[發(fā)明專利]一種單片集成三軸加速度傳感器及其制作工藝

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810362459.4
• 申請(qǐng)日: 2018-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN109856425A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙曉鋒;王穎;溫殿忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黑龍江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P15/18
• 分類號(hào): G01P15/18;G01P15/08;G01P15/12
• 代理公司: 北京康思博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11426
• 代理人: 馬營(yíng)營(yíng);劉冬梅

本發(fā)明公開了一種單片集成三軸加速度傳感器及其制作工藝，其中，采用微電子機(jī)械加工技術(shù)方法，利用4個(gè)雙L型梁、兩個(gè)質(zhì)量塊、中間雙梁作為彈性元件，所述兩個(gè)質(zhì)量塊將感受的加速度信息(a_x、a_y、a_z)轉(zhuǎn)換為彈性元件形變，引起所述由彈性元件根部12個(gè)壓敏電阻構(gòu)成的3個(gè)惠斯通電橋結(jié)構(gòu)輸出電信號(hào)發(fā)生變化，可分別實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向加速度(a_x、a_y、a_z)檢測(cè)；并且，通過優(yōu)化4個(gè)雙L型梁和兩個(gè)質(zhì)量塊、中間雙梁尺寸，優(yōu)選后三個(gè)檢測(cè)電路檢測(cè)對(duì)應(yīng)加速度具有較好一致性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及加速度傳感器，特別地，涉及一種單片集成三軸加速度傳感器及其制作工藝。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳感器技術(shù)倍受重視，尤其在現(xiàn)代工業(yè)、汽車電子、航空航天、深海探測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

在現(xiàn)有技術(shù)中，用于檢測(cè)三軸加速度的傳感器包括電容式三軸加速度傳感器、壓電式三軸加速度傳感器和壓阻式三軸加速度傳感器等。為實(shí)現(xiàn)空間三個(gè)方向加速度同時(shí)測(cè)量，通過組合封裝相應(yīng)敏感單元進(jìn)行三軸加速度檢測(cè)。

但是，在現(xiàn)有技術(shù)所公開的三軸加速度傳感器中，因各方向敏感單元存在一定差異，在空間三個(gè)方向加速度同時(shí)測(cè)量過程中，傳感器存在靈敏度、量程、準(zhǔn)確度等特性不一致問題。尤其的，在現(xiàn)有技術(shù)的傳感器中，x、y軸方向的靈敏度過低，而z軸方向的靈敏度過高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，通過采用微電子機(jī)械加工技術(shù)(MEMS)方法，利用4個(gè)雙L型梁、兩個(gè)質(zhì)量塊中間雙梁作為彈性元件，所述兩個(gè)質(zhì)量塊(m₁、m₂)將感受的加速度信息(a_x、a_y、a_z)轉(zhuǎn)換為彈性元件形變，引起所述由彈性元件根部12個(gè)壓敏電阻構(gòu)成的3個(gè)惠斯通電橋結(jié)構(gòu)輸出電信號(hào)(V_xout1、V_xout2、V_yout1、V_yout2、V_zout1、V_zout2)發(fā)生變化，可分別實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向加速度(a_x、a_y、a_z)檢測(cè)；通過優(yōu)化4個(gè)雙L型梁和兩個(gè)質(zhì)量塊中間雙梁尺寸，優(yōu)選后三個(gè)檢測(cè)電路檢測(cè)對(duì)應(yīng)加速度具有較好一致性，完成本發(fā)明。

本發(fā)明一方面提供了一種單片集成三軸加速度傳感器，具體體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)一種單片集成三軸加速度傳感器，其中，所述傳感器以SOI片為載體，所述SOI片包括器件硅1和襯底硅2，其中，在所述傳感器的中心位置刻蝕有懸空結(jié)構(gòu)，所述懸空結(jié)構(gòu)包括第一質(zhì)量塊m1、第二質(zhì)量塊m2、第一中間梁ZL1、第二中間梁ZL2和四個(gè)L型梁，其中，對(duì)所述四個(gè)L型梁沿縱向進(jìn)行拆分，形成八個(gè)L小梁，分別為第一L小梁L1、第二L小梁L2、第三L小梁L3、第四L小梁L4、第五L小梁L5、第六L小梁L6、第七L小梁L7和第八L小梁L8。

(2)根據(jù)上述(1)所述的單片集成三軸加速度傳感器，其中，所述第一質(zhì)量塊m1和第二質(zhì)量塊m2位于所述懸空結(jié)構(gòu)的中心，優(yōu)選地，所述第一質(zhì)量塊m1和第二質(zhì)量塊m2沿傳感器的x方向中心線或y方向中心線對(duì)稱設(shè)置。

(3)根據(jù)上述(1)或(2)所述的單片集成三軸加速度傳感器，其中，所述第一中間梁ZL1和第二中間梁ZL2設(shè)置于所述第一質(zhì)量塊m1和第二質(zhì)量塊m2之間，用于連接第一質(zhì)量塊m1和第二質(zhì)量塊m2；

優(yōu)選地，所述第一中間梁ZL1和第二中間梁ZL2沿傳感器的y方向中心線或x方向中心線對(duì)稱設(shè)置，且均與第一質(zhì)量塊m1和第二質(zhì)量塊m2垂直；

更優(yōu)選地，所述第一中間梁ZL1和第二中間梁ZL2的厚度等于器件硅的厚度。