[發明專利]一種單凸梁式微機械加速度傳感器

無效

• 申請號: 201310271573.3
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN103308718A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 孫遠程;袁明權;張茜梅;王海青;武蕊;屈明山
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: G01P15/12
• 分類號: G01P15/12
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

技術領域

本發明屬于微加速度傳感器技術領域,具體涉及一種單凸梁式微機械加速度傳感器。?

背景技術

微機械壓阻式加速度傳感器的基本工作原理是以半導體的壓阻效應為基礎，常用梁島結構，通過懸臂梁或連接梁支撐質量塊，采用離子注入或擴散工藝在梁上制作壓敏電阻。當傳感器感受到力作用時，質量塊產生偏移，帶動懸臂梁或連接梁發生扭曲或彎曲等形變，在電阻中產生應力變化從而引起壓敏電阻阻值發生變化。利用適當的外圍電路將這種變化轉換為可測量信號如電壓、電流等形式輸出。經過標定就可以建立輸出信號與被測加速度之間的關系，從而測量外界加速度。對于一般懸臂梁結構，橫向效應相對較大，并且固有頻率和靈敏度難以兼顧。對于壓阻式加速速計，頻率和靈敏度是兩個最重要的參數指標。懸臂梁型微加速度計都存在頻率和靈敏度相互制約的問題，即頻率高則靈敏度低，頻率低則靈敏度高。?

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種單凸梁式微機械加速度傳感器，通過懸臂梁的凸梁化設計，使得本發明的傳感器在相同固有頻率下靈敏度比普通懸臂梁高，反之在相同靈敏度情況下則有更高的固有頻率。?

本發明的單凸梁式微機械加速度傳感器，其特點是，所述的傳感器包括敏感芯片和下玻璃板；其中，敏感芯片含有框架、敏感凸梁、質量塊、壓敏電阻，其連接關系是,所述框架內設置有敏感凸梁，敏感凸梁的一端與框架相連，另一端與質量塊相連，敏感凸梁和質量塊共同構成敏感芯片的可動部分；壓敏電阻設置在敏感凸梁上表面：所述的敏感芯片與下玻璃板通過鍵合連接。?

所述的敏感芯片中的敏感凸梁采用長度相等的上矩形梁、下矩形梁復合而成。?

所述的敏感凸梁中的上窄下寬，即上矩形梁的寬度小于下矩形梁的寬度，兩者寬度之比為0.2～0.8。?

所述的下矩形梁的厚度與上矩形梁的厚度之比為0.2～5。?

所述的壓敏電阻設置為四個，放置在敏感凸梁靠近框架的頂部，四個壓敏電阻首尾相接構成一個正方形，正方形的四個邊分別與框架的四個邊平行。?

所述的敏感芯片中的可動部分與下玻璃板之間的距離為2μm～20μm。一方面使敏感芯片有足夠的運動間隙，另一方面在條件合適的時候可以調整阻尼系數。?

本發明的單凸梁微機械壓阻式加速度傳感器，當受到力作用時，質量塊相對基體運動導致敏感凸梁發生變形，從而引起敏感凸梁上的壓敏電阻發生變化，通過外圍檢測電路就可知道加速度的大小。?

本發明的單凸梁式微機械加速度傳感器的優點是：?

1.?采用單端固支的凸梁單質量塊。由于采用凸梁形式，壓敏電阻制作在復合梁相對較窄的上部矩形梁上，這樣，不僅可以獲得較小的橫向效應，同時又能夠獲得較高的靈敏度。最主要的是敏感凸梁的底部寬度在同樣靈敏度下可以更寬，即具有較大的剛度系數，因而該傳感器具有高的固有頻率。

2.?敏感凸梁頂部矩形梁的寬度和厚度可以根據靈敏度及固有頻率的需要進行調整，增大了設計的靈活性。?

3.?敏感部分被外圍框架包圍，這樣可動結構封閉在空腔內，易于后續封裝工藝的操作，而且工藝簡單、重復性好、成品率高。?

4.?壓敏電阻頭尾相接連成一個正方形構成惠斯通全橋放置在靠近凸梁與框架相連的位置，由于這里是凸梁應力集中的地方，因此可以獲得較大的靈敏度。?

5.?本發明的單凸梁式微機械加速度傳感器是由敏感芯片與下玻璃板鍵合在一起構成，封裝工藝簡單，操作方便。?

6.?敏感芯片的可動部分與下玻璃板之間有適當的距離，一方面使敏感芯片有足夠的運動間隙，另一方面在條件合適的時候可以調整阻尼系數，保證了本發明的工作頻帶較寬。?

附圖說明

圖1是本發明的單凸梁微機械加速度傳感器的結構示意圖；?

圖中：1.框架????2.敏感凸梁?????3.質量塊?????4.壓敏電阻?????5.下玻璃板。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。?

實施例1?

圖1是本發明的單凸梁微機械加速度傳感器的結構示意圖。在圖1中，本發明的單凸梁式微機械加速度傳感器，包括敏感芯片和下玻璃板5；其中，敏感芯片含有框架1、敏感凸梁2、質量塊3、壓敏電阻，其連接關系是,所述框架1內設置有敏感凸梁2，敏感凸梁2的一端與框架1相連，另一端與質量塊3相連，敏感凸梁2和質量塊3共同構成敏感芯片的可動部分；壓敏電阻設置在敏感凸梁2上表面：所述的敏感芯片與下玻璃板5通過鍵合連接。