[發明專利]基于電熱預加載具有準零剛度特性的MEMS微重力傳感器芯片

有效

• 申請號: 201910319089.0
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110040680B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 韋學勇;段宇興;趙明輝;任子明;趙惠英;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;G01V7/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種基于電熱預加載具有準零剛度特性的MEMS微重力傳感器芯片，包括單晶硅襯底(1)，其特征在于：單晶硅襯底(1)上生長有二氧化硅絕緣層(2)，二氧化硅絕緣層(2)上鍵合有單晶硅結構層(3)，在單晶硅結構層(3)的電極錨點(3-2)上沉積有金屬電極層(4)，在單晶硅結構層(3)中制作有MEMS加速度傳感器芯片；

所述的MEMS加速度傳感器芯片，包括芯片框架(3-7),芯片框架(3-7)的四角分別設有1組電極錨點(3-2)，每組兩個電極錨點(3-2)之間連接有成陣列結構的V型梁組成一個電熱驅動單元(3-1)，V型梁中間橫向連接有一個中間臂(3-3)，中間臂(3-3)和限位自鎖機構(3-4)的一端連接，限位自鎖機構(3-4)和芯片框架(3-7)配合，限位自鎖機構(3-4)的另一端和彈簧(3-5)的首端連接，彈簧(3-5)的尾端和質量塊(3-6)連接；電熱驅動單元(3-1)、中間臂(3-3)、限位自鎖機構(3-4)、彈簧(3-5)、質量塊(3-6)構成了傳感器芯片的主體部分，通過一體化MEMS工藝制造，均為固定連接；除去電極錨點(3-2)以及芯片框架(3-7)，其余部分下面的單晶硅襯底(1)和二氧化硅絕緣層(2)將被腐蝕掉，使傳感器芯片的主體部分成為懸空結構；

電熱驅動單元(3-1)對彈簧(3-5)進行軸向加載后，能夠改變MEMS加速度傳感器芯片在其敏感方向的線性剛度，通過改變加載電壓與彈簧(3-5)結構參數，能夠實現MEMS加速度傳感器芯片準零剛度區間的可調；

所述的限位自鎖機構(3-4)采用凸輪壓緊自鎖結構，其沿著加載力作用下移動，并與芯片框架(3-7)的圓弧處發生垂向擠壓，通過芯片框架(3-7)的圓弧處壓緊形成自鎖；

所述的電熱驅動單元(3-1)的V型梁單側梁長度為1000～1200μm，寬為30～40μm，V型梁中間夾角為166～172°,V型梁之間的間距為70～80μm；

所述的彈簧(3-5)采用歐拉屈曲梁結構，其梁寬為30～34μm，兩端跨距為3000～3100μm，中心偏轉距為55～60μm。

2.根據權利要求1所述的一種基于電熱預加載具有準零剛度特性的MEMS微重力傳感器芯片，其特征在于：所述的二氧化硅絕緣層(2)的生長厚度為2～3μm。

3.根據權利要求1所述的一種基于電熱預加載具有準零剛度特性的MEMS微重力傳感器芯片，其特征在于：所述的單晶硅結構層(3)的厚度為40μm，平面尺寸為13mm×16mm。