CN110927405A - 一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置 - Google Patents

Abstract

本发明属微惯性导航的技术领域，具体涉及一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置。一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置，主要结构由键合基板、支撑框架、敏感质量块、检测梁、连接块、悬臂梁、检测磁体、隧道磁阻元件、信号线组成，在支撑框架上设置敏感质量块、检测组合梁、悬臂梁，在敏感质量块上设置检测磁体，所述敏感质量块、及位于敏感质量块两侧的检测组合梁共同构成矩形体检测结构，所述矩形体检测结构位于三轴加速度计装置整体结构检测方向的轴线方向上，实现高精度的加速度检测。此装置结构对微弱磁场变化具有高灵敏特性，设计合理、简单，易单片集成，适合微型化。

Description

一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置

技术领域

本发明属微惯性导航的技术领域，具体涉及一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置。

背景技术

微机械加速度计是用于测量加速度的传感器，是惯性技术的核心器件之一，在现代工业控制、航空航天、国防军事、消费电子等领域发挥着重要作用，一直受到世界微惯性导航技术领域的高度重视。

目前，微机械加速度计对加速度的测量是靠检测装置实现力电转换来完成的，其灵敏度、分辨率是十分重要的，由于加速度计微型化和集成化，检测的敏感区域随之减小，故而使检测的灵敏度、分辨率等指标已达到敏感区域检测的极限状态，从而限制了加速度计检测精度的进一步提高。此外，随着MEMS技术的不断提高，测量全空间加速度的单片集成三轴加速度计已成为发展的必然趋势。分立集成三轴加速度计具有设计简单的优点，但显露出体积大、集成度低、噪声大、正交性差等的问题，很难满足现代军事、民用装备的需要。

在现有技术中，微机械加速度计常用的检测方式有压阻式、压电式、电容式、共振隧穿式等，其中压阻效应检测，灵敏度较低，温度系数大，因而限制了检测精度的进一步提高；压电效应检测的灵敏度易漂移，需要经常校正，归零慢，不宜连续测试；电容检测采用梳齿结构，位移分辨率较高，电容结构适用于MEMS工艺加工，但随着进一步微型化，梳齿电压容易击穿，横向冲击时也会吸合失效，尤其是梳齿制造工艺精度要求极高，成品率较低，制约该方向的发展；共振隧穿效应的灵敏度较硅压阻效应高一个数量级，但测试得到的检测灵敏度较低，无法稳定工作。因此，急需开展新效应检测原理的微机械加速度计研究。

隧道磁阻效应基于电子的自旋效应，在磁性钉扎层和磁性自由层中间间隔有绝缘体或半导体的非磁层的磁性多层膜结构，当磁性自由层在外场的作用下，其磁化强度方向改变，而钉扎层的磁化方向不变，此时两个磁性层的磁化强度相对取向发生改变，则可在横跨绝缘层的的磁性隧道结上观测到大的电阻变化，这一物理效应正是基于电子在绝缘层的隧穿效应，因此称为隧道磁阻效应，隧道磁阻效应具有“灵敏度高、微型化、容易检测”的优势，使我们产生了将隧道磁阻效应应用于加速度计检测的动机，以提高加速度计的检测灵敏度。

通过对本领域资料查新，本课题组前期申请了“一种巨磁阻效应三轴加速度计”(申请号为201210330126.6)，其采用的是巨磁阻检测，且驱动梁结构采取直梁式结构。本发明优势在于以下二点：1、本次设计的驱动梁结构为正交梁结构，而参考文件为直梁，相比之下，本次设计的梁结构不容易因加工产生损坏，可得到高的成品率，同时通过有效的设计梁的长宽比和间隙，得到最佳的加速度计性能；2、本次采用的是对磁场更加灵敏的隧道磁阻效应进行检测，而参考文件中采用巨磁阻效应进行检测，其对磁场敏感程度会远低于隧道磁阻效应，从而本次采用的隧道磁阻效应进行加速度检测，其加速度计的灵敏度会大大提高；本课题组前期申请了“一种隧道磁阻非谐振式三轴MEMS陀螺”(申请号为2017106955645)，其采用的结构既可以测角速率也可以测加速度，但是对于该结构进行加速度检测时，整体结构产生的离心力对隧道磁阻元件检测磁场变化时，产生极大的干扰，而目前仍没有产品可解决此类问题。

发明内容

发明目的

本发明的目的就是针对背景技术的不足，设计一种高集成的、用隧道磁阻元件检测的三轴加速度计装置，使三轴加速度计装置整体结构更加简单、易单片集成。

技术方案

一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置，所述三轴加速度计装置包括键合基板、支撑框架、敏感质量块、检测组合梁、隧道磁阻元件；

所述键合基板为方形的框架结构，在键合基板的内周侧处、及中

间位置固定设置有隧道磁阻元件，键合基板上方设置所述支撑框架，在支撑框架的中间位置、内四周表面、对应隧道磁阻元件的上方设置所述敏感质量块，所述敏感质量块通过检测组合梁与支撑框架固定连接；

所述敏感质量块、及位于敏感质量块两侧的检测组合梁共同构成矩形体检测结构，所述矩形体检测结构位于三轴加速度计装置整体结构检测方向的轴线方向上，实现高精度的加速度检测。

进一步地，所述隧道磁阻元件包括第一隧道磁阻元件、第二隧道磁阻元件、第三隧道磁阻元件、第四隧道磁阻元件、第五隧道磁阻元件；

所述键合基板的一面向内凹陷形成凹槽，在凹槽的内周壁的两侧对称固定设置第一隧道磁阻元件、第三隧道磁阻元件，在凹槽的内周壁的另外两侧对称固定设置第二隧道磁阻元件、第四隧道磁阻元件，在凹槽的正中间位置固定设置第五隧道磁阻元件。

进一步地，所述支撑框架对应所述第一隧道磁阻元件、第二隧道磁阻元件、第三隧道磁阻元件、第四隧道磁阻元件、第五隧道磁阻元件的位置分别开设有第一座槽、第二座槽、第三座槽、第四座槽、第五座槽。

进一步地，所述敏感质量块包括第一敏感质量块、第二敏感质量块、第三敏感质量块、第四敏感质量块、第五敏感质量块；

所述支撑框架对应所述第一座槽、第二座槽、第三座槽、第四座槽、第五座槽位置分别设置第一敏感质量块、第二敏感质量块、第三敏感质量块、第四敏感质量块、第五敏感质量块。

进一步地，所述第一敏感质量块两侧通过第一检测组合梁、第二检测组合梁连接至第一座槽内；

所述第二敏感质量块两侧通过第三检测组合梁、第四检测组合梁连接至第二座槽内；

所述第三敏感质量块两侧通过第五检测组合梁、第六检测组合梁连接至第三座槽内；

所述第四敏感质量块两侧通过第七检测组合梁、第八检测组合梁连接至第四座槽内；

所述第五敏感质量块两侧通过第一悬臂梁、第二悬臂梁、第三悬臂梁、第四悬臂梁连接至第五座槽内。

进一步地，在第一敏感质量块、第二敏感质量块、第三敏感质量块、第四敏感质量块、第五敏感质量块的上方中间位置设置第一检测磁体、第二检测磁体、第三检测磁体、第四检测磁体、第五检测磁体；

所述第一检测磁体、第二检测磁体、第三检测磁体、第四检测磁体、第五检测磁体分别与第一隧道磁阻元件、第二隧道磁阻元件、第三隧道磁阻元件、第四隧道磁阻元件、第五隧道磁阻元件相互对应设置。

进一步地，所述检测组合梁包括连接块、检测梁；

所述连接块为“T”形结构，并厚度与检测梁、及敏感质量块的厚度一致；

所述检测梁为“细长梁”结构，梁的长度大于宽度，在所述连接块的两侧设置所述检测梁。

进一步地，第一检测磁体、第二检测磁体、第三检测磁体、第四检测磁体、第五检测磁体都为永磁体、通电线圈、光控磁体。

进一步地，所述第一悬臂梁、第二悬臂梁、第三悬臂梁33、第四悬臂梁为扁平状的悬臂梁结构，梁的宽度大于厚度，并且厚度小于敏感质量块和支撑框架的厚度。

进一步地，所述隧道磁阻元件为纳米多层膜结构，所述纳米多层膜结构为在半导体材料衬底层上自上而下依次排布为顶电极层、磁性自由层、绝缘层、磁性钉扎层、底电极层。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，此装置是采用整体结构设计，以键合基板为载体，在支撑框架前、后、左、右对称设置结构一样的四个敏感质量块和八个检测组合梁，并与支撑框架吻合连接，其中，前、后设置的两个敏感质量块位于Y轴线上，左、右设置的两个敏感质量块位于X轴线上，将敏感质量块设置在轴线上可有效避免X、Y轴离心力的影响，在支撑框架中间位置设置一个敏感质量块和四个悬臂梁，并与支撑框架吻合连接，在凹槽前、后、左、右、中对称位置设置结构一样的五个隧道磁阻元件，在敏感质量块上设置检测磁体并与凹槽上部设置的隧道磁阻元件相对应，检测组合梁由连接块、检测梁组成，隧道磁阻元件由衬底层、磁性自由层、绝缘层、磁性钉扎层、顶电极层、底电极层组成，此装置结构设计合理简单、易单片集成、使用方便、可靠性好，适合于加速度的测量。

进一步地，由于所述三轴加速度计梁结构位于轴线上，可以有效避免由于离心力的作用而产生的位移变化对加速度测量的影响，对于惯性导航的三轴加速度检测，可大幅度提高检测精度，解决在检测过程中产生的离心力问题。

附图说明

图1为整体结构示意图

图2为整体结构俯视图

图3为整体结构侧视图

图4为键合基板结构图

图5为键合基板俯视图

图6为支撑框架结构图

图7为支撑框架俯视图

图8为敏感质量块结构图

图9为敏感质量块俯视图

图10为敏感质量块侧视图

图11为敏感质量块及检测组合梁结构图

图12为敏感质量块及检测组合梁俯视图

图13为敏感质量块及检测组合梁侧视图

图14为敏感质量块及悬臂梁结构图

图15为敏感质量块及悬臂梁俯视图

图16为敏感质量块及悬臂梁侧视图

图17为检测梁处检测磁体与隧道磁阻元件位置结构图

图18为检测梁处检测磁体与隧道磁阻元件位置俯视图

图19为检测梁处检测磁体与隧道磁阻元件位置侧视图

图20为悬臂梁处检测磁体与隧道磁阻元件位置结构图

图21为悬臂梁处检测磁体与隧道磁阻元件位置俯视图

图22为悬臂梁处检测磁体与隧道磁阻元件位置侧视图

图23为隧道磁阻元件纳米多层膜结构

图24为另一实施例的敏感质量块及检测组合梁示意图

图中所示，附图标记清单如下：

1-支撑框架；2-第一敏感质量块；3-第二敏感质量块；4-第三敏感质量块；5-第四敏感质量块；6-第五敏感质量块；7-第一检测组合梁；8-第二检测组合梁；9-第三检测组合梁；10-第四检测组合梁；11-第五检测组合梁；12-第六检测组合梁；13-第七检测组合梁；14-第八检测组合梁；15-第一检测磁体；16-第二检测磁体；17-第三检测磁体；18-第四检测磁体；19-第五检测磁体；20-第一座槽；21-第二座槽；22-第三座槽；23-第四座槽；24-第五座槽；25-第一检测梁；26-第二检测梁；27-第三检测梁；28-第四检测梁；29-第一连接块；30-第二连接块；31-第一悬臂梁；32-第二悬臂梁；33-第三悬臂梁；34-第四悬臂梁；35-第一检测运动空间；36-第二检测运动空间；37-键合基板；38-第一隧道磁阻元件；39-第二隧道磁阻元件；40-第三隧道磁阻元件；41-第四隧道磁阻元件；42-第五隧道磁阻元件；43-第一信号线；44-第二信号线；45-衬底层；46-底电极层；47-磁性钉扎层；48-绝缘层；49-磁性自由层；50-顶电极层；51-凹槽。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，本发明实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明做进一步说明：

如图1、2、3所示，为本发明实施例的结构示意图，所述三轴加速度计装置包括键合基板37、支撑框架1、第一敏感质量块2、第二敏感质量块3、第三敏感质量块4、第四敏感质量块5、第五敏感质量块6、第一检测组合梁7、第二检测组合梁8、第三检测组合梁9、第四检测组合梁10、第五检测组合梁11、第六检测组合梁12、第七检测组合梁13、第八检测组合梁14、第一悬臂梁31、第二悬臂梁32、第三悬臂梁33、第四悬臂梁34、第一检测磁体15、第二检测磁体16、第三检测磁体17、第四检测磁体18、第五检测磁体19、第一隧道磁阻元件38、第二隧道磁阻元件39、第三隧道磁阻元件40、第四隧道磁阻元件41、第五隧道磁阻元件42、第一信号线43、第二信号线44；

在键合基板37上设置支撑框架1，并粘结固牢，在支撑框架1的前、后、左、右四个位置设置第二敏感质量块3、第四敏感质量块5、第一敏感质量块2、第三敏感质量块4和第三检测组合梁9、第四检测组合梁10、第七检测组合梁13、第八检测组合梁14、第一检测组合梁7、第二检测组合梁8、第五检测组合梁11、第六检测组合梁12，并与支撑框架1吻合连接。

在支撑框架1的中间位置设置第五敏感质量块6和第一悬臂梁31、第二悬臂梁32、第三悬臂梁33、第四悬臂梁34，并与支撑框架1吻合连接，在第一敏感质量块2、第二敏感质量块3、第三敏感质量块4、第四敏感质量块5的上方中间位置设置第一检测磁体15、第二检测磁体16、第三检测磁体17、第四检测磁体18，并粘结固牢，第一敏感质量块2、第三敏感质量块4可在键合基板37上做前、后移动，第二敏感质量块3、第四敏感质量块5可在键合基板37上做左、右移动，在第五敏感质量块6的上方中间位置设置第五检测磁体19，并粘结固牢，第五敏感质量块6可在键合基板37上做上、下移动。

图4、5所示，为键合基板结构图，键合基板37整体结构为方形，由半导体材料制成，中间经工艺加工刻蚀有一矩形凹槽51，在凹槽51的左、右部对称设置第一隧道磁阻元件38、第三隧道磁阻元件40，并粘结固牢，在凹槽51的前、后部对称设置第二隧道磁阻元件39、第四隧道磁阻元件41，并粘结固牢，在凹槽51的中部设置第五隧道磁阻元件42，并粘结固牢，凹槽51的深度大于各隧道磁阻元件的厚度，在第一隧道磁阻元件38、第二隧道磁阻元件39、第三隧道磁阻元件40、第四隧道磁阻元件41、第五隧道磁阻元件42的侧面布置第一信号线43、第二信号线44，第一信号线43、第二信号线44均为金线，用于将各隧道磁阻检测出的信号引出。

图6、7所示，为支撑框架结构图，支撑框架1位于键合基板37上，与键合基板37长宽尺寸一致，在支撑框架1的前、后、左、右部设置第二座槽21、第四座槽23、第一座槽20、第三座槽22，呈矩形槽，在第一座槽20中设置第一敏感质量块2、第一检测组合梁7、第二检测组合梁8，在第二座槽21中设置第二敏感质量块3、第三检测组合梁9、第四检测组合梁10，在第三座槽22中设置第三敏感质量块4、第五检测组合梁11、第六检测组合梁12，在第四座槽23中设置第四敏感质量块5、第七检测组合梁13、第八检测组合梁14，在支撑框架1的中间位置设置第五座槽24，呈方形槽，在第五座槽24中设置第五敏感质量块6和第一臂梁31、第二悬臂梁32、第三悬臂梁33、第四悬臂梁34，并通过各悬臂梁与支撑框架1吻合连接，各座槽的宽度大于敏感质量块的宽度，为各敏感质量块提供运动空间。

图8、9、10所示，为敏感质量块结构图，第一敏感质量块2、第二敏感质量块3、第三敏感质量块4、第四敏感质量块5，结构尺寸一样，在第一敏感质量块2、第二敏感质量块3、第三敏感质量块4、第四敏感质量块5上方设置第一检测磁体15、第二检测磁体16、第三检测磁体17、第四检测磁体18，具体以第一敏感质量块2为例，在第一敏感质量块2上方设置第一检测磁体15，左右两侧对称设置第一检测运动空间35、第二检测运动空间36，第一检测运动空间35、第二检测运动空间36用于设置检测组合梁。

图11、12、13所示，为敏感质量块及检测组合梁结构图，敏感质量块包括第一敏感质量块2、第二敏感质量块3、第三敏感质量块4、第四敏感质量块5，检测组合梁包括第一检测组合梁7、第二检测组合梁8、第三检测组合梁9、第四检测组合梁10、第五检测组合梁11、第六检测组合梁12、第七检测组合梁13、第八检测组合梁14，共8个，结构尺寸一样，在第一敏感质量块2左右两侧设置第一检测组合梁7、第二检测组合梁8，在第二敏感质量块3前后两侧设置第三检测组合梁9、第四检测组合梁10，在第三敏感质量块4左右两侧设置第五检测组合梁11、第六检测组合梁12，第四敏感质量块5前后两侧设置第七检测组合梁13、第八检测组合梁14，各检测组合梁由两个检测梁和一个连接块组成，两个检测组合梁支撑一个敏感质量块；

具体以第一敏感质量块2为例，在第一敏感质量块2的左右两侧对称设置第一检测组合梁7和第二检测组合梁8，第一检测组合梁7由第一连接块29、第一检测梁25、第二检测梁26组成，第二检测组合梁8由第二连接块30、第三检测梁27、第四检测梁28组成，第一连接块29、第二连接块30，呈“T”形，厚度与第一检测梁25、第二检测梁26、第三检测梁27、第四检测梁28和第一敏感质量块2、第二敏感质量块3、第三敏感质量块4、第四敏感质量块5的厚度一致，用于连接支撑框架1和检测梁，在第一连接块29的两侧对称设置第一检测梁25、第二检测梁26，在第二连接块30两侧对称设置第三检测梁27、第四检测梁28，各检测梁呈“细长梁”结构，即梁的长度远大于它的宽度，用于连接敏感质量块与连接块，两个检测梁相互平行，且结构尺寸完全相同，在第一敏感质量块2上方设置第一检测磁体15，各检测磁体可以为永磁体、通电线圈、光控磁体等一切可产生磁场的装置。

图14、15、16所示，为敏感质量块及悬臂梁结构图，第一悬臂梁31、第二悬臂梁32、第三悬臂梁33、第四悬臂梁34，共4个，结构尺寸一样，在第五敏感质量块6的前、后、左、右侧四个位置设置第二悬臂梁32、第四悬臂梁34、第一悬臂梁31、第三悬臂梁33，用于连接第五敏感质量块6与支撑框架1，所述悬臂梁呈扁平状，即梁的宽度远大于厚度，保证在Z轴方向的刚度远小于其它两个方向，且第一悬臂梁31、第二悬臂梁32、第三悬臂梁33、第四悬臂梁34的厚度远小于敏感质量块6和支撑框架1的厚度。

图17、18、19所示，为检测梁处检测磁体与隧道磁阻元件位置图，在第一敏感质量块2、第二敏感质量块3、第三敏感质量块4、第四敏感质量块5上方分别设置第一检测磁体15、第二检测磁体16、第三检测磁体17、第四检测磁体18，并与下方键合基板37上部设置的第一隧道磁阻元件38、第二隧道磁阻元件39、第三隧道磁阻元件40、第四隧道磁阻元件41相对应，具体以第一敏感质量块2为例，在第一敏感质量块2的上方中间位置设置第一检测磁体15，通过第一检测组合梁7和第二检测组合梁8与支撑框架1连接，并粘结固牢，在键合基板37上方左部设置第一隧道磁阻元件38，第一隧道磁阻元件38位于凹槽X轴上，并与第一敏感质量块2上方设置的第一检测磁体15相对应，第一隧道磁阻元件38具体位于第一检测磁体15产生的高磁场变化率区域，且第一检测磁体15可与第一隧道磁阻元件38互换位置。

图20、21、22所示，为悬臂梁处检测磁体与隧道磁阻元件位置图，在第五敏感质量块6的前、后、左、右部设置第二悬臂梁32、第四悬臂梁34、第一悬臂梁31、第三悬臂梁33，上方设置第五检测磁体19，并与下方键合基板37上方中间部分设置的第五隧道磁阻元件42相对应，具体位于第五检测磁体19产生的高磁场变化率区域，且第五检测磁体19可与第五隧道磁阻元件42互换位置。

图23所示，为隧道磁阻元件纳米多层膜结构图，在半导体材料衬底层45上自上而下依次排布为顶电极层50、磁性自由层49、绝缘层48、磁性钉扎层47、底电极层46，当外界磁场发生变化时，隧道磁阻元件38、39、40、41、42的中隧穿电流发生改变，表现出剧烈阻值变化，通过顶电极层50和底电极层46将检测信号输出。

图24(a),图24(b)所示，为另一实施例的敏感质量块及检测组合梁示意图，敏感质量块可为第一敏感质量块2、第二敏感质量块3、第三敏感质量块4、第四敏感质量块5，在第一敏感质量块2两侧设置第一检测组合梁7、第二检测组合梁8，在第二敏感质量块3两侧设置第三检测组合梁9、第四检测组合梁10，在第三敏感质量块4两侧设置第五检测组合梁11、第六检测组合梁12，第四敏感质量块5两侧设置第七检测组合梁13、第八检测组合梁14，各检测组合梁由两个检测梁和一个连接块组成，两个检测组合梁支撑一个敏感质量块，具体以第一敏感质量块2为例，在第一敏感质量块2的两侧对称设置第一检测组合梁7和第二检测组合梁8，第一检测组合梁7可由第一连接块29、第一检测梁25、第二检测梁26组成，第二检测组合梁8可由第二连接块30、第三检测梁27、第四检测梁28组成，此外第一检测组合梁7也可由第三检测梁27、第四检测梁28组成，第二检测组合梁8可由第一检测梁25、第二检测梁26组成，第一检测梁25、第二检测梁26、第三检测梁27、第四检测梁28可弯曲折叠，为多层梁结构，层数可为1-7层，刚度较小，微弱的惯性力即可使检测梁结构发生弯曲，可有效提高微惯性组件的检测灵敏度。

发明原理：

当受到X方向惯性力时，在Y轴线上设置的两个敏感质量块会沿X轴方向一起运动，两个敏感质量块带动上方两个检测磁体相对于键合基板凹槽上方的隧道磁阻元件发生微小位移，检测磁体和隧道磁阻元件之间相对位移发生变化，隧道磁阻元件会敏感到微小位移引起的磁场变化，磁场变化引起隧道磁阻元件中自旋电子隧穿几率变化而发生隧道磁阻效应，从而导致隧道磁阻元件的阻值发生剧烈变化，通过测量隧道磁阻元件的阻值变化可实现X轴加速度的检测。

当受到Y方向惯性力时，在X轴线上设置的两个敏感质量块会沿Y轴方向一起运动，两个敏感质量块带动上方两个检测磁体相对于键合基板凹槽上方的隧道磁阻元件发生微小位移，检测磁体和隧道磁阻元件之间相对位移发生变化，隧道磁阻元件会敏感到微小位移引起的磁场变化，磁场变化引起隧道磁阻元件中自旋电子隧穿几率变化而发生隧道磁阻效应，从而导致隧道磁阻元件的阻值发生剧烈变化，通过测量隧道磁阻元件的阻值变化可实现Y轴加速度的检测。

当受到Z方向惯性力时，Z轴上的敏感质量块会沿Z轴方向上下运动，敏感质量块带动上方检测磁体相对于键合基板凹槽上方的隧道磁阻元件发生微小位移，检测磁体和隧道磁阻元件之间相对位移发生变化，隧道磁阻元件会敏感到微小位移引起的磁场变化，磁场变化引起隧道磁阻元件中自旋电子隧穿几率变化而发生隧道磁阻效应，从而导致隧道磁阻元件的阻值发生剧烈变化，通过测量隧道磁阻元件的阻值变化可实现Z轴加速度的检测。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包括于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置，其特征在于，所述三轴加速度计装置包括键合基板、支撑框架、敏感质量块、检测组合梁、隧道磁阻元件；

所述键合基板为方形的框架结构，在键合基板的内周侧处、及中间位置固定设置有隧道磁阻元件，键合基板上方设置所述支撑框架，在支撑框架的中间位置、内四周表面、对应隧道磁阻元件的上方设置所述敏感质量块，所述敏感质量块通过检测组合梁与支撑框架固定连接；

所述敏感质量块、及位于敏感质量块两侧的检测组合梁共同构成矩形体检测结构，所述矩形体检测结构位于三轴加速度计装置整体结构检测方向的轴线方向上，实现高精度的加速度检测。

2.根据权利要求1所述一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置，其特征在于，所述隧道磁阻元件包括第一隧道磁阻元件、第二隧道磁阻元件、第三隧道磁阻元件、第四隧道磁阻元件、第五隧道磁阻元件；

所述键合基板的一面向内凹陷形成凹槽，在凹槽的内周壁的两侧对称固定设置第一隧道磁阻元件、第三隧道磁阻元件，在凹槽的内周壁的另外两侧对称固定设置第二隧道磁阻元件、第四隧道磁阻元件，在凹槽的正中间位置固定设置第五隧道磁阻元件。

3.根据权利要求2所述一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置，其特征在于，所述支撑框架对应所述第一隧道磁阻元件、第二隧道磁阻元件、第三隧道磁阻元件、第四隧道磁阻元件、第五隧道磁阻元件的位置分别开设有第一座槽、第二座槽、第三座槽、第四座槽、第五座槽。

4.根据权利要求3所述一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置，其特征在于，所述敏感质量块包括第一敏感质量块、第二敏感质量块、第三敏感质量块、第四敏感质量块、第五敏感质量块；

所述支撑框架对应所述第一座槽、第二座槽、第三座槽、第四座槽、第五座槽位置分别设置第一敏感质量块、第二敏感质量块、第三敏感质量块、第四敏感质量块、第五敏感质量块。

5.根据权利要求4所述一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置，其特征在于，所述第一敏感质量块两侧通过第一检测组合梁、第二检测组合梁连接至第一座槽内；

所述第二敏感质量块两侧通过第三检测组合梁、第四检测组合梁连接至第二座槽内；

所述第三敏感质量块两侧通过第五检测组合梁、第六检测组合梁连接至第三座槽内；

所述第四敏感质量块两侧通过第七检测组合梁、第八检测组合梁连接至第四座槽内；

所述第五敏感质量块两侧通过第一悬臂梁、第二悬臂梁、第三悬臂梁、第四悬臂梁连接至第五座槽内。

6.根据权利要求4所述一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置，其特征在于，在第一敏感质量块、第二敏感质量块、第三敏感质量块、第四敏感质量块、第五敏感质量块的上方中间位置设置第一检测磁体、第二检测磁体、第三检测磁体、第四检测磁体、第五检测磁体；

所述第一检测磁体、第二检测磁体、第三检测磁体、第四检测磁体、第五检测磁体分别与第一隧道磁阻元件、第二隧道磁阻元件、第三隧道磁阻元件、第四隧道磁阻元件、第五隧道磁阻元件相互对应设置。

7.根据权利要求1所述一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置，其特征在于，所述检测组合梁包括连接块、检测梁；

所述连接块为“T”形结构，并厚度与检测梁、及敏感质量块的厚度一致；

所述检测梁为“细长梁”结构，梁的长度大于宽度，在所述连接块的两侧设置所述检测梁。

8.根据权利要求1所述一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置，其特征在于，第一检测磁体、第二检测磁体、第三检测磁体、第四检测磁体、第五检测磁体都为永磁体、通电线圈、光控磁体。

9.根据权利要求5所述一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置，其特征在于，所述第一悬臂梁、第二悬臂梁、第三悬臂梁33、第四悬臂梁为扁平状的悬臂梁结构，梁的宽度大于厚度，并且厚度小于敏感质量块和支撑框架的厚度。

10.根据权利要求1所述一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置，其特征在于，所述隧道磁阻元件为纳米多层膜结构，所述纳米多层膜结构为在半导体材料衬底层上自上而下依次排布为顶电极层、磁性自由层、绝缘层、磁性钉扎层、底电极层。

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