CN201344937Y - 一种微惯性传感器 - Google Patents

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CN201344937Y CNU200920113816XU CN200920113816U CN201344937Y CN 201344937 Y CN201344937 Y CN 201344937Y CN U200920113816X U CNU200920113816X U CN U200920113816XU CN 200920113816 U CN200920113816 U CN 200920113816U CN 201344937 Y CN201344937 Y CN 201344937Y
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董林玺
颜海霞
孙玲玲
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Hangzhou Electronic Science and Technology University
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Abstract

本实用新型涉及一种微惯性传感器。现有产品限制了传感器振子的质量增加和极板间距的减小。本实用新型中敏感器质量块为刻蚀有与栅形条的矩形硅片，两对应端通过硅支撑梁与锚点连接，另两个对应端分别设置有数量相同、位置对应的硅条。驱动器质量块设置在驱动器质量块的两侧，中间刻有环行槽，两侧侧设置有可动驱动硅条和梳齿状的检测硅条，敏感器质量块连接的硅条与对应的检测硅条组成检测电容。固定驱动硅条的梳齿条与可动驱动硅条组成驱动电容。玻璃衬底表面对应敏感器质量块设置有叉指铝电极，敏感器质量块的每条栅形条与叉指铝电极中的每对叉指相对应。本实用新型分辨率和灵敏度高，制作工艺简单，有利于降低成本和提高成品率。

Description

一种微惯性传感器
技术领域
本实用新型属于微电子机械技术领域，涉及一种微惯性传感器，具体涉及一种可变间距电容的高精度微惯性传感器。
背景技术
最近十几年来，用微机械技术制作的加速度计得到了迅速的发展。其主要的加速度检测技术有压阻检测、压电检测、热检测、共振检测、电磁检测、光检测、隧道电流检测和电容检测等。此外，还有一些基于别的检测技术的加速度计，如光加速度计、电磁加速度计、电容加速度计等。光加速度计的发展主要是为了结合光和微机械的优点，制作高电磁屏蔽或者好线性度的传感器。在这些传感器中，电容式加速度传感器，由于具有温度系数小，灵敏度高，稳定性好等优点，是目前研制得最多的一类加速度传感器。微机械电容式传感器的制作方法有表面微机械加工方法和体硅微机械加工方法。采用表面微机械加工工艺可以和集成电路工艺兼容，从而集成传感器的外围电路，成本低，但是传感器的噪声大、稳定性差，量程和带宽小。采用体硅微机械加工工艺可以提高传感器芯片的质量，从而降低噪声，改善稳定性，提高灵敏度。缺点是体积稍大，但可以制作出超高精度的微机械惯性传感器。为了得到较高的测量灵敏度和减小外围电路的复杂性，可以通过增加传感器振子的质量和增大传感器的静态测试电容的方法，从而减小机械噪声和电路噪声。而对于用体硅工艺如深反应粒子刻蚀(Deep RIE)加工的梳齿状的电容式传感器，其极板电容的深宽比一般小于30∶1，这就限制了传感器振子的质量增加和极板间距的减小。
发明内容
本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种可变间距电容的微惯性传感器，同时提供该传感器的制作方法。该双向微惯性传感器可以更加有效的测量X或Y方向上的微小加速度信号(或振动信号)。
本实用新型包括玻璃衬底、敏感器质量块、驱动器质量块和固定驱动硅条。
敏感器质量块为矩形硅片，敏感器质量块的两对应端通过敏感器U形硅支撑梁与敏感器锚点连接，敏感器锚点固定设置在玻璃衬底上，敏感器质量块与玻璃衬底平行设置；敏感器质量块的另两个对应端分别设置有n组硅条组，每组硅条组包括平行设置的m条硅条，n≥2、m≥1，敏感器质量块两端的硅条数量相同、位置对应，硅条与敏感器质量块侧边垂直；敏感器质量块上刻蚀有与硅条平行的栅形条。
敏感器质量块的两侧分别设置有n个驱动器质量块；所述的驱动器质量块为矩形硅片，驱动器质量块的两对应端通过驱动器U形硅支撑梁与驱动器锚点连接，驱动器锚点固定设置在玻璃衬底上，驱动器质量块与玻璃衬底平行设置；每个驱动器质量块的一侧设置有m个可动驱动硅条，另一侧设置有检测硅条，所述的检测硅条为梳齿状，齿间为阻尼条，检测硅条与敏感器质量块连接的硅条平行、位置对应，敏感器质量块连接的硅条与对应的检测硅条组成检测电容；驱动器质量块中间刻有环行槽。
两个梳齿状的固定驱动硅条固定设置在玻璃衬底上，每个固定驱动硅条的梳齿条与可动驱动硅条位置对应；固定驱动硅条的梳齿条与对应的可动驱动硅条组成驱动电容；两个固定驱动硅条通过玻璃衬底表面上的引线与驱动器外部连接锚点连接。
玻璃衬底表面对应两个敏感器锚点位置设置有两个敏感器质量块焊点，敏感器质量块焊点与敏感器锚点连接；玻璃衬底表面对应敏感器质量块设置有叉指铝电极，敏感器质量块上刻蚀的每条栅形条与叉指铝电极中的每对叉指相对应。
本实用新型大大增大了振子质量，从而减小了布朗噪声，而通过驱动器减小了电容极板间距，并在驱动器质量块的检测硅条上刻蚀梳齿状阻尼条，增大了检测电容，减小了压模空气阻尼，从而降低了机械噪声和电路噪声，而敏感器质量块上新增的栅形条电容差分运动时空气阻尼表现为滑膜阻尼，从而降低了布朗噪声，同时也增大了检测电容。本实用新型分辨率和灵敏度高，制作工艺简单，有利于降低成本和提高成品率。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为图1中驱动器上检测硅条的结构示意图；
图3为本实用新型玻璃衬底表面示意图。
具体实施方式
如图1、2和3所示，一种可变间距电容的微惯性传感器包括玻璃衬底14、敏感器质量块3、驱动器质量块1和固定驱动硅条11。
敏感器质量块3为矩形硅片，敏感器质量块3的两对应端通过敏感器U形硅支撑梁2与敏感器锚点4连接，敏感器锚点4固定设置在玻璃衬底14上，敏感器质量块3与玻璃衬底14平行设置；敏感器质量块3的另两个对应端分别设置有两组硅条组，每组硅条组包括平行设置的三条硅条6，敏感器质量块3两端的硅条6的数量相同、位置对应，硅条6与敏感器质量块3的侧边垂直；敏感器质量块3上刻蚀有与硅条6平行的栅形条5。
敏感器质量块3的两侧分别设置有两个驱动器质量块1，驱动器质量块1为矩形硅片，驱动器质量块1的两对应端通过驱动器U形硅支撑梁12与驱动器锚点7连接，驱动器锚点7固定设置在玻璃衬底14上，驱动器质量块1与玻璃衬底14平行设置；每个驱动器质量块7的一侧设置有三个可动驱动硅条13，另一侧设置有检测硅条10，其中检测硅条10为梳齿状，齿间为阻尼条，检测硅条10与敏感器质量块连接的硅条6平行、位置对应。敏感器质量块连接的硅条6与对应的检测硅条10组成检测电容，驱动器质量块1中间刻有环行槽8。
两个梳齿状的固定驱动硅条11固定设置在玻璃衬底14上，每个固定驱动硅条11的梳齿条9与可动驱动硅条13位置对应。固定驱动硅条的梳齿条9与对应的可动驱动硅条13组成驱动电容。两个固定驱动硅条11通过玻璃衬底14表面上的引线17与驱动器外部连接锚点16连接。
玻璃衬底14表面对应两个敏感器锚点4位置设置有两个敏感器质量块焊点15，敏感器质量块焊点15与敏感器锚点4连接。玻璃衬底14表面对应敏感器质量块3位置设置有叉指铝电极18，敏感器质量块上刻蚀的每条栅形条5与叉指铝电极18中的每对叉指相对应。
该微惯性传感器，由于梳齿电容间距可用驱动器减小，可动质量块上有滑膜阻尼的栅形条电容，且驱动器质量块的检测硅条上刻蚀梳齿状阻尼条，这些因素使传感器的机械噪声和电路噪声大大减小，从而使传感器可以达到很高的精度。驱动器质量块上刻蚀出防吸合短路硅块，可以防止电容间发生短路和永久吸合。

Claims (1)

1、一种微惯性传感器，包括玻璃衬底、敏感器质量块、驱动器质量块和固定驱动硅条，其特征在于：
所述的敏感器质量块为矩形硅片，敏感器质量块的两对应端通过敏感器U形硅支撑梁与敏感器锚点连接，敏感器锚点固定设置在玻璃衬底上，敏感器质量块与玻璃衬底平行设置；敏感器质量块的另两个对应端分别设置有n组硅条组，每组硅条组包括平行设置的m条硅条，n≥2、m≥1，敏感器质量块两端的硅条数量相同、位置对应，硅条与敏感器质量块侧边垂直；敏感器质量块上刻蚀有与硅条平行的栅形条；
敏感器质量块的两侧分别设置有n个驱动器质量块；
所述的驱动器质量块为矩形硅片，驱动器质量块的两对应端通过驱动器U形硅支撑梁与驱动器锚点连接，驱动器锚点固定设置在玻璃衬底上，驱动器质量块与玻璃衬底平行设置；每个驱动器质量块的一侧设置有m个可动驱动硅条，另一侧设置有检测硅条；所述的检测硅条为梳齿状，齿间为阻尼条，检测硅条与敏感器质量块连接的硅条平行、位置对应，敏感器质量块连接的硅条与对应的检测硅条组成检测电容；驱动器质量块中间刻有环行槽；
两个梳齿状的固定驱动硅条固定设置在玻璃衬底上，每个固定驱动硅条的梳齿条与可动驱动硅条位置对应；固定驱动硅条的梳齿条与对应的可动驱动硅条组成驱动电容；两个固定驱动硅条通过玻璃衬底表面上的引线与驱动器外部连接锚点连接；
玻璃衬底表面对应两个敏感器锚点位置设置有两个敏感器质量块焊点，敏感器质量块焊点与敏感器锚点连接；玻璃衬底表面对应敏感器质量块设置有叉指铝电极，敏感器质量块上刻蚀的每条栅形条与叉指铝电极中的每对叉指相对应。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101481084B (zh) * 2009-02-13 2011-06-15 杭州电子科技大学 一种可变间距电容的微惯性传感器
CN102269598A (zh) * 2010-06-04 2011-12-07 美新半导体（无锡）有限公司 一种高灵敏度的电容传感器及其制造方法

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Granted publication date: 20091111

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