求7所述的制作方法，其特征在于所述的上蓋板硅片、下蓋板硅片、頂端質量塊和底端質量塊硅片均為雙拋(100)硅片。

10.根據權利要求7所述的制作方法，其特征在于：

①上、下蓋板上的絕緣層為SiO₂、Si₃N₄或SiC，厚度為1-3μm；

②頂端質量塊硅片和底端質量塊硅片鍵合溫度為400-500℃，壓力為1-2kg；

③上、下蓋板對準預鍵合的溫度為400-500℃，壓力為2-3kg，預鍵合的退火工藝為退火溫度為900-1100℃，退火氣氛為氧氣或氮氣；

④所述的金屬層為Al、Au或Ni。