[發明專利]一種基于零位校正的MEMS加速度計

在審

• 申請號: 201910458116.2
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110095632A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 雷龍海;周駿;王龍峰;王志;山永啟
• 申請（專利權）人: 四川知微傳感技術有限公司
• 主分類號: G01P15/08
• 分類號: G01P15/08;G01P15/125;G01P15/13
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 熊曦

本發明公開了一種基于零位校正的MEMS加速度計，包括：基片，基片上設有氧化層，若干個錨點通過氧化層固定在基片上，氧化層上設有敏感器件層，敏感器件層包括：差動電容檢測結構、加速度計閉環反饋電極結構、若干個懸臂梁、零位校正結構、敏感質量塊、2個止擋結構、2個固定結構；通過對加速度計結構的設計可以校正結構由于加工誤差、安裝誤差以及環境溫度等變化帶來的零位輸出變化不一的問題，消除由于零位變化對器件穩定性、溫度特性等性能造成的影響。

技術領域

本發明涉及微機械MEMS加速度計領域，具體地，涉及一種基于零位校正的MEMS加速度計。

背景技術

微機械MEMS加速度計是一種測量加速度大小的器件或裝置，其在工業控制、航空、航天、軍事等高精度領域具有廣泛的應用需求。然而，由于MEMS加速度計在生產過程中存在結構加工誤差，使用過程中存在安裝誤差以及周圍環境溫度等變化，將造成器件零位輸出變化不一，這不僅影響MEMS加速度計的批量生產，還將對器件的穩定性、溫度特性等性能造成較大影響，綜合精度不高，這將嚴重阻礙其在高精度領域的應用。因此，需要采取改進策略對MEMS加速度計零位輸出進行校正。

發明內容

本發明提出了一種基于零位校正的MEMS加速度計，通過對加速度計結構的設計可以校正結構由于加工誤差、安裝誤差以及環境溫度等變化帶來的零位輸出變化不一的問題，消除由于零位變化對器件穩定性、溫度特性等性能造成的影響。

為實現上述發明目的，本申請提供了一種基于零位校正的MEMS加速度計，所述加速度計包括：

基片，基片上設有氧化層，若干個錨點通過氧化層固定在基片上，氧化層上設有敏感器件層，敏感器件層包括：差動電容檢測結構、加速度計閉環反饋電極結構、若干個懸臂梁、零位校正結構、敏感質量塊、2個止擋結構、2個固定結構；

差動電容檢測結構與錨點和敏感質量塊連接，用于對加速度信號引起的電容變化進行檢測；加速度計閉環反饋電極結構與錨點和敏感質量塊連接，用于對加速度信號引起的位移進行平衡，使敏感質量塊保持在機械零位；

敏感質量塊上設有若干個第一空腔，若干第一空腔關于敏感質量塊的中心對稱分布，每個第一空腔的中心分別設有一錨點，每個第一空腔內關于第一空腔的中心對稱分布有2個懸臂梁，懸臂梁的一端與錨點連接，懸臂梁的另一端與敏感質量塊連接；

敏感質量塊中部設有第二空腔，零位校正結構位于第二空腔內，零位校正結構包括：上下零位校正電極、2個錨點，上零位校正電極與上錨點和敏感質量塊連接，下零位校正電極與下錨點和敏感質量塊連接，零位校正結構上半部分與下半部分關于零位校正結構中心對稱，零位校正結構用于對敏感質量塊進行零位校正；

2個止擋結構和2個固定結構分別關于敏感質量塊的中心左右對稱，固定結構與錨點連接，止擋結構一端與敏感質量塊連接，固定結構用于對止擋結構另一端進行限位保護。

其中，本發明該加速度計的特點是：1、零位校正結構分為上、下兩個模塊，每個模塊包括固定錨點、零位校正固定電極、零位校正可動電極，固定電極一端與錨點連接，可動電極一端與質量塊連接，固定電極與兩側的可動電極間距相等，具有一定長度的重疊部分，兩個模塊關于加速度計結構原點中心對稱分布；2、支撐梁為懸臂梁，共八根，位于可動質量塊四角，每兩根通過固定錨點連接在一起構成一組，四組梁關于結構原點中心對稱分布，該設計可以很好地避免X軸向、Z軸向的干擾，防止結構塌陷，增強了結構抗振動能力；3、通過設計凹形防撞擊結構，可以有效地增強結構的抗沖擊能力；4、采用差動檢測，閉環工作的方式，可增強加速度計信噪比，有效地限制了加速度計可動結構的位移，整體線性度好，測量精度高；5、整體結構設計緊湊，芯片尺寸小。

進一步的，所述加速度計中的懸臂梁為8個，敏感質量塊上設有4個第一空腔，4個第一空腔關于敏感質量塊的中心對稱分布，每個第一空腔的中心分別設有一錨點，每個第一空腔內關于第一空腔的中心對稱分布有2個懸臂梁，懸臂梁的一端與錨點連接，懸臂梁的另一端與敏感質量塊連接。