[实用新型]三轴集成压阻式加速度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种采用压阻原理制作的多轴集成式加速度传感器，属于微机械传感器领域。

背景技术

微加速度传感器是采用微机械加工技术制作的传感器。根据所采用的工作原理不同，微加速度传感器可分为电容式、压阻式、热流式、隧穿式和谐振式等多种。和其它形式的微加速度传感器相比，压阻式微加速度传感器由于具有加工工艺简单、测试方便和成本低廉等特点而获得了广泛的应用。压阻式加速度传感器以半导体的压阻效应为基础，由质量块和悬臂梁以及设置在悬臂梁上表面或侧面的压敏电阻组成。三轴微加速度传感器可以同时测量三个方向的加速度信号，和单轴微加速度传感器相比具有集成度高、安装简单等更多优势，因此在实际应用中需求量也更大。

压阻式三轴微加速度传感器的实现方法主要有三种，第一种方式是采用一个敏感元件测量三个方向的加速度信号，当敏感元件感受不同方向的加速度时，不同位置的电阻阻值产生变化，通过测量电阻的阻值得到加速度的大小和方向，这种传感器最大的问题是各轴之间的交叉耦合比较大。另一种方式是将三个单轴压阻式微加速度传感器组装在一起，实现三轴测量功能，但是这种方式体积较大，并且组装比较困难，容易导致较大的安装误差。

第三种方式是将三个单轴压阻式加速度传感器同时制作在同一个芯片上，避免上述两种方式导致的交叉耦合和安装误差等，单个单轴压阻式加速度传感器的结构是由硅框架、质量块、悬臂梁以及设置在悬臂梁上表面的压敏电阻组成的，质量块和硅框架之间通过悬臂梁连接成一体。但现有结构中测量平面内(即X方向和Y方向)加速度信号的传感器是将压敏电阻制作在悬臂梁的侧面，而测量垂直方向(Z方向)的加速度信号则须将压敏电阻制作在悬臂梁上表面。在敏感梁的上表面和侧面制作压敏电阻需要采用不同的工艺，甚至使用不同的设备，因此这种方式带来的问题是加工工艺复杂，增大了加工成本。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种可以利用单一加工工艺制作的三轴压阻式微加速度传感器的微结构。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

三轴集成压阻式加速度传感器，包括三个相互独立的硅MEMS压阻式加速度传感器，其中测量平面内X向和Y向加速度信号的两个硅MEMS压阻式加速度传感器的结构完全相同，它们都包括硅框架、质量块、扭转梁、敏感梁以及设置在敏感梁上表面的压敏电阻，质量块和硅框架之间通过支撑梁和敏感梁连接成一体；上述两个硅MEMS压阻式加速度传感器在芯片平面内垂直分布，从而一个硅MEMS压阻式加速度传感器测量X方向的加速度信号，另一个硅MEMS压阻式加速度传感器测量Y方向的加速度信号。第三个压阻式加速度传感器位于X向和Y向压阻式加速度传感器的一侧，用于测量Z方向的加速度信号，其结构是由硅框架、质量块、悬臂梁以及设置在悬臂梁上表面的压敏电阻组成，质量块和硅框架之间通过悬臂梁连接成一体。

本实用新型结构的进一步改进在于：上述三个方向压阻式微加速度传感器结构的压敏电阻均位于梁的上表面，因此可以采用相同的工艺将三个压阻式微加速度传感器制作在同一个芯片上。

上述X轴和Y轴方向上的硅MEMS压阻式加速度传感器的结构为：包括硅框架、质量块、扭转梁、敏感梁和压敏电阻，质量块位于硅框架中间并通过扭转梁和敏感梁与硅框架连接，在质量块的两侧和硅框架之间设置有互相对称的厚度小于质量块的敏感梁，敏感梁可以为一对或多对，在敏感梁的上表面制作有检测应力大小的压敏电阻，压敏电阻分布在敏感梁的端部；在质量块的另外两个侧面设置有厚度大于敏感梁的一对对称分布的扭转梁，扭转梁连接在质量块和硅框架之间。

上述Z轴方向的硅MEMS压阻式加速度传感器的结构为：包括硅框架、质量块、悬臂梁和压敏电阻，质量块位于硅框架中间并通过悬臂梁连接成一体，质量块的每个侧面和硅框架之间有一个或多个悬臂梁，四个侧面的悬臂梁数量相等并对称分布。悬臂梁的一端或两端制作有检测应力大小的压敏电阻。

由于采用上述技术方案，本实用新型所产生的有益效果在于：

三轴集成压阻式加速度传感器由三个相互独立的单轴压阻式微加速度传感器组成，每个传感器只能测量一个方向的加速度信号，而对另外两个方向的加速度信号不会产生响应。通过检测三个传感器的输出信号的值，即可得到外界加速度信号的方向和大小。