本发明专利技术公开了一种三轴硅微加速度计，采用“玻璃—硅—玻璃”三层结构，包括上玻璃基板、硅敏感结构和下玻璃基板三个部分。所述硅敏感结构键合在所述上玻璃基板和所述下玻璃基板之间。所述硅敏感结构包括四个完全一致的敏感质量块。所述上玻璃基板和所述下玻璃基板上均设有检测电极和引线焊盘。所述敏感质量块与所述上玻璃基板和所述下玻璃基板上的检测电极构成检测电容。本发明专利技术体积小、灵敏度较高、加工工艺相对简单、抗冲击性能良好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电子机械系统领域，特别是一种三轴硅微加速度计。
技术介绍
与传统加速度计相比，微机械加速度计具有成本低、体积小、重量轻等优点，在武 器装备、惯性导航和汽车安全等领域得到越来越广泛的应用。因此，自主研制高性能微加速 度计具有重要意义。国外的微加速度计研发开始较早且技术发展迅猛，大量面向汽车、消费 产品应用领域的微加速度计产品不断问世，部分产品已经成功应用到了武器装备中。目前 国内微加速度计研宄主要还是针对单轴与双轴微加速度计，三轴微加速度计的研宄较少。 面向惯性导航与控制应用的高精度单片三轴微加速度计与国外差距较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三轴硅微加速度计，主要用来测量三维空间三个轴向的 加速度，具有灵敏度较高、加工工艺相对简单、抗冲击性能良好等优点。 为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下： 一种三轴硅微加速度计，采用"玻璃一硅一玻璃"三层结构，包括上玻璃基板1、硅敏感 结构2和下玻璃基板3三个部分，所述硅敏感结构2键合在所述上玻璃基板1和所述下玻 璃基板3之间，所述硅敏感结构2采用各向异性湿法腐蚀工艺制作，包括四个完全一致的敏 感质量块5,四个所述敏感质量块5相互正交摆放；所述敏感质量块5由双悬臂梁4支撑； 所述每个敏感质量块5的上、下面各连接有一个检测电极7 ;所述检测电极分别位于上玻璃 基板1和下玻璃基板3上；每个所述敏感质量块5与对应位置的所述上玻璃基板1和所述 下玻璃基板3上的2个所述检测电极7构成检测电容；所述上玻璃基板1和所述下玻璃基 板3上设有凹槽10,所述凹槽10为矩形，共4个，在上玻璃基板1和所述下玻璃基板3上呈 "田"字排列。 本专利技术中，所述凹槽10的四周是所述上玻璃基板1及所述下玻璃基板3与所述娃 敏感结构2相键合的键合面9,所述敏感质量块5的键合梁6的上下两侧面与所述上玻璃基 板1及所述下玻璃基板3的键合面9相键合。 本专利技术中，所述检测电极7材料为铝。 本专利技术中，所述上玻璃基板1和所述下玻璃基板3上设有引线焊盘8,所述检测电 极7及引线焊盘8均位于所述凹槽10的底部。 本专利技术中，所述上玻璃基板1和所述下玻璃基板3结构完全相同，均采用Pyrex 7740#玻璃片制作，厚度为500 y m。 本专利技术中，所述硅敏感结构2采用n型（100)低阻重掺杂单晶硅片制作，厚度为 100ym，硅片的电阻率为ICT 2 D .cm。 本专利技术中，所述双悬臂梁4采用平行四边形截面结构，由单晶硅的（100)晶面和 (111)晶面组成。 本专利技术中，所述检测电容的电容间隙为30 y m。 本专利技术由于采用了上述的技术方案，具有以下优点： 1、由于在同一块芯片上实现三轴集成，能同时检测到三轴的输入加速度，芯片尺寸较 小，价格较低，对准与加工精度高。 2、由于采用硅的各向异性湿法腐蚀加工工艺制作，加工工艺相对简单，对先进工 艺设备的依赖性相对较小，且侧壁的形貌和表面质量容易保证。 3、由于采用了"玻璃-硅-玻璃"三层结构形式，有效减少共模误差，减小温漂，提 高加速度计的整体稳定性，并获得更大的灵敏度和较好的线性度。 4、精度较高、封闭性较好，具有良好的抗冲击性能。【附图说明】图1是本专利技术的结构示意图； 图2是本专利技术玻璃基板示意图； 图3是本专利技术的硅敏感结构示意图； 图4是本专利技术的总装示意图。 图中：1-上玻璃基板，2-硅敏感结构，3-下玻璃基板，4-双悬臂梁，5-敏感质量 ±夬，6-键合梁；7-检测电极，8-引线焊盘，9-键合面，10-凹槽。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的实施方式不限于下述实 施例，在不脱离本专利技术宗旨的前提下做出的各种变化均属于本专利技术的保护范围之内。 实施例1 :如图1所示的一种三轴硅微加速度计，采用"玻璃一硅一玻璃"三层结 构，包括上玻璃基板1、硅敏感结构2和下玻璃基板3三个部分。所述上玻璃基板1和所述 下玻璃基板3完全相同，均采用Pyrex 7740#玻璃片制作，厚度为500 ym。所述硅敏感结构 2采用n型（100)低阻重掺杂单晶硅片制作，厚度为100ym，硅片的电阻率为见3 D Mm。所 述硅敏感结构2键合在所述上玻璃基板1和所述下玻璃基板3之间，键合完成的三轴硅微 加速度计如图4所示。所述敏感硅结构2采用各向异性湿法腐蚀工艺制作，包括四个完全 一致的敏感质量块5,四个所述敏感质量块5相互正交摆放，如图3所示。所述敏感质量块 5由双悬臂梁4支撑。所述双悬臂梁4采用平行四边形截面结构，由单晶硅的（100)晶面和 (111)晶面组成。每个所述敏感质量块5的上、下面各有一个所述检测电极7。每个所述敏 感质量块5与对应位置的所述上玻璃基板1和所述下玻璃基板3上的2个所述检测电极7 构成检测电容，所述检测电容的电容间隙为30 y m。如图2所示，所述上玻璃基板1和所述 下玻璃基板3上设有凹槽10、检测电极7及引线焊盘8。所述凹槽10为矩形，共4个，在上 玻璃基板1和所述下玻璃基板3上呈"田"字排列。所述凹槽10的四周是所述上玻璃基板 1及所述下玻璃基板3与所述硅敏感结构2相键合的键合面9,所述敏感质量块5的键合梁 6的上下两侧面与所述上玻璃基板1及所述下玻璃基板3的键合面9相键合。所述检测电 极7材料为铝。所述检测电极7及所述引线焊盘8均位于所述凹槽10的底部。 综上所述，本专利技术由于在同一块芯片上实现三轴集成，能同时检测到三轴的输入 加速度，芯片尺寸较小，价格较低，对准与加工精度高；由于采用硅的各向异性湿法腐蚀加 工工艺制作，加工工艺相对简单，对先进工艺设备的依赖性相对较小，且侧壁的形貌和表面 质量容易保证；由于采用了"玻璃-硅-玻璃"三层结构形式，有效减少共模误差，减小温漂， 提高加速度计的整体稳定性，并获得更大的灵敏度和较好的线性度。此外本专利技术精度较高、 封闭性较好，具有良好的抗冲击性能。【主权项】1. 一种s轴娃微加速度计，其特征在于：采用"玻璃一娃一玻璃"s层结构，包括上玻 璃基板（1)、娃敏感结构（2)和下玻璃基板（3)=个部分，所述娃敏感结构（2)键合在所述 上玻璃基板（1)和所述下玻璃基板（3)之间，所述娃敏感结构（2)采用各向异性湿法腐蚀 工艺制作，包括四个完全一致的敏感质量块巧），四个所述敏感质量块（5)相互正交摆放； 所述敏感质量块（5)由双悬臂梁（4)支撑；所述每个敏感质量块（5)的上、下面各连接有一 个检测电极（7);所述检测电极分别位于上玻璃基板（1)和下玻璃基板（3)上；每个所述敏 感质量块（5)与对应位置的所述上玻璃基板（1)和所述下玻璃基板（3)上的（2)个所述检 测电极（7)构成检测电容；所述上玻璃基板（1)和所述下玻璃基板（3)上设有凹槽（10)， 所述凹槽（10)为矩形，共（4)个，在上玻璃基板（1)和所述下玻璃基板（3)上呈"田"字排 列。2. 根据权利要求1所述的=轴娃微加速度计，其特征在于：所述凹槽（10)的四周是所 述上玻璃基板（1)及所述下玻璃基板（3)与所述娃敏感结构（2)相键合的键合面巧），所述 敏感质量块（5)的键合梁（6)的上下两侧面与所述上玻璃基板1及所述下玻璃基板（3)的 键合面（9)相键合。3. 根据权利要求1所述的=轴娃微加速度计，其特征在于；本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三轴硅微加速度计，其特征在于：采用“玻璃—硅—玻璃”三层结构，包括上玻璃基板(1)、硅敏感结构(2)和下玻璃基板(3)三个部分，所述硅敏感结构(2)键合在所述上玻璃基板(1)和所述下玻璃基板(3)之间，所述硅敏感结构(2)采用各向异性湿法腐蚀工艺制作，包括四个完全一致的敏感质量块(5)，四个所述敏感质量块(5)相互正交摆放；所述敏感质量块(5)由双悬臂梁(4)支撑；所述每个敏感质量块(5)的上、下面各连接有一个检测电极(7)；所述检测电极分别位于上玻璃基板(1)和下玻璃基板(3)上；每个所述敏感质量块(5)与对应位置的所述上玻璃基板(1)和所述下玻璃基板(3)上的(2)个所述检测电极(7)构成检测电容；所述上玻璃基板(1)和所述下玻璃基板(3)上设有凹槽(10)，所述凹槽(10)为矩形，共(4)个，在上玻璃基板(1)和所述下玻璃基板(3)上呈“田”字排列。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘广军，杨锋，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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