[發明專利]一種高靈敏度扭擺式硅微加速度計及其制備方法

有效

• 申請號: 201810650974.2
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN109001490B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 肖定邦;吳學忠;侯占強;陳志華;苗桐僑;卓明;周劍;張勇猛;朱新建;李濤;李青松;胡倩
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學;湖南天羿領航科技有限公司
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種高靈敏度扭擺式硅微加速度計及其制備方法，硅微加速度計包括連接為一體的硅基板和硅敏感結構，硅敏感結構包括應力釋放結構、兩對支撐梁、一對耦合敏感質量塊以及一對錨點，一對耦合敏感質量塊之間對稱布置，且每一個耦合敏感質量塊均分別通過一根單獨的支撐梁和錨點相連、通過另一根單獨的支撐梁和應力釋放結構連接耦合，每一個耦合敏感質量塊的質心位于和錨點相連的支撐梁的中點；制備方法采用干法刻蝕制備。本發明具有器件空間利用率高、敏感質量塊有效檢測面積大、高靈敏度、成品率高、成本低、加工質量高、加工魯棒性好、應用范圍廣的優點。

技術領域

本發明涉及硅微傳感器技術，具體涉及一種高靈敏度扭擺式硅微加速度計及其制備方法。

背景技術

加速度計主要用于測量運動物體相對慣性空間的運動參數，是現代生活不可或缺的傳感器件。與傳統的加速度相比，MEMS微加速度計具有體積小、功耗低、易于批量化加工等特點，因而迅速成為國內外研究的熱點，其性能也在不斷的提高，廣泛應用于軍事民用領域。

目前，國外的單軸微加速度計產品已經成熟并且得到了廣泛的應用，國內對于單軸微加速度計的研究和開發力度也在不斷的增大，已經有部分實驗室研制出性能較高的工程樣機，但如何結合現有的設計工藝制造探索結構簡單、制造高效、性能卓越的單軸微加速度計具有重要的現實意義。硅微扭擺式加速度計具有體積小、可靠性高、耐沖擊等一系列優點，因而受到各國的普遍重視，競相研制，目前逐步在制導和汽車檢測等領域中應用。但靈敏度低、噪聲大、溫度特性與魯棒性受到自身結構的限制。

專利申請號為201410825011.3和201410606833.2的中國專利文獻公開了兩種扭擺式微機械加速度計，但是上述兩種現有技術中微加速的敏感質量塊均通過懸臂梁與支撐梁連接、采用錨點外置于硅敏感結構的固定方式，存在器件空間利用率低、敏感質量塊有效檢測面積小、靈敏度低的問題；并且兩種方案均采用濕法腐蝕工藝制備，存在器件面積大、成品率低和加工成本高等問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種器件空間利用率高、敏感質量塊有效檢測面積大、高靈敏度、成品率高、成本低、加工質量高、加工魯棒性好、應用范圍廣的高靈敏度扭擺式硅微加速度計及其制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

本發明提供一種高靈敏度扭擺式硅微加速度計，包括連接為一體的硅基板和硅敏感結構，所述硅敏感結構包括應力釋放結構、兩對支撐梁、一對耦合敏感質量塊以及一對錨點，一對耦合敏感質量塊之間對稱布置，且每一個耦合敏感質量塊均分別通過一根單獨的支撐梁和錨點相連、通過另一根單獨的支撐梁和應力釋放結構連接耦合，每一個耦合敏感質量塊的質心位于和錨點相連的支撐梁的中點，所述錨點位于耦合敏感質量塊的中部；所述硅基板上設有電容板組件和引線電極組件，所述電容板組件分別設于耦合敏感質量塊下方且與耦合敏感質量塊間隙布置，所述引線電極組件和電容板組件相連。

優選地，所述兩對支撐梁的橫截面均為矩形。

優選地，所述硅基板上設有兩個鍵合凸臺，每一個錨點分別鍵合在一個鍵合凸臺上。

優選地，所述一對錨點以應力釋放結構為中線對稱布置。

優選地，每一個耦合敏感質量塊的一側均設有一個凹槽，且一對耦合敏感質量塊的凹槽之間分別位于和錨點相連的支撐梁的不同側。

優選地，所述電容板組件包括一對第一固定電容板和一對第二固定電容板，所述第一固定電容板分別布置于耦合敏感質量塊上帶有凹槽一側的下方，所述第二固定電容板分別布置于耦合敏感質量塊上不帶有凹槽一側的下方；引線電極組件包括第一電極和第二電極，兩個第一固定電容板通過導線相連構成一組檢測電容且共用第一電極引出，兩個第二固定電容板通過導線相連構成另一組檢測電容且共用第二電極引出，兩組檢測電容差分得到微加速度計的輸出電容。