[发明专利]硅中空梁、基于硅中空梁的硅微加速度计及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硅中空梁、基于硅中空梁的硅微加速度计及其制备方法，硅中空梁包括由SOI硅片采用干法腐蚀加工工艺形成的梁本体，且其横截面为中空形；微加速度计包括连接为一体的硅敏感结构和硅基板，硅敏感结构包括支撑梁以及敏感质量块组件，支撑梁的横截面为前述的硅中空形梁，敏感质量块组件通过支撑梁固定于固定锚点上；制备方法包括采用干法腐蚀加工制备的硅敏感结构；将硅敏感结构与带有电容板组件和引线电极的硅基板采用硅‑硅低应力键合，得到微加速度计。本发明具有抗干扰能力强、器件面积小、成品率高、成本低、稳定性高、加工质量高、加工鲁棒性好、应用范围广的优点。

技术领域

本发明涉及硅微传感器技术，具体涉及一种硅中空梁、基于硅中空梁的硅微加速度计及其制备方法。

背景技术

加速度计主要用于测量运动物体相对惯性空间的运动参数。与传统的加速度相比，MEMS微加速度计技术，具有体积小、功耗低、易于批量化加工等特点，因而迅速成为研究的热点，其性能也在不断的提高，广泛应用于军事民用领域。

目前，国外的单轴微加速度计产品已经成熟并且得到了广泛的应用，国内对于单轴微加速度计的研究和开发力度也在不断的增大，已经有部分实验室研制出性能较高的工程样机，但如何结合现有的设计工艺制造探索结构简单、制造高效、性能卓越的单轴微加速度计具有重要的现实意义。硅微扭摆式加速度计具有体积小、可靠性高、耐冲击等一系列优点，因而受到各国的普遍重视，竞相研制，目前逐步在制导和汽车检测等领域中应用。但抗模态干扰能力差、噪声大、温度特性与鲁棒性受到自身结构的限制。

专利申请号为201410825011.3和201410606833.2的中国专利文献公开了两种微机械加速度计，但是两种方案中微加速计均为单根支撑梁结构，存在支撑梁弯曲模态干扰大的问题；并且两种方案均采用湿法腐蚀工艺制备，存在器件面积大、成品率低和加工成本高等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种抗干扰能力强、器件面积小、成品率高、成本低、稳定性高、加工质量高、加工鲁棒性好、应用范围广的硅中空梁，并进一步提供基于硅中空梁的硅微加速度计及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

首先，本发明提供一种硅中空梁，包括由SOI硅圆片采用干法腐蚀加工工艺形成的梁本体，所述梁本体由两条子梁相互平行构成，且两条子梁之间设有中空部，所述中空部以及梁本体两侧的蚀空位均为通过干法腐蚀加工工艺在同一块掩膜板进行干法腐蚀加工形成。

其次，本发明还提供一种基于硅中空梁的硅微加速度计，包括连接为一体的硅基板和硅敏感结构，所述硅敏感结构包括形成一体的支撑梁和敏感质量块组件，所述硅基板上设有电容板组件和引线电极，所述电容板组件设于敏感质量块组件下方且与敏感质量块组件间隙布置，所述引线电极和电容板组件相连，其特征在于：所述支撑梁和敏感质量块组件由同一块SOI硅圆片采用干法腐蚀加工工艺形成，所述支撑梁为权利要求1所述的硅中空梁。

优选地，所述敏感质量块组件包括两对敏感质量块，每一对敏感质量块包括质量不同且相对支撑梁对称布置的第一敏感质量块和第二敏感质量块，且两对敏感质量块中一对敏感质量块的第一敏感质量块和另一对敏感质量块的第二敏感质量块位于支撑梁的同一侧；所述电容板组件包括两个第一固定电容板和两个第二固定电容板，所述第一固定电容板和第一敏感质量块的相对面积、第二固定电容板和第二敏感质量块的相对面积之间大小相等，所述第一固定电容板分别布置于第一敏感质量块的下方，所述第二固定电容板分别布置于第二敏感质量块的下方，所述引线电极包括第一电极和第二电极，两个第一固定电容板通过导线相连构成一组检测电容且共用第一电极引出，两个第二固定电容板通过导线相连构成另一组检测电容且共用第二电极引出，两组检测电容差分得到硅微加速度计的输出电容。

优选地，所述第一敏感质量块和第二敏感质量块分别通过悬臂梁和支撑梁相连，每一对敏感质量块中第一敏感质量块的悬臂梁、第二敏感质量块的悬臂梁之间相对支撑梁对称布置。