一种抗高过载硅敏感单元、微加速度计及其制备方法

专利名称：一种抗高过载硅敏感单元、微加速度计及其制备方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210018515.9

专利申请（专利权）人：中国人民解放军国防科技大学
权利人地址：湖南省长沙市开福区德雅路109号

专利发明（设计）人：侯占强,吴学忠,肖定邦,李青松,席翔,张勇猛,刘高,单恒,苗桐侨,虢晓双,王北镇

专利摘要：本发明公开了一种抗高过载硅敏感单元、微加速度计及其制备方法，硅敏感单元包括外框、复合梁结构与质量块组件；复合梁结构包含梁应力释放结构、敏感梁和位移限制梁，梁应力释放结构的两侧通过敏感梁与外框相连、两端通过位移限制梁与外框相连；两个敏感梁、两个位移限制梁以梁应力释放结构为中心呈十字对称结构位于质量块组件间隔的镂空槽内；外框包含缓冲止挡结构。本发明应用于硅微传感器技术领域，增设位移限制梁与缓冲止挡结构，在不影响微加速度计工作模态下，位移限制梁可以在微加速度计受到冲击时提升敏感梁的刚度和整个敏感单元的刚性，外框上的缓冲止挡结构可在质量块与外框产生碰撞时进行阻挡与缓冲保护，提高了微加速度计抗过载性能。

主权利要求：
1.一种抗高过载硅敏感单元，其特征在于，包括外框与敏感机构，所述外框上具有镂空槽，所述敏感机构包括复合梁结构与质量块组件，所述复合梁结构包括梁应力释放结构、敏感梁和位移限制梁，所述梁应力释放结构位于所述外框以及所述镂空槽的中心位置；
所述梁应力释放结构的左、右两侧分别通过敏感梁与所述外框相连，所述梁应力释放结构的上、下两端分别通过位移限制梁与所述外框相连，两个所述敏感梁、两个所述位移限制梁以所述梁应力释放结构为中心呈十字对称结构位于所述镂空槽内，与所述外框构成“田”形结构同时将所述镂空槽分割为完全相同的四个安装槽，提升了硅敏感单元的整体刚性；
所述质量块组件包括四个与所述安装槽一一对应的质量块，所述质量块位于对应所述安装槽内且通过悬臂梁与对应所述安装槽之间的敏感梁相连，每相邻的两个所述质量块之间沿所述敏感梁或所述梁应力释放结构对称；
所述外框上靠近所述质量块边缘的位置设有若干与所述质量块边缘平行的条状的应力释放槽；
所述应力释放槽与对应所述质量块的边缘之间为缓冲止挡结构，所述缓冲止挡结构靠近所述质量块的一侧为外凸构型，微加速度计受到冲击时，所述缓冲止挡结构对所述质量块运动起缓冲直至阻挡的作用。
2.根据权利要求1所述抗高过载硅敏感单元，其特征在于，所述外框上对应所述敏感梁的连接处设有过渡凸起，以增加所述敏感梁与所述外框之间的过渡，降低所述敏感梁在受冲击时连接处的应力幅。
3.根据权利要求2所述抗高过载硅敏感单元，其特征在于，所述敏感梁横截面为矩形，且与所述过渡凸起、所述悬臂梁、所述梁应力释放结构之间的连接处均为90°的倒圆角结构。
4.根据权利要求1或2或3所述抗高过载硅敏感单元，其特征在于，所述梁应力释放结构、所述敏感梁、所述位移限制梁、所述质量块、所述悬臂梁的厚度相等，且均小于所述外框的厚度；
所述梁应力释放结构、所述敏感梁、所述位移限制梁、所述质量块、所述悬臂梁的上表面均与所述外框的上表面平齐。
5.根据权利要求1或2或3所述抗高过载硅敏感单元，其特征在于，所述梁应力释放结构呈篱栅构型，且所述梁应力释放结构的外轮廓两端拐角处为90°的倒圆角结构，内部条状槽两端部为“U”形。
6.一种微加速度计，其特征在于，包括玻璃基板以及权利要求1至5任一项所述抗高过载硅敏感单元，所述玻璃基板上设有电连接的引脚和电极组件；
所述玻璃基板的上表面与所述外框的下表面通过阳极键合的方式固定相连，且所述电极组件位于所述质量块组件的正下方。
7.一种权利要求6所述微加速度计的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，准备厚硅片并进行标定、清洗和烘干；
步骤2，使用厚胶在硅片下表面进行匀胶，并在光刻后对底面凹槽的光刻图案进行显影，再采用干法刻蚀工艺刻蚀出底面凹槽，刻蚀深度为硅片下表面至敏感机构下表面的加工厚度，随后对硅片进行去胶、清洗和烘干处理；
步骤3，使用厚胶在硅片上表面进行匀胶，并在光刻后对应力释放槽的光刻图案进行显影，再采用干法刻蚀工艺贯穿刻蚀出应力释放槽；
步骤4，使用厚胶继续在硅片上表面进行匀胶，并在光刻后对质量块、悬臂梁、梁应力释放结构、敏感梁和位移限制梁的光刻图案进行显影，再采用干法刻蚀工艺刻蚀出质量块、悬臂梁、梁应力释放结构、敏感梁和位移限制梁，但不贯穿；
步骤5，使用厚胶继续在硅片上表面进行匀胶，并在光刻后对质量块、悬臂梁、梁应力释放结构、敏感梁和位移限制梁的光刻图案进行显影，再采用干法刻蚀工艺刻蚀贯穿质量块、悬臂梁、梁应力释放结构、敏感梁和位移限制梁，同时显影并刻蚀出质量块上的沉槽，最后对硅片进行去胶、清洗和烘干处理；
步骤6，准备硼酸玻璃并镀膜形成掩膜，再通过腐蚀的方法得到电极制作凹槽，再采用溅射的方式制作与敏感结构对应的检测电极；
步骤7，将硅片与玻璃基板进行阳极键合形成微加速度计。 说明书 : 一种抗高过载硅敏感单元、微加速度计及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及硅微传感器技术领域，具体是一种抗高过载硅敏感单元、微加速度计及其制备方法。背景技术[0002] 加速度计是一种用于加速度感应的传感器，当传感器受到加速度作用时，内部敏感单元感受加速度而变形，通过特殊的检测手段可以将正比于加速度的变形检测出来，从而实现加速度检测。微加速度计采用微机械加工工艺制备，具有体积小、成本低、性能高等优点，是用于故障检测、姿态传感、健康监测等方面的关键器件，广泛的应用于民用和军用领域。[0003] 目前微加速度计的抗过载性能仍然有待提升。发明内容[0004] 针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种抗高过载硅敏感单元、微加速度计及其制备方法，具有抗高过载、加工工艺简单、成本低、性能高等多项优点。[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种抗高过载硅敏感单元，包括外框与敏感机构，所述外框上具有镂空槽，所述敏感机构包括复合梁结构与质量块组件，所述复合梁结构包括梁应力释放结构、敏感梁和位移限制梁，所述梁应力释放结构位于所述外框以及所述镂空槽的中心位置；[0006] 所述梁应力释放结构的左、右两侧分别通过敏感梁与所述外框相连，所述梁应力释放结构的上、下两端分别通过位移限制梁与所述外框相连，两个所述敏感梁、两个所述位移限制梁以及所述梁应力释放结构呈十字对称结构位于所述镂空槽内，与所述外框构成“田”形结构同时将所述镂空槽分割为完全相同的四个安装槽，提升了硅敏感单元的整体刚性；[0007] 所述质量块组件包括四个与所述安装槽一一对应的质量块，且所述质量块位于对应所述安装槽内且通过悬臂梁与对应所述安装槽之间的敏感梁相连，且每相邻的两个所述质量块之间沿所述敏感梁或所述梁应力释放结构对称；[0008] 所述外框上靠近所述质量块边缘的位置设有若干与所述质量块边缘平行的条状的应力释放槽；[0009] 所述应力释放槽与对应所述质量块的边缘之间为缓冲止挡结构，所述缓冲止挡结构靠近所述质量块的一侧为外凸构型，微加速度计受到冲击时，所述缓冲止挡结构对所述质量块运动起缓冲直至阻挡的作用。[0010] 优选地，所述外框上对应所述敏感梁的连接处设有过渡凸起，以增加所述敏感梁与所述外框之间的过渡，降低所述敏感梁在受冲击时连接处的应力幅。[0011] 优选地，所述敏感梁横截面为矩形，且与所述过渡凸起、所述悬臂梁、所述梁应力释放结构之间的连接处均为90°的倒圆角结构。[0012] 优选地，所述梁应力释放结构、所述敏感梁、所述位移限制梁、所述质量块、所述悬臂梁的厚度相等，且均小于所述外框的厚度；[0013] 所述梁应力释放结构、所述敏感梁、所述位移限制梁、所述质量块、所述悬臂梁的上表面均与所述外框的上表面平齐。[0014] 优选地，所述梁应力释放结构呈篱栅构型，且所述梁应力释放结构的外轮廓两端拐角处为90°的倒圆角结构，内部条状槽两端部为“U”形。[0015] 为实现上述目的，本发明还提供一种微加速度计，包括玻璃基板以及上述抗高过载硅敏感单元，所述玻璃基板上设有电连接的引脚与电极组件；[0016] 所述玻璃基板的上表面与所述外框的下表面通过阳极键合的方式固定相连，且所述电极组件位于所述质量块组件的正下方。[0017] 为实现上述目的，本发明还提供一种上述微加速度计的制备方法，包括如下步骤：[0018] 步骤1，准备厚硅片并进行标定、清洗和烘干；[0019] 步骤2，使用厚胶在硅片下表面进行匀胶，并在光刻后对底面凹槽的光刻图案进行显影，再采用干法刻蚀工艺刻蚀出底面凹槽，刻蚀深度为硅片下表面至敏感机构下表面的加工厚度，随后对硅片进行去胶、清洗和烘干处理；[0020] 步骤3，使用厚胶在硅片上表面进行匀胶，并在光刻后对应力释放槽的光刻图案进行显影，再采用干法刻蚀工艺贯穿刻蚀出应力释放槽；[0021] 步骤4，使用厚胶继续在硅片上表面进行匀胶，并在光刻后对质量块、悬臂梁、梁应力释放结构、敏感梁和位移限制梁的光刻图案进行显影，再采用干法刻蚀工艺刻蚀出质量块、悬臂梁、梁应力释放结构、敏感梁和位移限制梁，但不贯穿；[0022] 步骤5，使用厚胶继续在硅片上表面进行匀胶，并在光刻后对质量块、悬臂梁、梁应力释放结构、敏感梁和位移限制梁的光刻图案进行显影，再采用干法刻蚀工艺刻蚀贯穿质量块、悬臂梁、梁应力释放结构、敏感梁和位移限制梁，同时显影并刻蚀出质量块上的沉槽，最后对硅片进行去胶、清洗和烘干处理；[0023] 步骤6，准备硼酸玻璃并镀膜形成掩膜，再通过腐蚀的方法得到电极制作凹槽，再采用溅射的方式制作与敏感结构对应的检测电极；[0024] 步骤7，将硅片与玻璃基板进行阳极键合形成微加速度计。[0025] 与现有技术相比，本发明提供的一种抗高过载硅敏感单元、微加速度计及其制备方法，具有如下有益技术效果：[0026] 1、本发明中的抗高过载硅敏感单元增设了位移限制梁，在不影响微加速度计工作模态的情况下，位移限制梁可以在微加速度计受到冲击时，产生被拉伸和被挤压动作，减小梁应力释放结构的变形，提升敏感梁的刚度和结构刚性，最终提高微加速度计抗过载性能；[0027] 2、本发明中的抗高过载硅敏感单元在外框上设计有缓冲止挡结构和应力释放槽，且缓冲止挡结构和应力释放槽环沿外框内部边线设置，该设计能够在器件受到冲击时起到缓冲与阻挡作用，提高了微加速度计抗过载性能；同时，器件在环境温度变化的情况下工作，该设计能提升温变条件下器件的工作稳定性；[0028] 3、本发明中的抗高过载硅敏感单元的各结构连接处由常规直角过渡、小圆角过渡更换为大圆角过渡，还将该设计应用至梁应力释放结构的轮廓拐角及内部条状槽，能够大幅降低器件受到振动冲击以及环境变化时敏感梁、悬臂梁等杆件的应力水平，提升器件系统的稳定性；而且，该设计属于工艺性提升，降低了加工难度，提高了成本率、压缩了制作周期和成本；[0029] 4、本发明中的抗高过载硅敏感单元整体结构呈内凹形，其中外框的厚度要大于其他结构的厚度，该设计能够使得外框内的质量块在受到敏感轴冲击时具有足够的位移量，同时保证了器件灵敏度，提高了量程可变性。[0030] 5、本发明中微加速度计将外框作为与玻璃基板连接的锚点，在不增加微加速度计轮廓范围的基础上，可以提升微加速度计敏感单元的键合面积及强度，另一方面，基于限位思想的外框设计可以提升器件抗过载性能；[0031] 6、本发明中的微加速度计的制备方法在由干法刻蚀工艺得到缓冲与阻挡型外框、位移限制梁和低应力措施结构设计的基础上，能够制备得到本发明的微加速度计，具有抗高过载、加工工艺简单、成本低、性能高的优点。附图说明[0032] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。[0033] 图1为本发明实施例1中硅敏感单元的第一轴测图；[0034] 图2为图1中的局部结构放大图；[0035] 图3为本发明实施例1中硅敏感单元的第二轴测图；[0036] 图4为本发明实施例1示例中扭转模态示意图；[0037] 图5为本发明实施例1示例中弯曲模态示意图；[0038] 图6为本发明实施例1示例中当加速度方向为垂直结构平面时的面外位移示意图；[0039] 图7为本发明实施例1示例中当加速度沿敏感梁方向时的面外位移示意图；[0040] 图8为本发明实施例1示例中当加速度沿垂直敏感梁方向时的面外位移示意图；[0041] 图9为本发明实施例1示例中硅敏感单元在温度上升时的模态示意图；[0042] 图10为本发明实施例1示例中硅敏感单元在温度下降时的模态示意图；[0043] 图11为本发明实施例2中微加速度计的轴测图；[0044] 图12为本发明实施例2中玻璃基板的轴测图；[0045] 图13为本发明实施例3中微加速度计的加工工艺流程示意图。[0046] 附图标号：[0047] 外框1、镂空槽101、过渡凸起102、底面凹槽103、应力释放槽104、缓冲止挡结构105；梁应力释放结构201、敏感梁202、位移限制梁203；质量块3、悬臂梁301、沉槽302；玻璃基板4、让位槽401、键合凸台402；电极板5；第一引脚601、第二引脚602。[0048] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式[0049] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0050] 需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。[0051] 另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。[0052] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0053] 另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。[0054] 实施例1[0055] 如图1‑3所示为本实施例公开的一种抗高过载硅敏感单元，主要应用于微加速度计。该敏感单元包括一体成型的外框1与敏感机构，外框1为方形平板结构，敏感机构包括复合梁结构与质量块组件，复合梁结构包括梁应力释放结构201、敏感梁202和位移限制梁203。外框1上具有镂空槽101，镂空槽101位于外框1的中间区域，梁应力释放结构201则位于镂空槽101的中心位置。其中，梁应力释放结构201的左、右两侧的中间位置分别通过敏感梁202与外框1相连，梁应力释放结构201的上、下两端的中间位置则分别通过位移限制梁203与外框1相连，梁应力释放结构201、两个敏感梁202以及两个位移限制梁203呈十字对称结构位于质量块组件间隔的镂空槽101内，与外框1构成“田”形结构同时将镂空槽101分割为完全相同的四个安装槽，提升了硅敏感单元的整体刚性。质量块组件包括四个与安装槽一一对应的质量块3，且质量块3位于对应安装槽内且通过悬臂梁301与对应安装槽之间的敏感梁202相连，且每相邻的两个质量块3之间沿梁应力释放结构201或敏感梁202对称，四个质量块3以梁应力释放结构201的几何中心为原点呈中心对称分布，确保了微加速度计在外界输入时，位移变化的对称性，提高差分效果和输出稳定性。同时在受到非敏感轴的加速度、加工误差或者因环境因素引起的结构变形时，可以通过差分的方式最大化消除对微加速度计输出的影响，提高微加速度计系统的稳定性。[0056] 本实施例中，位移限制梁203作为梁应力释放结构201与外框1之间的连接部分，在微加速度计受到冲击时，可以发生被拉伸和被挤压的动作，在不影响微加速度计工作模态的前提下，降低梁应力释放结构201的运动幅度，提升敏感梁202的刚度和整体结构的抗过载性能。[0057] 在具体实施过程中，外框1上对应敏感梁202的连接处设有过渡凸起102，用于在敏感梁202与外框1之间起到过渡作用，降低敏感梁202应力幅，避免应力过大或过载较高时造成敏感梁202断裂。[0058] 本实施例中，敏感梁202横截面为矩形，且与过渡凸起102、悬臂梁301、梁应力释放结构201之间的连接处均为90°的倒圆角结构；梁应力释放结构201呈篱栅构型，且梁应力释放结构201的外轮廓两端拐角处为90°的倒圆角结构，内部条状槽两端部为“U”形。具体地，在敏感单元中各个结构的连接处、内条状槽处、拐角处均由常规直角过渡、小圆角过渡更换为大圆角过渡，并将该设计应用至梁应力释放结构201的轮廓及内部结构拐角，能够大幅降低器件受到振动冲击以及环境变化时敏感梁202、悬臂梁301、位移限制梁203等杆件的应力水平，提升器件系统的抗过载性能。而且，该设计属于工艺性提升，降低了加工难度，提高了成本率、压缩了制作周期和成本。[0059] 本实施例中，梁应力释放结构201、敏感梁202、位移限制梁203、质量块3、悬臂梁301的厚度相等，且均小于外框1的厚度。同时，梁应力释放结构201、敏感梁202、位移限制梁203、质量块3、悬臂梁301的上表面均与外框1的上表面平齐，即敏感单元底面对应敏感机构的位置具有一底面凹槽103，该设计能够使得外框1内的质量块组件在受到敏感轴冲击时具有足够的位移量，同时保证了器件灵敏度，提高了量程可变性。[0060] 本实施例中，质量块3为凸形结构，且质量块3上的凸起部通过悬臂梁301与对应敏感梁202相连，其中一组对角上的两个质量块3的上表面具有沉槽302，以使得质量块3组件形成非平衡结构。即四块质量块3中，一组对角上的两个质量块3具有沉槽302，另一组对角上的两个质量块3则不具有沉槽302，进而使得同一敏感梁202上的两个质量块3的质量不再相等，进行在敏感单元上构成两组非平衡质量块结构，形成非平衡因素。[0061] 本实施例中，外框1上靠近质量块3边缘的位置设有若干与质量块3边缘平行的条状的应力释放槽104，即应力释放槽104环外框1的内部边线设置。应力释放槽104采用条状镂空设计，在应力释放槽104与对应质量块3的边缘之间形成有缓冲阻挡结构105，缓冲阻挡结构105靠近质量块3的一侧为外凸构型。该设计能够在器件受到冲击时起到缓冲和阻挡作用，提高了微加速度计抗过载性能。同时，器件在环境温度变化的情况下工作，该结构形式能提升温变条件下器件的工作稳定性。[0062] 下面结合具体示例对本实施例中的抗高过载敏感单元作出进一步的说明。[0063] 本实施例通过COMSOL软件仿真的不同模态下各质量块3的位移情况，得到的仿真结果如图4‑5所示，其中图4为扭转模态，图5为弯曲模态。[0064] 本实施例通过COMSOL软件仿真的不同方向加速度下各质量块3的面外位移情况以及温度变化时各质量块3的位移情况，得到的仿真结果如图6‑10所示。参见图6‑8，其中a代表加速度，a旁边的箭头代表加速度的方向；微加速度计的非平衡质量块3上的箭头代表受到此方向的加速度时质量块3的面外运动方向。参见图6，当加速度方向为垂直结构平面时，敏感梁202以扭转变形为主，此时的加速度方向即为本实施例单轴微加速度计的检测方向；参见图7‑8，当受到结构平面内沿敏感梁202方向和垂直敏感梁202方向的加速度时，敏感梁202以弯曲变形为主，此时质量块3在以敏感梁202为分界的两个区域内，同一区域内的两个质量块3之间面外位移量基本相同且沿位移限制梁203对称，因为微加速度计为双差分检测，所以此时结构平面垂直方向的位移导致的输出被差分消除。图9‑10分别仿真了本实施例的微加速度计不受加速度作用在温度下降和上升时，硅敏感单元的位移分布情况。图中T代表温度，T旁下降或上升的箭头代表温度下降与上升。从图9与图10可以看出，由于本实施例微加速度计采用缓冲止挡结构105和梁应力释放结构201，以及两对质量块3中心对称分布，在温度T的影响下，质量块3组件位移量减小，且被位移限制梁203限位的梁应力释放结构201两侧的质量块3位移形变趋势呈对称分布，因此可以通过差分消除温度变化造成的微加速度计输出漂移。[0065] 实施例2[0066] 如图11‑12所示为本实施例公开的一种微加速度计，包括玻璃基板4以及实施例1中的抗高过载敏感单元，玻璃基板4上设有电连接的引脚与电极组件。玻璃基板4的整体为方形平板结构，且整体尺寸比外框1大。玻璃基板4的上表面对应电极组件的位置具有让位槽401，为布置电极组件留出了空间。且玻璃基板4的上表面沿让位槽401对称具有两个“门”型的键合凸台402，在连接玻璃基板4时，将外框1的下表面作为锚点区域，在键合凸台402与锚点区域采用阳极键合的方法连接固定，不仅工艺成熟、简单，且操作方便，键合成功率高。[0067] 本实施例中，将外框1作为与玻璃基板4连接的锚点，在不增加微加速度计轮廓范围的基础上，可以提升微加速度计敏感单元的键合面积及强度，另一方面，外框1基于限位思想，在器件受到冲击时，可以限制质量块3的运动幅度，提升器件抗冲击性能。[0068] 本实施例中，电极组件包括四个尺寸小于质量块3的电极板5，且四个电极板5与四个质量块3一一对应，电极板5固定安置在让位槽401内，且被对应的质量块3完全覆盖。将位于具有沉槽302的质量块3下方的电极板5定义为第一电极，另外两个定义为第二电极。[0069] 引脚包括第一引脚601与第二引脚602，两个具有沉槽302的质量块3配合两个第一电极构成一组检测电容，两个第一电极通过导线相连且共用第一引脚601引出；另外两个质量块3配合两个第二电极构成另一组检测电容，两个第二电极通过导线相连且共用第二引脚602引出，两组检测电容差分得到微加速度计的输出电容。[0070] 在检测过程中，质量块组件将输入的加速度转化为惯性力，惯性力使质量块3发生位移，因此使得质量块3和对应的电极板5之间的电容发生变化，由于两个质量块3上沉槽302的存在使得每个质量块3质量相对敏感梁202具有不对称性，当受到垂直于结构表面的加速度时，敏感梁202发生扭转，两个第一电极通过导线相连构成一组检测电容、两个第二电极通过导线相连构成另一组检测电容差分，得到该向加速度作用下的差分电容放大输出，通过外置电容检测电路即可得到电容输出值，进而解算出相应的加速度。这一检测过程中，由于各个电极板5与质量块3之间的正对面积大小始终相等，因此能够确保两组检测电容的相对面积相同以保证相同的电容。并且采用两组检测电容差分的方式得到微加速度计的输出电容，还能够将非敏感轴加速度影响下的质量块3的位移变化对微加速度计输出的影响通过差分消除，明显地提升了稳定性、减小了温度等外界环境变化对输出的影响，具有交叉轴耦合误差小、温度特性好的优点。[0071] 实施例3[0072] 如图13所示为本实施例还公开了一种实施例2中微加速度计的制备方法，具体包括如下步骤：[0073] 步骤1，准备厚硅片并进行标定、清洗和烘干，即图13(a)所示；[0074] 步骤2，使用厚胶在硅片下表面进行匀胶，并在光刻后对底面凹槽103的光刻图案进行显影，即图13(b)所示；再采用干法刻蚀工艺刻蚀出底面凹槽103，刻蚀深度为硅片下表面至敏感机构下表面的加工厚度，随后对硅片进行去胶、清洗和烘干处理，即图13(c)所示；[0075] 步骤3，使用厚胶在硅片上表面进行匀胶，并在光刻后对应力释放槽104的光刻图案进行显影，即图13(d)所示；再采用干法刻蚀工艺贯穿刻蚀出应力释放槽104，即图13(e)所示；[0076] 步骤4，使用厚胶继续在硅片上表面进行匀胶，并在光刻后对质量块3、悬臂梁301、梁应力释放结构201、敏感梁202和位移限制梁203的光刻图案进行显影，即图13(f)所示；再采用干法刻蚀工艺刻蚀出质量块3、悬臂梁301、梁应力释放结构201、敏感梁202和位移限制梁203，但不贯穿，即图13(g)所示；[0077] 步骤5，使用厚胶继续在硅片上表面进行匀胶，并在光刻后对质量块3、悬臂梁301、梁应力释放结构201、敏感梁202和位移限制梁203的光刻图案进行显影，即图13(h)所示；再采用干法刻蚀工艺刻蚀贯穿质量块3、悬臂梁301、梁应力释放结构201、敏感梁202和位移限制梁203，同时显影并刻蚀出质量块3上的沉槽302，最后对硅片进行去胶、清洗和烘干处理，即图13(i)所示；[0078] 步骤6，准备硼酸玻璃并镀膜形成掩膜，再通过腐蚀的方法得到电极制作凹槽，即图13(j)所示；再采用溅射的方式制作与敏感结构对应的检测电极，即图13(k)所示；[0079] 步骤7，将硅片与玻璃基板4进行阳极键合形成微加速度计，即图13(l)所示。[0080] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

专利地区：湖南

专利申请日期：2022-01-07

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN114348951B