一種三軸硅微加速度計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是一種三軸硅微加速度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 與傳統(tǒng)加速度計(jì)相比，微機(jī)械加速度計(jì)具有成本低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在武 器裝備、慣性導(dǎo)航和汽車(chē)安全等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。因此，自主研制高性能微加速 度計(jì)具有重要意義。國(guó)外的微加速度計(jì)研發(fā)開(kāi)始較早且技術(shù)發(fā)展迅猛，大量面向汽車(chē)、消費(fèi) 產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的微加速度計(jì)產(chǎn)品不斷問(wèn)世，部分產(chǎn)品已經(jīng)成功應(yīng)用到了武器裝備中。目前 國(guó)內(nèi)微加速度計(jì)研宄主要還是針對(duì)單軸與雙軸微加速度計(jì)，三軸微加速度計(jì)的研宄較少。 面向慣性導(dǎo)航與控制應(yīng)用的高精度單片三軸微加速度計(jì)與國(guó)外差距較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種三軸硅微加速度計(jì)，主要用來(lái)測(cè)量三維空間三個(gè)軸向的 加速度，具有靈敏度較高、加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、抗沖擊性能良好等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種三軸硅微加速度計(jì)，采用"玻璃一硅一玻璃"三層結(jié)構(gòu)，包括上玻璃基板1、硅敏感 結(jié)構(gòu)2和下玻璃基板3三個(gè)部分，所述硅敏感結(jié)構(gòu)2鍵合在所述上玻璃基板1和所述下玻 璃基板3之間，所述硅敏感結(jié)構(gòu)2采用各向異性濕法腐蝕工藝制作，包括四個(gè)完全一致的敏 感質(zhì)量塊5,四個(gè)所述敏感質(zhì)量塊5相互正交擺放；所述敏感質(zhì)量塊5由雙懸臂梁4支撐； 所述每個(gè)敏感質(zhì)量塊5的上、下面各連接有一個(gè)檢測(cè)電極7 ;所述檢測(cè)電極分別位于上玻璃 基板1和下玻璃基板3上；每個(gè)所述敏感質(zhì)量塊5與對(duì)應(yīng)位置的所述上玻璃基板1和所述 下玻璃基板3上的2個(gè)所述檢測(cè)電極7構(gòu)成檢測(cè)電容；所述上玻璃基板1和所述下玻璃基 板3上設(shè)有凹槽10,所述凹槽10為矩形，共4個(gè)，在上玻璃基板1和所述下玻璃基板3上呈 "田"字排列。
[0005] 本發(fā)明中，所述凹槽10的四周是所述上玻璃基板1及所述下玻璃基板3與所述娃 敏感結(jié)構(gòu)2相鍵合的鍵合面9,所述敏感質(zhì)量塊5的鍵合梁6的上下兩側(cè)面與所述上玻璃基 板1及所述下玻璃基板3的鍵合面9相鍵合。
[0006] 本發(fā)明中，所述檢測(cè)電極7材料為鋁。
[0007] 本發(fā)明中，所述上玻璃基板1和所述下玻璃基板3上設(shè)有引線焊盤(pán)8,所述檢測(cè)電 極7及引線焊盤(pán)8均位于所述凹槽10的底部。
[0008] 本發(fā)明中，所述上玻璃基板1和所述下玻璃基板3結(jié)構(gòu)完全相同，均采用Pyrex 7740#玻璃片制作，厚度為500 y m。
[0009] 本發(fā)明中，所述硅敏感結(jié)構(gòu)2采用n型（100)低阻重?fù)诫s單晶硅片制作，厚度為 100ym，硅片的電阻率為ICT 2 D .cm。
[0010] 本發(fā)明中，所述雙懸臂梁4采用平行四邊形截面結(jié)構(gòu)，由單晶硅的（100)晶面和 (111)晶面組成。
[0011] 本發(fā)明中，所述檢測(cè)電容的電容間隙為30 y m。
[0012] 本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、由于在同一塊芯片上實(shí)現(xiàn)三軸集成，能同時(shí)檢測(cè)到三軸的輸入加速度，芯片尺寸較 小，價(jià)格較低，對(duì)準(zhǔn)與加工精度高。
[0013] 2、由于采用硅的各向異性濕法腐蝕加工工藝制作，加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)先進(jìn)工 藝設(shè)備的依賴(lài)性相對(duì)較小，且側(cè)壁的形貌和表面質(zhì)量容易保證。
[0014] 3、由于采用了"玻璃-硅-玻璃"三層結(jié)構(gòu)形式，有效減少共模誤差，減小溫漂，提 高加速度計(jì)的整體穩(wěn)定性，并獲得更大的靈敏度和較好的線性度。
[0015] 4、精度較高、封閉性較好，具有良好的抗沖擊性能。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明玻璃基板示意圖； 圖3是本發(fā)明的硅敏感結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明的總裝示意圖。
[0017] 圖中：1-上玻璃基板，2-硅敏感結(jié)構(gòu)，3-下玻璃基板，4-雙懸臂梁，5-敏感質(zhì)量 ±夬，6-鍵合梁；7-檢測(cè)電極，8-引線焊盤(pán)，9-鍵合面，10-凹槽。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式不限于下述實(shí) 施例，在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出的各種變化均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0019] 實(shí)施例1 :如圖1所示的一種三軸硅微加速度計(jì)，采用"玻璃一硅一玻璃"三層結(jié) 構(gòu)，包括上玻璃基板1、硅敏感結(jié)構(gòu)2和下玻璃基板3三個(gè)部分。所述上玻璃基板1和所述 下玻璃基板3完全相同，均采用Pyrex 7740#玻璃片制作，厚度為500 ym。所述硅敏感結(jié)構(gòu) 2采用n型（100)低阻重?fù)诫s單晶硅片制作，厚度為100ym，硅片的電阻率為見(jiàn)3 D Mm。所 述硅敏感結(jié)構(gòu)2鍵合在所述上玻璃基板1和所述下玻璃基板3之間，鍵合完成的三軸硅微 加速度計(jì)如圖4所示。所述敏感硅結(jié)構(gòu)2采用各向異性濕法腐蝕工藝制作，包括四個(gè)完全 一致的敏感質(zhì)量塊5,四個(gè)所述敏感質(zhì)量塊5相互正交擺放，如圖3所示。所述敏感質(zhì)量塊 5由雙懸臂梁4支撐。所述雙懸臂梁4采用平行四邊形截面結(jié)構(gòu)，由單晶硅的（100)晶面和 (111)晶面組成。每個(gè)所述敏感質(zhì)量塊5的上、下面各有一個(gè)所述檢測(cè)電極7。每個(gè)所述敏 感質(zhì)量塊5與對(duì)應(yīng)位置的所述上玻璃基板1和所述下玻璃基板3上的2個(gè)所述檢測(cè)電極7 構(gòu)成檢測(cè)電容，所述檢測(cè)電容的電容間隙為30 y m。如圖2所示，所述上玻璃基板1和所述 下玻璃基板3上設(shè)有凹槽10、檢測(cè)電極7及引線焊盤(pán)8。所述凹槽10為矩形，共4個(gè)，在上 玻璃基板1和所述下玻璃基板3上呈"田"字排列。所述凹槽10的四周是所述上玻璃基板 1及所述下玻璃基板3與所述硅敏感結(jié)構(gòu)2相鍵合的鍵合面9,所述敏感質(zhì)量塊5的鍵合梁 6的上下兩側(cè)面與所述上玻璃基板1及所述下玻璃基板3的鍵合面9相鍵合。所述檢測(cè)電 極7材料為鋁。所述檢測(cè)電極7及所述引線焊盤(pán)8均位于所述凹槽10的底部。
[0020] 綜上所述，本發(fā)明由于在同一塊芯片上實(shí)現(xiàn)三軸集成，能同時(shí)檢測(cè)到三軸的輸入 加速度，芯片尺寸較小，價(jià)格較低，對(duì)準(zhǔn)與加工精度高；由于采用硅的各向異性濕法腐蝕加 工工藝制作，加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)先進(jìn)工藝設(shè)備的依賴(lài)性相對(duì)較小，且側(cè)壁的形貌和表面 質(zhì)量容易保證；由于采用了"玻璃-硅-玻璃"三層結(jié)構(gòu)形式，有效減少共模誤差，減小溫漂， 提高加速度計(jì)的整體穩(wěn)定性，并獲得更大的靈敏度和較好的線性度。此外本發(fā)明精度較高、 封閉性較好，具有良好的抗沖擊性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種s軸娃微加速度計(jì)，其特征在于：采用"玻璃一娃一玻璃"s層結(jié)構(gòu)，包括上玻 璃基板（1)、娃敏感結(jié)構(gòu)（2)和下玻璃基板（3)=個(gè)部分，所述娃敏感結(jié)構(gòu)（2)鍵合在所述 上玻璃基板（1)和所述下玻璃基板（3)之間，所述娃敏感結(jié)構(gòu)（2)采用各向異性濕法腐蝕 工藝制作，包括四個(gè)完全一致的敏感質(zhì)量塊巧），四個(gè)所述敏感質(zhì)量塊（5)相互正交擺放； 所述敏感質(zhì)量塊（5)由雙懸臂梁（4)支撐；所述每個(gè)敏感質(zhì)量塊（5)的上、下面各連接有一 個(gè)檢測(cè)電極（7);所述檢測(cè)電極分別位于上玻璃基板（1)和下玻璃基板（3)上；每個(gè)所述敏 感質(zhì)量塊（5)與對(duì)應(yīng)位置的所述上玻璃基板（1)和所述下玻璃基板（3)上的（2)個(gè)所述檢 測(cè)電極（7)構(gòu)成檢測(cè)電容；所述上玻璃基板（1)和所述下玻璃基板（3)上設(shè)有凹槽（10)， 所述凹槽（10)為矩形，共（4)個(gè)，在上玻璃基板（1)和所述下玻璃基板（3)上呈"田"字排 列。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的=軸娃微加速度計(jì)，其特征在于：所述凹槽（10)的四周是所 述上玻璃基板（1)及所述下玻璃基板（3)與所述娃敏感結(jié)構(gòu)（2)相鍵合的鍵合面巧），所述 敏感質(zhì)量塊（5)的鍵合梁（6)的上下兩側(cè)面與所述上玻璃基板1及所述下玻璃基板（3)的 鍵合面（9)相鍵合。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的=軸娃微加速度計(jì)，其特征在于；所述檢測(cè)電極（7)材料為 侶。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的=軸娃微加速度計(jì)，其特征在于：所述上玻璃基板（1)和所 述下玻璃基板（3)上設(shè)有引線焊盤(pán)巧），所述檢測(cè)電極（7)及引線焊盤(pán)（8)均位于所述凹槽 (10)的底部。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的=軸娃微加速度計(jì)，其特征在于：所述上玻璃基板（1)和所 述下玻璃基板（3)結(jié)構(gòu)完全相同，均采用Pyrex7740#玻璃片制作，厚度為500ym。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的=軸娃微加速度計(jì)，其特征在于：所述娃敏感結(jié) 構(gòu)（2)采用n型（100)低阻重滲雜單晶娃片制作，厚度為lOOym，娃片的電阻率為 1日-2Q?cm。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的=軸娃微加速度計(jì)，其特征在于；所述雙懸臂梁（4)采用平 行四邊形截面結(jié)構(gòu)，由單晶娃的（100)晶面和（111)晶面組成。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的=軸娃微加速度計(jì)，其特征在于：所述檢測(cè)電容的電容間隙 為 30ym。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種三軸硅微加速度計(jì)，采用“玻璃—硅—玻璃”三層結(jié)構(gòu)，包括上玻璃基板、硅敏感結(jié)構(gòu)和下玻璃基板三個(gè)部分。所述硅敏感結(jié)構(gòu)鍵合在所述上玻璃基板和所述下玻璃基板之間。所述硅敏感結(jié)構(gòu)包括四個(gè)完全一致的敏感質(zhì)量塊。所述上玻璃基板和所述下玻璃基板上均設(shè)有檢測(cè)電極和引線焊盤(pán)。所述敏感質(zhì)量塊與所述上玻璃基板和所述下玻璃基板上的檢測(cè)電極構(gòu)成檢測(cè)電容。本發(fā)明體積小、靈敏度較高、加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、抗沖擊性能良好。
【IPC分類(lèi)】G01P15/18, G01P15/125
【公開(kāi)號(hào)】CN104931728
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510279413
【發(fā)明人】劉廣軍, 楊鋒
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月28日