[发明专利]一种振梁加速度计芯片结构及制作方法

说明书

一种振梁加速度计芯片结构，涉及一种谐振式振梁加速度计仪表，所述芯片结构包括挠性结构、设置在挠性结构上下端面的质量结构和设置在所述质量结构端面上的振梁结构；所述挠性结构与所述质量结构的接触面之间、所述质量结构与所述振梁结构的接触面之间均设置有键合层，所述键合层包括依次设置的种子层、过渡层、活性反应层和焊料层；本发明通过在挠性结构、质量结构和振梁结构相接触的位置设置键合层，以实现自蔓延反应键合；相比现有分体式，装配简单，同时避免了石英材料和金属质量块不同材料间的热失配和胶老化问题；同时本方案通过多层基片键合，避免了一体式石英振梁加速度计的加工困难，以及挠性结构和振梁湿法刻蚀表面的质量控制难题。

技术领域

本发明涉及一种谐振式振梁加速度计仪表，具体涉及一种分体式双振梁加速度计芯片结构及制作方法。

背景技术

石英振梁加速度计是一种利用谐振式测量原理，将被测加速度转换成石英振梁固有频率变化的传感器，因其具有大量程、高精度、小体积、低功耗、准数字输出等优势，可广泛用于战术导弹姿态控制、惯性导航，地球资源勘探等领域，有着重要的军用价值和民用价值。

石英振梁加速度计芯片主要分为一体式和分体式两种形式，一体式结构以法国ONERA设计的结构为典型代表，振梁结构与质量结构全部由石英材料组成，通过MEMS加工工艺在同一石英基片上制备而成，具有结构紧凑，一体成型的优点，但由于石英材料的各向异性特点，一体式芯片加工难度大，尤其是振梁结构和挠性结构的刻蚀表面质量难控制，对温度变化异常敏感，最终导致石英振梁加速度计温度系数的偏值和标度因数值较大；此外，一体式芯片结构采用单振梁，需要真空封装，使用中真空度的改变也会影响器件的性能，制约了一体式石英振梁加速度计的精度提高。

分体式芯片结构典型代表为Honeywell公司的RBA500，由石英双梁振梁结构与金属质量结构组成，需精密装配；同时，石英振梁结构和金属质量结构之间的热膨胀系数不匹配，以及胶老化的问题，限制了其在全温范围内工作的稳定性和重复性，长期稳定性和可靠性较差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于自蔓延反应键合的振梁加速度计芯片。

本发明提出的技术方案如下：

一种振梁加速度计芯片结构，所述芯片结构包括挠性结构、设置在挠性结构上下端面的质量结构和设置在所述质量结构端面上的振梁结构；所述挠性结构与所述质量结构的接触面之间、所述质量结构与所述振梁结构的接触面之间均设置有键合层，所述键合层包括依次设置的种子层、过渡层、活性反应层和焊料层。

进一步的，所述种子层的材料为铬；所述过渡层的材料为金；所述活性反应层由铝和镍经纳米薄膜交替蒸镀而成的层状结构，或由铝和镍经纳米颗粒丝网印刷而成的层状结构；所述焊料层为铟银焊料经纳米薄膜交替蒸镀而成的层状结构，或为纳米颗粒丝网印刷而成的层状结构。

进一步的，所述挠性结构层包括挠性框架和挠性块；所述挠性框架具有挠性左侧臂、挠性右侧臂和连接所述挠性左侧臂、挠性右侧臂的挠性连接臂，所述挠性左侧臂、挠性连接臂和挠性右侧臂共同组成具有凹框的挠性框架；所述挠性块设置在所述挠性框架的凹框内并通过挠性支撑与所述挠性连接臂固定。

进一步的，所述挠性块与所述挠性左侧臂的间隔距离为L1，所述挠性块与所述挠性右侧臂的间隔距离为L2，其中L1＝L2。

进一步的，所述挠性框架、挠性块和挠性支撑厚度相同且为一体成型结构。

进一步的，所述质量结构包括质量框架和质量块；

所述质量框架通过所述键合固定在所述挠性框架上，所述质量框架具有与所述挠性框架相同的呈“凹”字形结构且同时具有质量左侧臂、质量右侧臂和质量连接臂，所述质量连接臂的中心位置处设有一开口朝向所述质量块的第一缺口；