CN102645556B

CN102645556B - 一种硅微加速度传感器

Info

Publication number: CN102645556B
Application number: CN201210135567.0A
Authority: CN
Inventors: 索智群; 何庆; 乔东海
Original assignee: Institute of Acoustics CAS
Current assignee: Institute of Acoustics CAS
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2032-05-03
Also published as: CN102645556A

Abstract

本发明涉及一种硅微加速度传感器，包括加速度传感头和背极板，加速度传感头包括框架，背极板和框架形成包围加速度传感头的空间，在框架和背极板之间形成气孔，从而使加速度传感头与背极板之间的空气能够通过气孔自由流动。本发明的硅微加速度传感器在框架和背极板之间形成气孔，既有利于调节系统参数又简化了制备工艺，降低了成本。

Description

一种硅微加速度传感器

技术领域

发明涉及惯性传感技术领域，尤其是一种硅微加速度传感器。

背景技术

随着MEMS（微机电系统）技术的发展和成熟，MEMS加速度传感器（也称硅微加速度传感器）以其体积小、重量轻、成本低、集成度高等优点，在汽车电子及消费类电子产品中获得了大量的应用，并进一步向工业应用领域扩展，具有广阔的市场前景。

加速度传感器一般由检测质量块、弹簧与阻尼等组成，构成了二阶振动系统。目前已经有的MEMS加速度传感器通常检测质量块的位移引起的其它物理量(如电容或电阻或光强或光相位等)变化。目前已有一些商业化的电容加速度传感器采用真空封装与静电力反馈的方式，对器件内的真空度要求较高，且质量块比较小，系统的品质因数Q往往取决于加速度传感器内部的真空度，只能通过调节密闭空间气体真空度来调节。同时还具有制造工艺复杂成本高的缺点。

在申请号为200910087937.6的中国专利申请中公开了一种采用质量块-弹性膜-背极板-声学腔的加速度传感器结构，通过在背极板上打声学孔以及形成通孔电极来调节系统Q值。但是该结构在应用于硅微加速度传感器中时，用MEMS技术在背极板加工声学孔的工艺仍然稍显复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够解决上述问题的硅微加速度传感器。

为此，本发明实施例提供一种硅微加速度传感器。该传感器包括加速度传感头和背极板，加速度传感头包括框架，背极板和框架形成包围加速度传感头的空间，其中在框架和背极板之间形成气孔，使加速度传感头与背极板之间的空气能够通过气孔自由流动。

本发明提供的一种硅微加速度传感器，其优点在于：

(1)通过在加速度传感头框架和背极板之间形成气孔，简化了加速度传感器制备工艺，降低了成本。

(2)在加速度传感头的框架和背极板之间形成的气孔有利于传感头内外空气连通，便于调节系统参数和品质因数Q值。

附图说明

图1是本发明实施例硅微加速度传感器的背极板和框架都具有通气沟槽的结构剖视图；

图2是图1所示结构的加速度传感头的顶视图；

图3是图1所示结构的具有通气沟槽的背极板的顶视图。

附图标识：

10.加速度传感头

11.质量块

12.弹簧（包括弹性梁、弹性振动膜或其他提供弹性回复力的装置）

13.框架

20.背极板

21.检测电极

22.限位凸点

30.另一块背极板

31.检测电极

32.限位凸点

33.键合界面边界线

40.加速度传感器封装结构

41.外壳

42.加速度传感器固定底座

43.空腔

44.通气沟槽

45.质量块11与背极板20之间形成的空气隙

具体实施方式

为使本发明的优点和特征更加清楚明白，下面参照附图并举实施例对本发明作进一步描述。

图1是本发明实施例硅微加速度传感器的背极板和加速度传感头上都具有通气沟槽的结构剖视图。如图1所示，本实施例中的一种硅微加速度传感器包括一个加速度传感头10、两片背极板20和30，以及外壳41。

加速度传感头10包括质量块11、框架13以及连接在质量块和框架之间的弹簧12。可以在质量块上下表面设置金属涂层形成电极。

图2是图1所示结构的加速度传感头的顶视图，如图2所示，加速度传感头10的顶视图为正方形，其质量块11的外边界弹簧12以及框架13的内外边界均为正方形且具有相同的对称中心。弹簧12可以为一连续膜，也可以包括弹性梁、弹性振动膜或其他提供弹性回复力的装置，其外边界与框架13连接。加速度传感头10及其组成部分的内外边界也可以为圆形、正六边形等其他中心对称形状，但所有边界需要具有同一个对称中心。质量块11具有上下两个相互平行的表面，与这两个表面平行且距离相等的平面是整个加速度传感头10的镜像对称平面，质量块11、弹簧12及框架13的上下均相对于这个平面镜像对称。框架13具有与镜像对称平面平行的上下表面，二者之间的垂直距离大于质量块11上下两表面之间的垂直距离，在框架13的表面与质量块11的相应表面之间形成了一空隙。框架用于固定背极板并且形成密闭空间。

加速度传感头10是由一块单晶硅片通过一体刻蚀加工成型的，也可由单晶硅材料构成主体，其他部分由不同材料形成。框架13的上下相互平行的表面为键合表面，由易于键合的材料构成，如用单晶硅、键合玻璃等覆盖。在上表面制作有一定数量的通气沟槽44。通气沟槽44可以和质量块11等结构一起加工形成，也可以在所述加速度传感头10成形以后，再用干法刻蚀形成。

背极板20为一表面平整的平板，背极板20的下表面制作有检测电极21以及限位凸点22，所有的限位凸点22的高度相同。背极板20由易于键合的材料制成，如用单晶硅或键合玻璃等制成，背极板20也可以在下表面覆盖上述易于键合的材料，其下表面为键合表面。

在硅微加速度传感器侧壁，通过框架13、背极板20、30上的通气沟槽44形成气孔，使加速度传感头与背极板之间的空气能够通过气孔自由流动，从而可以容易地调节系统的Q值。这种加速度传感器探头可以制成电容式加速度传感器或者光纤型加速度传感器等。当然，气孔也可以采取其它的本领域技术人员熟知的方式产生。

图3是图1所示结构的具有通气沟槽的背极板的顶视图。如图3所示，背极板30为一表面平整的平板，其上表面为键合表面，其材质一般与背极板20相同。其顶视图如图3所示。背极板30的上表面制作有检测电极31以及限位凸点32，其设置一般与背极板20上的检测电极21以及限位凸点22相同。背极板30上表面制作有通气沟槽44，键合之后可以形成气孔。通气沟槽44的横截面一般为矩形、梯形或V字形。通气沟槽44的数量、位置、长度、深度可由本领域专业人员根据设计要求确定。可以同时在传感头框架13、背极板20、30的键合表面上制作所述通气沟槽，也可以只在其中两个或一个结构上制作所述通气沟槽，两块背极板上沟槽的设置可以相同也可以不同。但需要使背极板20、30与加速传感头10键合后形成的两个空腔都能够通过通气沟槽44与加速度传感器中的空腔43连通。

背极板20、30分别与所述加速度传感头10采用MEMS工艺键合在一起，键合时背极板上制作有检测电极的一面必需与质量块的表面对准，两块背极板制作有检测电极的表面分别与框架的上下表面键合。如图3所示，键合后会形成键合界面边界线33，键合界面边界线33必需与通气沟槽有交线，即键合表面上通气沟槽的一端要露出键合截面，使得键合后加速度传感头内外气体可以通过该通气沟槽形成的气孔进行流动。否则，若键合界面边界线33与通气沟槽没有交线，则键合后加速度传感器封装结构是密封的，检测质量快11和背极板20之间形成的空气隙45与加速度传感器中的空腔43是隔离的，其中的气体无法流动，从而无法调节品质因数Q值。键合结构形成后固定于外壳中，密封后，可形成质量块-弹簧-气孔-声学腔的加速度传感器结构，有利于调整加速度传感器的品质因数Q值。

本实施例提供的一种在框架和背极板之间形成气孔的硅微加速度传感器，具有Q值容易调节，工艺简便等优势。

显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。

Claims

1.一种硅微加速度传感器，其特征在于包括加速度传感头和背极板；加速度传感头包括框架；背极板和框架形成包围加速度传感头的空间，其中在框架和背极板之间形成气孔，使加速度传感头与背极板之间的空气能够通过气孔自由流动;

通过所述气孔可以调节系统参数和品质因数值。

2.如权利要求1所述的一种硅微加速度传感器，其特征在于所述气孔是在框架表面或背极板表面形成的通气沟槽。

3.如权利要求1所述的一种硅微加速度传感器，其特征在于加速度传感头还包括质量块以及连接在质量块和框架之间的弹簧。

4.如权利要求3所述的一种硅微加速度传感器，其特征在于所述质量块上和/或下表面有金属涂层形成电极。

5.如权利要求3所述的一种硅微加速度传感器，其特征在于所述弹簧包括弹性梁、弹性振动膜或提供弹性回复力的装置。

6.如权利要求1所述的一种硅微加速度传感器，其特征在于所述背极板表面由易于键合的材料制成或由易于键合的材料覆盖。

7.如权利要求1所述的一种硅微加速度传感器，其特征在于所述背极板与加速度传感头采用MEMS工艺键合在一起。

8.如权利要求1所述的一种硅微加速度传感器，其特征在于所述加速度传感头一体或者分体构成。