[發(fā)明專利]一種雙懸臂梁式微機(jī)械加速度傳感器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310271575.2
• 申請(qǐng)日: 2013-07-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103293336A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫遠(yuǎn)程;袁明權(quán);張茜梅;王海青;武蕊;屈明山
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號(hào): G01P15/12
• 分類號(hào): G01P15/12
• 代理公司: 中國(guó)工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長(zhǎng)明;韓志英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微加速度傳感器技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種雙懸臂梁式微機(jī)械加速度傳感器。

背景技術(shù)

微機(jī)械壓阻式加速度傳感器的基本工作原理是以半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)為基礎(chǔ)，常用梁島結(jié)構(gòu)，通過(guò)懸臂梁或連接梁支撐質(zhì)量塊，采用離子注入或擴(kuò)散工藝在梁上制作壓敏電阻。當(dāng)傳感器感受到力作用時(shí)，質(zhì)量塊產(chǎn)生偏移，帶動(dòng)懸臂梁或連接梁發(fā)生扭曲或彎曲等形變，在電阻中產(chǎn)生應(yīng)力變化從而引起壓敏電阻阻值發(fā)生變化。利用適當(dāng)?shù)耐鈬娐穼⑦@種變化轉(zhuǎn)換為可測(cè)量信號(hào)如電壓、電流等形式輸出。經(jīng)過(guò)標(biāo)定就可以建立輸出信號(hào)與被測(cè)加速度之間的關(guān)系，從而測(cè)量外界加速度。對(duì)于一般懸臂梁結(jié)構(gòu)，橫向效應(yīng)相對(duì)較大，并且固有頻率和靈敏度難以兼顧。對(duì)于壓阻式加速速計(jì)，頻率和靈敏度是兩個(gè)最重要的參數(shù)指標(biāo)。懸臂梁型微加速度計(jì)都存在頻率和靈敏度相互制約的問(wèn)題，即頻率高則靈敏度低，頻率低則靈敏度高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種雙懸臂梁式微機(jī)械加速度傳感器。

本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的雙懸臂梁式微機(jī)械加速度傳感器，其特點(diǎn)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、第一懸臂梁、第二懸臂梁、第三懸臂梁、質(zhì)量塊以及四個(gè)壓敏電阻，質(zhì)量塊包括第一質(zhì)量塊、第二質(zhì)量塊；其連接關(guān)系是,所述框架內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)相互獨(dú)立的懸臂梁，即第一懸臂梁、第二懸臂梁。第一懸臂梁的一端與框架相連，另一端與第一質(zhì)量塊相連。第二懸臂梁的一端與框架相連，另一端與第二質(zhì)量塊相連，所述的第一懸臂梁、第二懸臂梁、第三懸臂梁和質(zhì)量塊共同構(gòu)成敏感芯片的可動(dòng)部分；壓敏電阻設(shè)置在懸臂梁上表面，所述的敏感芯片與下玻璃板通過(guò)鍵合連接。

所述的敏感芯片中的第一懸臂梁與第二懸臂梁結(jié)構(gòu)相同，第一質(zhì)量塊與第二質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)相同。

所述的敏感芯片中的可動(dòng)部分與下玻璃板之間的距離為2μm～200μm。

所述的敏感芯片采用完全一樣的相互獨(dú)立的單端固支的懸臂梁和質(zhì)量塊，周圍有封閉式框架：敏感芯片占滿一個(gè)單元。

所述的懸臂梁的寬度可以小到20μm。

所述的單一直線條狀的壓敏電阻寬度可以小到4μm，每個(gè)電阻的長(zhǎng)度可以達(dá)到懸臂梁的總長(zhǎng)度。

本發(fā)明的雙懸臂梁式微機(jī)械加速度傳感器，在相同固有頻率下具有比懸臂梁型微加速度計(jì)高更的靈敏度；反之在相同靈敏度情況下，則具有更高的固有頻率。同時(shí)還具有橫向效應(yīng)小和工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

本發(fā)明的雙懸臂梁式微機(jī)械加速度傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是：

1.采用單端固支的雙懸臂梁，由于采用雙懸臂梁，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，在保證懸臂梁厚度足夠的情況下，橫向效應(yīng)很小。最主要的是在保證足夠靈敏度的情況下，每個(gè)單元可以做的很小，這樣敏感梁具有較大的剛度系數(shù)，因而該傳感器可以具有高的固有頻率。

2.?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單對(duì)稱，保證了DRIE工藝中懸臂梁的厚度一致性好。敏感梁的寬度可以小到20μm左右，保證了該結(jié)構(gòu)的小型化需求，在具有高固有頻率的同時(shí)靈敏度也較高。

3.?敏感芯片可動(dòng)部分有框架保護(hù)，容易進(jìn)行圓片級(jí)封裝，因此工藝簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、成品率高。

4.?與常規(guī)壓阻式加速度傳感器的敏感電阻由多條矩形直線條狀薄層電阻串聯(lián)不同的是，本發(fā)明提出的壓敏電阻設(shè)計(jì)成單一直線條狀，寬度可以小至4μm，每條均安置于敏感梁邊界附近，壓敏電阻的長(zhǎng)度可以接近梁長(zhǎng)度。

5.?本發(fā)明的雙懸臂梁式微機(jī)械加速度傳感器是由敏感芯片與下玻璃板鍵合在一起構(gòu)成，該封裝工藝簡(jiǎn)單，操作方便。

6.?敏感芯片與下玻璃板之間有適當(dāng)?shù)木嚯x，一方面使敏感芯片有足夠的運(yùn)動(dòng)間隙，另一方面在條件合適的時(shí)候可以調(diào)整阻尼系數(shù)，這樣保證了該器件具有較寬的頻帶。

附圖說(shuō)明

圖l是本發(fā)明的雙懸臂梁式微機(jī)械加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1.框架??21.第一懸臂梁???22.第二懸臂梁??31.第一質(zhì)量塊???32.第二質(zhì)量塊??41.第一壓敏電阻??42.第二壓敏電阻??43.第三壓敏電阻??44.第四壓敏電阻??5.下玻璃板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1