[發(fā)明專利]一種高性能體硅MEMS電容式加速度計(jì)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811557183.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN109507452A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭小偉;李紹榮;秦茂森;楊承
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都力創(chuàng)云科技有限公司
• 主分類號(hào): G01P15/125
• 分類號(hào): G01P15/125
• 代理公司: 成都正華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李林合;李蕊

本發(fā)明提供了一種高性能體硅MEMS電容式加速度計(jì)，所述體硅MEMS電容式加速度計(jì)其結(jié)構(gòu)包括由體加工形成的齒樞、多組動(dòng)齒、折疊梁以及長浮動(dòng)硅梁構(gòu)成敏感質(zhì)量元件和定齒偏置的固定齒及基片構(gòu)成。本發(fā)明通過采用定齒偏置結(jié)構(gòu)，增大了檢測電容，從而使分辨率和精度大大增加；另外，通過將移動(dòng)電極的固定錨設(shè)置于敏感方向的中間位置，形成長浮動(dòng)硅梁電極結(jié)構(gòu)，可大大減小溫度變化引起的零漂，提高加速度計(jì)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計(jì)一種高性能體硅MEMS電容式加速度計(jì)，屬于微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是20世紀(jì)80年代隨著硅微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而逐漸成長起來的，是微電子平面加工技術(shù)和硅微機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的產(chǎn)物。MEMS的特征尺寸在微米量級(jí)，集傳感技術(shù)、制動(dòng)技術(shù)、和控制技術(shù)于一體。采用MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的微型電容式加速度計(jì)，以其小型化、可集成性、高精度、低噪聲、低溫漂和低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍事、汽車工藝、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。

目前高精度MEMS電容式加速度計(jì)在許多應(yīng)用中越來越需要，包括慣性導(dǎo)航，重力測量，振動(dòng)測量等。目前，MEMS電容式加速度計(jì)由于高靈敏度，大讀出帶寬和良好的噪聲性能而對(duì)于高精度器件更具吸引力和前景，梳齒式微機(jī)械結(jié)構(gòu)是電容式加速度計(jì)的一種典型結(jié)構(gòu)。然而，MEMS電容式加速度計(jì)不可避免地受到溫度的影響，溫度的變化會(huì)引起加速度計(jì)的參數(shù)漂移，尤其是其零漂和標(biāo)度因素的變化，進(jìn)而對(duì)整個(gè)加速度計(jì)的精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響，高精度的加速度計(jì)必須盡量消除溫度對(duì)加速度計(jì)性能的影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高性能的MEMS電容式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)，其旨在降低溫度變化引起的加速度計(jì)零漂的變化，從而提高加速度計(jì)性能。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種高性能的MEMS電容式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)，包括玻璃基板，一個(gè)由齒樞、多組動(dòng)齒和折疊梁構(gòu)成的敏感質(zhì)量塊，固定錨，連接敏感質(zhì)量塊與錨的長浮動(dòng)硅梁和固定齒。該齒樞為H型，動(dòng)齒由齒樞向兩側(cè)伸出，形成雙側(cè)梳齒式結(jié)構(gòu)；齒樞、四組動(dòng)齒以及折疊梁構(gòu)成敏感質(zhì)量塊；同時(shí)，敏感質(zhì)量塊通過長浮動(dòng)硅梁連接到固定錨上，使得敏感質(zhì)量塊相對(duì)于基片懸空平行設(shè)置，硅梁與質(zhì)量塊一起構(gòu)成長浮動(dòng)硅梁移動(dòng)電極。固定齒為直接固定在基片上的四組單側(cè)梳齒式結(jié)構(gòu)，每組定齒與所對(duì)應(yīng)的動(dòng)齒交錯(cuò)配置，總體形成差動(dòng)電容。

本發(fā)明所說的固定錨位于敏感方向的中間位置，敏感質(zhì)量塊的整體結(jié)構(gòu)以固定錨為中心對(duì)稱分布；

本發(fā)明所述的敏感質(zhì)量塊的梳齒與其相鄰的兩定齒的距離不相等，寬窄間隙比為5:1；

本發(fā)明的敏感質(zhì)量元件可以沿齒樞軸向運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)主要是敏感距離小的一側(cè)形成的電容量，可忽略距離大的一側(cè)的電容量。若干對(duì)動(dòng)齒和固定齒形成總體差動(dòng)檢測電容和差動(dòng)加力電容。

本發(fā)明的最重要的優(yōu)點(diǎn)是其能大大減小溫度變化對(duì)加速度計(jì)零漂的影響，提高加速度計(jì)的性能；另外，采用定齒偏置結(jié)構(gòu)，可以減少鍵合塊，增大單位鍵合面積，降低鍵合難度，易于加工。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種高性能體硅MEMS電容式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為現(xiàn)有大部分定齒偏置式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)簡圖。

圖3為本發(fā)明高性能體硅MEMS電容式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)簡圖。

具體實(shí)施方式