[實用新型]一種大檢測電容的微慣性傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020111041.5
• 申請日: 2010-02-09
• 公開（公告）號: CN201628722U
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董林璽;顏海霞
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01P15/02
• 分類號: G01P15/02;G01P15/125;B81B7/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于微電子機械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微慣性傳感器，具體涉及一種帶暗柵形條電容和小阻尼可變間距電容的高精度微慣性傳感器。

背景技術(shù)

最近十幾年來，用微機械技術(shù)制作的加速度計得到了迅速的發(fā)展。其主要的加速度檢測技術(shù)有壓阻檢測、壓電檢測、熱檢測、共振檢測、電磁檢測、光檢測、隧道電流檢測和電容檢測等。此外，還有一些基于別的檢測技術(shù)的加速度計，如光加速度計、電磁加速度計、電容加速度計等。光加速度計的發(fā)展主要是為了結(jié)合光和微機械的優(yōu)點，制作高電磁屏蔽或者好線性度的傳感器。在這些傳感器中，電容式加速度傳感器，由于具有溫度系數(shù)小，靈敏度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是目前研制得最多的一類加速度傳感器。微機械電容式傳感器的制作方法有表面微機械加工方法和體硅微機械加工方法。采用表面微機械加工工藝可以和集成電路工藝兼容，從而集成傳感器的外圍電路，成本低，但是傳感器的噪聲大、穩(wěn)定性差，量程和帶寬小。采用體硅微機械加工工藝可以提高傳感器芯片的質(zhì)量，從而降低噪聲，改善穩(wěn)定性，提高靈敏度。缺點是體積稍大，但可以制作出超高精度的微機械慣性傳感器。為了得到較高的測量靈敏度和減小外圍電路的復(fù)雜性，可以通過增加傳感器振子的質(zhì)量和增大傳感器的靜態(tài)測試電容的方法，從而減小機械噪聲和電路噪聲。而對于用體硅工藝如深反應(yīng)粒子刻蝕(Deep?RIE)加工的梳齒狀的電容式傳感器，其極板電容的深寬比一般小于30∶1，這就限制了傳感器振子的質(zhì)量增加和極板間距的減小。而對于小間距極板電容，其壓膜空氣阻尼較大，增大了傳感器的機械噪聲。減小該機械噪聲的方法一是可以通過在極板上刻蝕阻尼條，一是把電容改為變面積的方式，使阻尼表現(xiàn)為滑膜阻尼。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超高分辨率的帶暗柵形條電容和小阻尼可變間距電容的微慣性傳感器。該微慣性傳感器可以更加有效的測量X或Y方向上的微小加速度信號(或振動信號)。

本實用新型包括玻璃襯底、敏感器質(zhì)量塊、驅(qū)動器質(zhì)量塊和固定驅(qū)動硅條。

敏感器質(zhì)量塊為矩形硅片，敏感器質(zhì)量塊的兩對應(yīng)端通過敏感器U形硅支撐梁與敏感器錨點連接，敏感器錨點固定設(shè)置在玻璃襯底上，敏感器質(zhì)量塊與玻璃襯底平行設(shè)置；敏感器質(zhì)量塊的另兩個對應(yīng)端分別設(shè)置有兩組硅條組，每組硅條組包括平行設(shè)置的m條硅條，m≥2，敏感器質(zhì)量塊兩端的硅條數(shù)量相同、位置對應(yīng)，硅條與敏感器質(zhì)量塊側(cè)邊垂直；敏感器質(zhì)量塊對應(yīng)玻璃襯底一面刻蝕有與硅條平行的矩形柵條形井。

敏感器質(zhì)量塊的兩側(cè)分別設(shè)置有兩個驅(qū)動器質(zhì)量塊；所述的驅(qū)動器質(zhì)量塊為矩形硅片，驅(qū)動器質(zhì)量塊的兩對應(yīng)端通過驅(qū)動器U形硅支撐梁與驅(qū)動器錨點連接，驅(qū)動器錨點固定設(shè)置在玻璃襯底上，驅(qū)動器質(zhì)量塊與玻璃襯底平行設(shè)置；每個驅(qū)動器質(zhì)量塊的一側(cè)設(shè)置有m個可動驅(qū)動硅條，另一側(cè)設(shè)置有m個檢測硅條，所述的檢測硅條為梳齒狀，齒上刻蝕有凹形阻尼條，檢測硅條與敏感器質(zhì)量塊連接的硅條平行、位置對應(yīng)，敏感器質(zhì)量塊連接的硅條與對應(yīng)的檢測硅條組成檢測電容；驅(qū)動器質(zhì)量塊中間刻有方環(huán)形槽。

兩個梳齒狀的固定驅(qū)動硅條固定設(shè)置在玻璃襯底上，每個固定驅(qū)動硅條的梳齒條與可動驅(qū)動硅條位置對應(yīng)；固定驅(qū)動硅條的梳齒條與對應(yīng)的可動驅(qū)動硅條組成驅(qū)動電容；兩個固定驅(qū)動硅條通過玻璃襯底表面上的引線與驅(qū)動器外部連接錨點連接。

玻璃襯底表面對應(yīng)兩個敏感器錨點位置設(shè)置有兩個敏感器質(zhì)量塊焊點，敏感器質(zhì)量塊焊點與敏感器錨點連接；玻璃襯底表面對應(yīng)敏感器質(zhì)量塊設(shè)置有叉指鋁電極，敏感器質(zhì)量塊上刻蝕的柵條形井的長條邊與叉指鋁電極中的每對叉指相對應(yīng)。

本實用新型基本構(gòu)思是傳感器檢測電容的初始設(shè)計間距較大，從而解決深反應(yīng)粒子刻蝕深寬比小于30∶1對傳感器振子的質(zhì)量不能做厚的限制，而后通過微驅(qū)動器，減小檢測電容間距，從而增大傳感器的初始檢測電容以降低檢測電路噪聲，本實用新型還在敏感器質(zhì)量塊上刻蝕柵條形井，并和襯底上的叉指鋁電極組成差分檢測電容進(jìn)一步降低電路噪聲，且柵條形井和玻璃襯底上叉指間的差動表現(xiàn)為滑膜阻尼特性，從而也減小了布朗噪聲。本實用新型通過在驅(qū)動器質(zhì)量塊的檢測硅條的檢測面上刻蝕凹形阻尼條來減小壓膜空氣阻尼從而減小機械噪聲。另外，通過改變支撐梁和質(zhì)量塊的尺寸還可以改變傳感器的量程和響應(yīng)特性。