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硅微諧振式加速度計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種硅微諧振式加速度計(jì)，包括：一玻璃基底；一硅微機(jī)械可動(dòng)結(jié)構(gòu)鍵合在玻璃基底表面，所述硅微機(jī)械可動(dòng)結(jié)構(gòu)包括一第一質(zhì)量塊、一第二質(zhì)量塊呈鏡像對(duì)稱設(shè)置，所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊分別通過兩根支撐梁懸浮于所述玻璃基底表面，并以兩根支撐梁為軸轉(zhuǎn)動(dòng)；一第一振梁的兩端分別與第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊相連，一第一驅(qū)動(dòng)定梳齒與一第一檢測(cè)定梳齒相對(duì)設(shè)置于所述第一振梁兩側(cè)；一第二振梁的兩端分別與所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊相連，一第二驅(qū)動(dòng)定梳齒與一第二檢測(cè)定梳齒相對(duì)設(shè)置于所述第二振梁兩側(cè)，且所述第一振梁及第二振梁在垂直于玻璃基底表面的方向上即Z軸方向上具有不同的高度。
【專利說明】硅微諧振式加速度計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)的微慣性測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于不等高振梁的測(cè)量Z軸加速度的硅微諧振式加速度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微機(jī)械加工技術(shù)的深入發(fā)展，微機(jī)械慣性傳感器在導(dǎo)航領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。目前在中低性能的應(yīng)用領(lǐng)域正逐步取代石英撓性加速度計(jì)等傳統(tǒng)慣性儀表。國(guó)際上MEMS加速度計(jì)已開始在導(dǎo)航和戰(zhàn)術(shù)武器領(lǐng)域應(yīng)用。同時(shí)部分高精度領(lǐng)域也將被微機(jī)電加速度計(jì)替代。
[0003]為滿足高精度、小型化戰(zhàn)略武器裝備需求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多軸集成的硅微諧振式加速度計(jì)，敏感軸垂直于加工平面的Z軸硅微諧振式加速度計(jì)成為單芯片多軸集成硅微諧振式加速度計(jì)設(shè)計(jì)重點(diǎn)。
[0004]然而，關(guān)于Z軸硅微諧振式加速度計(jì)的設(shè)計(jì)較少，一般采用靜電剛度式硅微諧振式加速度計(jì)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且設(shè)計(jì)難度大，影響了所述Z軸硅微諧振式加速度計(jì)的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]綜上所述，確有必要提供一種能夠克服上述問題的Z軸硅微諧振式加速度計(jì)。
[0006]—種娃微諧振式加速度計(jì)，包括:一玻璃基底；一娃微機(jī)械可動(dòng)結(jié)構(gòu)鍵合在玻璃基底表面，所述硅微機(jī)械可動(dòng)結(jié)構(gòu)包括一第一質(zhì)量塊、一第二質(zhì)量塊呈鏡像對(duì)稱設(shè)置，所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊分別通過兩根支撐梁懸浮于所述玻璃基底表面，并以兩根支撐梁為軸轉(zhuǎn)動(dòng)；一第一振梁及一第二振梁平行設(shè)置于所述第一質(zhì)量塊與第二質(zhì)量塊之間，所述第一振梁的兩端分別與第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊相連，一第一驅(qū)動(dòng)定梳齒與一第一檢測(cè)定梳齒相對(duì)設(shè)置于所述第一振梁兩側(cè)；所述第二振梁的兩端分別與所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊相連，一第二驅(qū)動(dòng)定梳齒與一第二檢測(cè)定梳齒相對(duì)設(shè)置于所述第二振梁兩側(cè)，且所述第一振梁及第二振梁在垂直于玻璃基底表面的方向上即Z軸方向上具有不同的高度。
[0007]—種娃微諧振式加速度計(jì)，包括:一玻璃基底；一娃微機(jī)械可動(dòng)結(jié)構(gòu)鍵合在玻璃基底表面，所述娃微機(jī)械可動(dòng)結(jié)構(gòu)包括一第一質(zhì)量塊、一第二質(zhì)量塊呈鏡像對(duì)稱設(shè)置；一中央支撐錨區(qū)設(shè)置于所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊之間，所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊關(guān)于所述中央支撐錨區(qū)呈鏡像對(duì)稱設(shè)置，所述第一質(zhì)量塊通過一第一支撐梁與所述中央支撐錨區(qū)連接，所述第二質(zhì)量塊通過一第二支撐梁與所述中央支撐錨區(qū)連接，并懸浮于所述玻璃基底表面；一第一振梁的兩端分別與所述中央支撐錨區(qū)及第二質(zhì)量塊連接；一第二振梁的兩端分別與所述中央支撐錨區(qū)及第二質(zhì)量塊連接，且與所述第一振梁對(duì)稱分布于所述中央支撐錨區(qū)兩側(cè)；一第一驅(qū)動(dòng)定梳齒與一第一檢測(cè)定梳齒相對(duì)設(shè)置于所述第一振梁兩側(cè)；一第二驅(qū)動(dòng)定梳齒與一第二檢測(cè)定梳齒相對(duì)設(shè)置于所述第二振梁兩側(cè)，且所述第一振梁及第二振梁在垂直于玻璃基底表面的方向上即Z軸方向上具有不同的高度。
[0008]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的硅微諧振式加速度計(jì)，采用平面扭擺結(jié)構(gòu)敏感垂直軸加速度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，進(jìn)一步，通過采用不等高振梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)慣性力變化，采用梳齒結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜電激勵(lì)和電容檢測(cè)，有效兼容平面內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)和電氣特性，提高了檢測(cè)精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的Z軸硅微諧振式加速度計(jì)的平面視圖。
[0010]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的Z軸硅微諧振式加速度計(jì)的三維等軸側(cè)視圖。
[0011]圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的不等高振梁局部三維等軸側(cè)視圖。
[0012]圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的不等高振梁Z軸硅微諧振式加速度計(jì)的三維等軸側(cè)視圖。
[0013]主要元件符號(hào)說明
【權(quán)利要求】
1.一種硅微諧振式加速度計(jì)，包括: 一玻璃基底； 一娃微機(jī)械可動(dòng)結(jié)構(gòu)鍵合在玻璃基底表面，所述娃微機(jī)械可動(dòng)結(jié)構(gòu)包括一第一質(zhì)量塊、一第二質(zhì)量塊呈鏡像對(duì)稱設(shè)置，所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊分別通過兩根支撐梁懸浮于所述玻璃基底表面，并以兩根支撐梁為軸轉(zhuǎn)動(dòng)；一第一振梁及一第二振梁平行設(shè)置于所述第一質(zhì)量塊與第二質(zhì)量塊之間，所述第一振梁的兩端分別與第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊相連，一第一驅(qū)動(dòng)定梳齒與一第一檢測(cè)定梳齒相對(duì)設(shè)置于所述第一振梁兩側(cè)；所述第二振梁的兩端分別與所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊相連，一第二驅(qū)動(dòng)定梳齒與一第二檢測(cè)定梳齒相對(duì)設(shè)置于所述第二振梁兩側(cè)，且所述第一振梁及第二振梁在垂直于玻璃基底表面的方向上即Z軸方向上具有不同的高度。
2.如權(quán)利要求1所述的硅微諧振式加速度計(jì)，其特征在于，所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊在平面內(nèi)沿一對(duì)稱軸呈鏡像分布且間隔設(shè)置，并且所述第一質(zhì)量塊的偏心方向與所述第二質(zhì)量塊的偏心方向呈鏡像分布。
3.如權(quán)利要求2所述的硅微諧振式加速度計(jì)，其特征在于，所述第一振梁及第二振梁在Z方向上與所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊的厚度不同，所述第一振梁及第二振梁相互平行，且兩端分別與所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊相連。
4.如權(quán)利要求3所述的硅微諧振式加速度計(jì)，其特征在于，所述第一質(zhì)量塊具有一平行于玻璃基底表面的對(duì)稱軸，所述第一振梁及第二振梁對(duì)稱分布于所述對(duì)稱軸的兩側(cè)。
5.如權(quán)利要求1所述的硅微諧振式加速度計(jì)，其特征在于，所述第一振梁靠近所述玻璃基底的表面與所述 第一質(zhì)量塊靠近所述玻璃基底的表面共面；所述第二振梁相對(duì)遠(yuǎn)離所述玻璃基底設(shè)置，所述第二振梁遠(yuǎn)離所述玻璃基底的表面，與所述第一質(zhì)量塊遠(yuǎn)離所述玻璃基底的表面共面。
6.如權(quán)利要求1所述的硅微諧振式加速度計(jì)，其特征在于，包括一外圍鍵合區(qū)設(shè)置于所述玻璃襯底表面，且圍繞所述硅微諧振可動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)置，所述硅微諧振可動(dòng)結(jié)構(gòu)通過多個(gè)鍵合臺(tái)固定于所述玻璃基底表面。
7.如權(quán)利要求1所述的硅微諧振式加速度計(jì)，其特征在于，所述第一振梁及第二振梁在Z軸方向上的厚度小于所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊的厚度。
8.—種硅微諧振式加速度計(jì)，包括: 一玻璃基底； 一娃微機(jī)械可動(dòng)結(jié)構(gòu)鍵合在玻璃基底表面，所述娃微機(jī)械可動(dòng)結(jié)構(gòu)包括一第一質(zhì)量塊、一第二質(zhì)量塊呈鏡像對(duì)稱設(shè)置；一中央支撐錨區(qū)設(shè)置于所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊之間，所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊關(guān)于所述中央支撐錨區(qū)呈鏡像對(duì)稱設(shè)置，所述第一質(zhì)量塊通過一第一支撐梁與所述中央支撐錨區(qū)連接，所述第二質(zhì)量塊通過一第二支撐梁與所述中央支撐錨區(qū)連接，并懸浮于所述玻璃基底表面；一第一振梁的兩端分別與所述中央支撐錨區(qū)及第二質(zhì)量塊連接；一第二振梁的兩端分別與所述中央支撐錨區(qū)及第二質(zhì)量塊連接，且與所述第一振梁對(duì)稱分布于所述中央支撐錨區(qū)兩側(cè)；一第一驅(qū)動(dòng)定梳齒與一第一檢測(cè)定梳齒相對(duì)設(shè)置于所述第一振梁兩側(cè)；一第二驅(qū)動(dòng)定梳齒與一第二檢測(cè)定梳齒相對(duì)設(shè)置于所述第二振梁兩側(cè)，且所述第一振梁及第二振梁在垂直于玻璃基底表面的方向上即Z軸方向上具有不同的高度。
9.如權(quán)利要求8所述的硅微諧振式加速度計(jì)，其特征在于，所述第一支撐梁及第二支撐梁在Z方向上位于不同的高度，所述第一支撐梁的一端與所述第一質(zhì)量塊靠近所述玻璃基底的底部連接，所述第二支撐梁的一端與所述第二質(zhì)量塊遠(yuǎn)離所述玻璃基底的頂部連接。
10.如權(quán)利要求8所述的硅微諧振式加速度計(jì)，其特征在于，所述第一支撐梁與所述第一振梁在Z方向上位于不同的高度，所述第一振梁與所述第一質(zhì)量塊遠(yuǎn)離所述玻璃基底的頂部連接；所述第二支撐梁與所述第二振梁在Z方向上位于不同的高度所述第二振梁與所述第二質(zhì)量塊靠近所 述玻璃基底的底部連接。
【文檔編號(hào)】G01P15/125GK103901227SQ201410129567
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】董景新, 趙淑明, 劉云峰 申請(qǐng)人:清華大學(xué)