CN100425993C - 框架结构差分电容式加速度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种框架结构差分电容式加速度传感器。在硅片的背面刻蚀有键合所需的台面，玻璃基片与键合所需的台面键合形成键合块，硅片的正面刻蚀有传感器的弹性梁、质量块、固定电极图形和活动电极图形，质量块是框架形状，键合块包括上、下、左、右和中间5个键合块，上下键合块上连接弹性梁，框架形状质量块连在两弹性梁之间，左右键合块的内侧和中间键合块的两侧带有固定电极，框架形状质量块上带有与固定电极相配合的活动电极。上下键合块以及与固定电极连接的各键合块通过静电键合被固定在玻璃基片上。本发明的优点在于传感器尺寸小、静态电容大，质量轻，无横向即非敏感方向干扰，结构简单，易于加工等。

Description

框架结构差分电容式加速度传感器
(一)技术领域
本发明涉及的是一种传感器结构，具体地说是一种增大有效电容面积、消除了横向灵敏度干扰的差分电容式框架结构加速度传感器。
(二)背景技术
基于微电子机械系统(MEMS)的微机械惯性仪表以其体积小、成本低、可与接口电路集成等优点有着广阔的应用前景。
随着加速度传感器的不断发展，人们逐渐认识到力平衡差分电容式加速度传感器具有动态范围大、测试精度高的特点。利用传统的长方形质量块制作的传感器，由于它长度长，容易在非敏感方向产生变形，设计时对质量块的宽度和厚度将有一定限制，这样质量块的质量比较大，不利于驱动。为增大静电驱动力，通常采用的方法是减小电极间间距，这无疑会增大工艺难度。
传统结构的体硅加速度计，检测梳齿通常左右是不对称的。例如：左侧作为电容极板1，与活动电极构成电容C1，右侧作为电容极板2，与活动电极构成电容C2，这样工作时，如果有横向加速度作用时，会使两电容有差分式变化，即一侧变大而另一侧变小，这样在检测端就会有电学量输出，存在横向灵敏度干扰。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种可以使在相同工艺难度条件下、相同静态电容值的前提下传感器的质量和尺寸得到有效控制，在工作时不会有横向灵敏度干扰的框架结构差分电容式加速度传感器。
本发明的目的是这样实现的：在硅片的背面刻蚀有键合所需的台面，玻璃基片与键合所需的台面键合形成键合块，硅片的正面刻蚀有传感器的弹性梁、质量块、固定电极图形和活动电极图形，质量块是框架形状，键合块包括上、下、左、右和中间5个键合块，上下键合块上连接弹性梁，框架形状质量块连在两弹性梁之间，左右键合块的内侧和中间键合块的两侧带有固定电极，框架形状质量块上带有与固定电极相配合的活动电极，两侧的固定电极、活动电极对称分布。
本发明的质量块是框架形状的，框架的长度仅是传统质量块长度的一半，因此工作时质量块不易发生变形，这样就可以将框架的宽度做的很小，减轻框架质量，有利于力平衡工作时反馈力对质量块的驱动，同时该改进没有增加工艺难度。
由于该结构左右是完全对称的，当有横向加速度作用时，即便活动电极有横向位移，其上下极板电容值也不会发生改变，检测端不会有电学量输出。
本发明优点在于：1、质量轻，静态电容大；2、无横向即非敏感方向灵敏度干扰；3、结构简单，易于加工。
(四)附图说明
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明的剖面示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
在硅片的背面刻蚀有键合所需的台面，玻璃基片与键合所需的台面键合形成固定块，硅的正面刻蚀有传感器的弹性梁1、质量块3、固定和活动电极图形，质量块是框架形状，键合块包括上、下、左、右和内部5个键合块2、11、9、4和5，上下键合块上连接弹性梁，框架形状质量块连在两弹性梁之间，左右键合块的内侧和中间键合块的两侧带有固定电极8、7、10，框架形状质量块上带有与固定电极相配合的活动电极6。两侧的固定电极、活动电极对称分布。
该发明的制作过程大致有如下三个步骤：
在硅的背面用ICP干法刻蚀，刻出键合所需的台面(5个固定块)；
用静电键合工艺将步骤1刻蚀出的键合台面键合在玻璃基片12上形成5个固定块；
在硅的正面用ICP刻蚀出传感器的梁、质量块、固定和活动电极图形，释放梁、质量块和电极结构。
下面结合附图举例对本发明的原理作更详细的描述：
例一：当有向前的加速度作用在该加速度传感器上时，在惯性力作用下，与框架质量块相连的活动电极6将会相对键合块相连的固定电极7、8、10的位置产生向后的位移，这时，活动电极6与外侧固定电极7、8之间形成的电容C1将变小，而与内侧固定电极5之间形成的电容C2将变大，通过接口电路对C1、C2的变化量进行差分检测，就可以测得该加速度的大小。
例二：当有向左的加速度(非敏感方向的横向干扰)作用在该加速度传感器上时，在惯性力作用下，与框架质量块相连的活动电极6将会相对键合块相连的固定电极7、8、10产生一个向右的位移，这时，活动电极6与外侧左侧固定电极8之间形成的电容C3将变小，而与外侧右侧固定电极7之间形成的电容C4将变大，并且变化的大小相等，这样活动电极3与外侧固定电极7、8之间形成的总电容C1＝C3+C4保持不变。同理，活动电极6与内侧固定电极10之间形成的总电容也不变。这样，横向加速度不会使传感器的输出发生改变，也就是说，在工作时不会有横向灵敏度干扰。

Claims (1)

1、一种框架结构差分电容式加速度传感器，在硅片的背面刻蚀有键合所需的台面，玻璃基片与键合所需的台面键合形成键合块，硅片的正面刻蚀有传感器的弹性梁、质量块、固定电极图形和活动电极图形，其特征是：质量块是框架形状，键合块包括上、下、左、右和中间5个键合块，上下键合块上连接弹性梁，框架形状质量块连在两弹性梁之间，左右键合块的内侧和中间键合块的两侧带有固定电极，框架形状质量块上带有与固定电极相配合的活动电极，两侧的固定电极、活动电极对称分布。
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