[发明专利]一种高灵敏度扭摆式硅微加速度计及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高灵敏度扭摆式硅微加速度计及其制备方法，硅微加速度计包括连接为一体的硅基板和硅敏感结构，硅敏感结构包括应力释放结构、两对支撑梁、一对耦合敏感质量块以及一对锚点，一对耦合敏感质量块之间对称布置，且每一个耦合敏感质量块均分别通过一根单独的支撑梁和锚点相连、通过另一根单独的支撑梁和应力释放结构连接耦合，每一个耦合敏感质量块的质心位于和锚点相连的支撑梁的中点；制备方法采用干法刻蚀制备。本发明具有器件空间利用率高、敏感质量块有效检测面积大、高灵敏度、成品率高、成本低、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，具体涉及一种高灵敏度扭摆式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，是现代生活不可或缺的传感器件。与传统的加速度相比，MEMS微加速度计具有体积小、功耗低、易于批量化加工等特点，因而迅速成为国内外研究的热点，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。但灵敏度低、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扭摆式微机械加速度计，但是上述两种现有技术中微加速的敏感质量块均通过悬臂梁与支撑梁连接、采用锚点外置于硅敏感结构的固定方式，存在器件空间利用率低、敏感质量块有效检测面积小、灵敏度低的问题；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，提供一种器件空间利用率高、敏感质量块有效检测面积大、高灵敏度、成品率高、成本低、加工质量高、加工鲁棒性好、应用范围广的高灵敏度扭摆式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：

本发明提供一种高灵敏度扭摆式硅微加速度计，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应力释放结构、两对支撑梁、一对耦合敏感质量块以及一对锚点，一对耦合敏感质量块之间对称布置，且每一个耦合敏感质量块均分别通过一根单独的支撑梁和锚点相连、通过另一根单独的支撑梁和应力释放结构连接耦合，每一个耦合敏感质量块的质心位于和锚点相连的支撑梁的中点，所述锚点位于耦合敏感质量块的中部；所述硅基板上设有电容板组件和引线电极组件，所述电容板组件分别设于耦合敏感质量块下方且与耦合敏感质量块间隙布置，所述引线电极组件和电容板组件相连。

优选地，所述两对支撑梁的横截面均为矩形。

优选地，所述硅基板上设有两个键合凸台，每一个锚点分别键合在一个键合凸台上。

优选地，所述一对锚点以应力释放结构为中线对称布置。

优选地，每一个耦合敏感质量块的一侧均设有一个凹槽，且一对耦合敏感质量块的凹槽之间分别位于和锚点相连的支撑梁的不同侧。

优选地，所述电容板组件包括一对第一固定电容板和一对第二固定电容板，所述第一固定电容板分别布置于耦合敏感质量块上带有凹槽一侧的下方，所述第二固定电容板分别布置于耦合敏感质量块上不带有凹槽一侧的下方；引线电极组件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微加速度计的输出电容。