[發明專利]一種螺旋梁結構MEMS電容式加速度傳感器及制作方法

在審

• 申請號: 202011397680.7
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112462092A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 張曉桐;張松;董自強;王大宇
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125;B81B7/02;B81C1/00;B81C3/00
• 代理公司: 河北東尚律師事務所 13124
• 代理人: 王文慶

1.一種螺旋梁結構MEMS電容式加速度傳感器，其特征在于，包括上極板層、上極板電極引出點、上極板防撞框架、上極板鍵合環、上極板金環、上極板防撞凸點組、質量層、質量層電極引出點、質量層上鍵合環、質量層上懸臂圓環梁組、質量塊、質量層下懸臂圓環梁組、質量層下鍵合環、下極板層、下極板電極引出點、下極板防撞框架、下極板鍵合環、下極板金環、下極板防撞凸點組；所述上極板層、上極板防撞框架、質量層、質量塊、下極板層、下極板防撞框架為圓形結構；質量層上懸臂圓環梁組、質量層下懸臂圓環梁組為扇形環結構；上極板鍵合環、上極板金環、質量層上鍵合環、質量層下鍵合環、下極板鍵合環、下極板金環為圓環形結構；

上極板電極引出點位于上極板層上表面，上極板防撞框架位于上極板層上表面且半徑與上極板鍵合環內圓半徑一致，上極板鍵合環位于上極板層下表面，上極板防撞凸點組位于上極板層下表面且正對質量層中質量塊位置，上極板金環位于上極板鍵合環內部，質量層電極引出點位于質量層上表面，質量層上鍵合環位于質量層上表面，質量層上懸臂圓環梁組各個梁內端與質量塊上表面層相連，質量層上懸臂圓環梁組各個梁外端與質量層框架上表面層相連，質量層下懸臂圓環梁組各個梁內端與質量塊下表面層相連，質量層下懸臂圓環梁組各個梁外端與質量層框架下表面層相連，質量層下鍵合環位于質量層下表面，下極板電極引出點位于下極板層下表面，下極板防撞框架位于下極板層下表面且半徑與下極板鍵合環內圓半徑一致，下極板鍵合環位于下極板層上表面，下極板防撞凸點組位于下極板層上表面且正對質量層中質量塊位置，下極板金環位于下極板鍵合環內部；

所述上極板層、質量層、下極板層由上向下通過金硅、硅硅、金硅鍵合而成，中間質量層感應加速度并通過與上極板層、下極板層組成的差分電容轉換出加速度信號。

2.根據權利要求1所述的一種螺旋梁結構MEMS電容式加速度傳感器，其特征在于，所述質量層上懸臂圓環梁組、質量層下懸臂圓環梁組為彈性可動梁結構，質量層上懸臂圓環梁組與質量層下懸臂圓環梁組平行且相對中心對稱排列。

3.根據權利要求1所述的一種螺旋梁結構MEMS電容式加速度傳感器，其特征在于，所述質量層上懸臂圓環梁組、質量層下懸臂圓環梁組由鍵合后的質量層采用干法刻蝕形成。

4.根據權利要求1所述的一種螺旋梁結構MEMS電容式加速度傳感器，其特征在于，所述上極板鍵合環內的上極板金環與質量層上鍵合環之間為金硅低溫鍵合結構，從而將上極板層與質量層鍵合在一起；下極板鍵合環內的下極板金環與質量層下鍵合環之間為金硅低溫鍵合結構，從而將質量層與下極板層鍵合在一起。

5.根據權利要求1所述的一種螺旋梁結構MEMS電容式加速度傳感器，其特征在于，所述質量層上懸臂圓環梁組和質量層下懸臂圓環梁組各有4個梁。

6.根據權利要求1所述的一種螺旋梁結構MEMS電容式加速度傳感器，其特征在于，所述上極板層、上極板電極引出點、質量層、質量層電極引出點、質量層上鍵合環、質量層上懸臂圓環梁組、質量塊、質量層下懸臂圓環梁組、質量層下鍵合環、下極板層、下極板電極引出點均采用低阻硅材料；所述上極板金環、下極板金環采用金材料；所述上極板防撞框架、上極板鍵合環、上極板防撞凸點組、下極板防撞框架、下極板鍵合環、下極板防撞凸點組均采用低阻硅材料，其表面有一層氧化層。

7.如權利要求1所述螺旋梁結構MEMS電容式加速度傳感器中質量層的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）將兩片雙面拋光的低阻硅片進行正面濕法深刻蝕，獲得質量層上懸臂圓環梁組、質量層下懸臂圓環梁組的梁下空腔；

2）將步驟1）處理過的兩面低阻硅片正面對正面地進行硅硅鍵合；

3）在鍵合后的硅片上下面刻蝕出質量層上鍵合環、質量層下鍵合環與質量層上懸臂圓環梁組、質量層下懸臂圓環梁組。