RU2753475C1 - Micromechanical accelerometer - Google Patents

Micromechanical accelerometer Download PDF

Info

Publication number
RU2753475C1
RU2753475C1 RU2020130333A RU2020130333A RU2753475C1 RU 2753475 C1 RU2753475 C1 RU 2753475C1 RU 2020130333 A RU2020130333 A RU 2020130333A RU 2020130333 A RU2020130333 A RU 2020130333A RU 2753475 C1 RU2753475 C1 RU 2753475C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
glass substrate
attachment
decoupling plane
elastically deformable
deformable beams
Prior art date
Application number
RU2020130333A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Николаевич Косторной
Сергей Геннадьевич Миронов
Константин Сергеевич Аксенов
Сергей Сергеевич Брыкало
Александр Вячеславович Ткачев
Александр Александрович Кашаев
Сергей Владимирович Малыгин
Original Assignee
Акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (АО "ИТТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (АО "ИТТ") filed Critical Акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (АО "ИТТ")
Priority to RU2020130333A priority Critical patent/RU2753475C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2753475C1 publication Critical patent/RU2753475C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

FIELD: professional equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of instrument engineering. The micromechanical accelerometer contains a base, a sensing element consisting of upper and lower caps, an inertial mass, and a separation layer. The separation layer additionally contains a decoupling plane, a glass substrate. In the decoupling plane, elastic-deformable beams are formed with mounting pads located on them to the lower cover of the sensor element and the glass substrate, and to the glass substrate from the lower side, and to the lower cover of the sensor element from the upper side of the decoupling plane. Elastic-deformable beams in the areas between the mounting pads, as well as in the areas between the mounting pads and the decoupling plane are made in the form of a meander with “x” number of bends.
EFFECT: increased accuracy of the micromechanical accelerometer.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при изготовлении микромеханических акселерометров, микрогироскопов, интегральных датчиков давления.The invention relates to the field of instrumentation and can be used in the manufacture of micromechanical accelerometers, microgyroscopes, integral pressure sensors.

Известно устройство, где чувствительный элемент (ЧЭ) датчика, изготовлен из монокристаллического кремния и стеклянной подложки из боросиликатного стекла. Причем инерционная масса - маятник, рамка, упругие торсионы, площадки крепления к стеклянной подложки сформированы, заодно методом жидкостного травления и соединены через площадки крепления методом анодной посадки с подложкой из боросиликатного стекла. В корпусе датчика ЧЭ закреплен на основании при помощи клея - герметика. При этом клей - герметик наносят произвольно на всю площадь приклеиваемых поверхностей или ее каких-то частей [1]. Недостатком данного устройства является то, что возникают механические напряжение в ЧЭ. Эти напряжения приводят к значительным погрешностям микромеханического акселерометра. При производстве датчиков чувствительный элемент монтируется в корпусе простым приклеиванием поверхности ЧЭ к основанию. Боросиликатное стекло, применяемое для анодной сварки, при изготовлении ЧЭ имеет, низкую теплопроводность по сравнению с кремнием. Так при воздействии положительных и отрицательных температур в стеклянной подложке возникают большое напряжение, которое происходит во время переходного теплового режима. Такое относительно большое механическое напряжение приводит к погрешностям акселерометра, которое не могут быть компенсированы алгоритмически из-за временной зависимости переходного процесса. Другим недостатком является наличие клея - герметика на стеклянной подложке.A device is known where the sensitive element (SE) of the sensor is made of monocrystalline silicon and a glass substrate made of borosilicate glass. Moreover, the inertial mass - a pendulum, a frame, elastic torsion bars, areas of attachment to the glass substrate are formed, at the same time by the method of liquid etching and connected through the attachment areas by the method of anodic fit to a substrate made of borosilicate glass. In the body of the sensor, the SE is fixed to the base with glue - sealant. In this case, the glue - sealant is applied arbitrarily to the entire area of the glued surfaces or some parts of it [1]. The disadvantage of this device is that mechanical stress occurs in the SE. These stresses lead to significant errors in the micromechanical accelerometer. In the production of sensors, the sensitive element is mounted in the housing by simply gluing the SE surface to the base. Borosilicate glass, used for anodic welding, in the manufacture of CE has a low thermal conductivity in comparison with silicon. So, when exposed to positive and negative temperatures, a large voltage arises in the glass substrate, which occurs during a transient thermal regime. Such a relatively high mechanical stress leads to errors in the accelerometer that cannot be compensated algorithmically due to the time dependence of the transient. Another disadvantage is the presence of an adhesive sealant on a glass substrate.

Клей - герметик, нанесенный на основание микромеханического акселерометра и соответственно на одну из сторон стеклянной подложки также является источником напряжений. Эти напряжения зависят от температуры и влияют на чувствительность датчика и на смещение нулевого сигнала. Чтобы обеспечить прочность соединения от вибраций, ударов область клеевого соединения должна быть достаточно большой, а увеличение площади клеевого соединения повышает воздействие напряжений на чувствительный элемент датчика. Таким образом напряжения, вызванные разницей между коэффициентами теплового расширения монокристаллического кремния, боросиликатного стекла из которых изготовлен чувствительный элемент микромеханического акселерометра, основания акселерометра и клея - герметика увеличивают смещение нулевого сигнала акселерометра, а это уменьшает точность микромеханического акселерометра.Glue - a sealant applied to the base of the micromechanical accelerometer and, accordingly, to one of the sides of the glass substrate is also a source of stress. These voltages are temperature dependent and affect sensor sensitivity and zero offset. To ensure the strength of the bond against vibration, the impact area must be large enough, and the increase in the area of the adhesive bond increases the stress on the sensor element of the sensor. Thus, the stresses caused by the difference between the coefficients of thermal expansion of monocrystalline silicon, borosilicate glass from which the sensitive element of the micromechanical accelerometer is made, the base of the accelerometer and the adhesive-sealant increase the displacement of the zero signal of the accelerometer, and this reduces the accuracy of the micromechanical accelerometer.

Известен чувствительный элемент микромеханического акселерометра, содержащий двухплечевой маятник из монокристаллического кремния, стеклянную обкладку и внешнюю рамку с площадками крепления к стеклянной обкладке, Х-образные торсионы, соединенные с маятником и внешней рамкой, ось симметрии инерционной массы совмещена с осью, проходящей через крестообразные торсионы. Площадки крепления расположены в непосредственной близости Х-образных торсионов. Внешняя рамка одновременно выполняет роль жесткого каркаса чувствительного элемента, при этом соединение чувствительного элемента с неподвижным основанием акселерометра осуществляется через обратную сторону стеклянной обкладки [2].A sensitive element of a micromechanical accelerometer is known, containing a double-arm pendulum made of monocrystalline silicon, a glass plate and an outer frame with attachment points to the glass plate, X-shaped torsion bars connected to the pendulum and an outer frame, the axis of symmetry of the inertial mass is aligned with the axis passing through the cruciform torsion bars. The attachment pads are located in the immediate vicinity of the X-shaped torsion bars. The outer frame simultaneously serves as a rigid frame of the sensitive element, while the connection of the sensitive element with the fixed base of the accelerometer is carried out through the back side of the glass plate [2].

Анодное соединение стеклянной подложки с монокристаллическим кремниевым чувствительным элементом осуществляется при повышенной температуре. После остывания конструкции «стеклянная подложка-монокристаллический кремниевый чувствительный элемент» происходит частичная деформация внешней рамки чувствительного элемента. Эта деформация передается на упругие торсионы. Это существенным образом влияет на стабильность упругих свойств последнихThe anodic connection of the glass substrate to the monocrystalline silicon sensitive element is carried out at an elevated temperature. After cooling of the "glass substrate-monocrystalline silicon sensitive element" structure, partial deformation of the outer frame of the sensitive element occurs. This deformation is transmitted to the elastic torsion bars. This significantly affects the stability of the elastic properties of the latter.

Так как чувствительный элемент закреплен на основании акселерометра, то воздействие положительных или отрицательных температур передается от основания через стеклянную обкладку на внешнюю рамку и соответственно на Х-образные торсионы. Вследствие этого Х-образные торсионы деформируются, и в результате происходит смещение маятника при отсутствии воздействия ускорения. Таким образом, происходит температурное смещение нулевого сигнала, а это снижает точность акселерометра. Изменится также жесткость торсионов и, как следствие, уход крутизны преобразователя перемещений. Это также существенным образом Другим недостатком данного устройства является нестабильность смещения нулевого сигнала вследствие высокого уровня контактных напряжений, возникающих в местах расположения площадок крепления и передающихся на Х-образный торсион.Since the sensitive element is fixed on the base of the accelerometer, the effect of positive or negative temperatures is transmitted from the base through the glass cover to the outer frame and, accordingly, to the X-shaped torsion bars. As a result, the X-shaped torsion bars are deformed, and as a result, the pendulum is displaced in the absence of acceleration. Thus, a temperature shift of the zero signal occurs, and this reduces the accuracy of the accelerometer. The stiffness of the torsion bars will also change and, as a consequence, the steepness of the displacement transducer will change. This is also a significant way. Another disadvantage of this device is the instability of the offset of the zero signal due to the high level of contact stresses arising in the locations of the attachment pads and transmitted to the X-shaped torsion bar.

Известны также устройства с симметричной конструкцией так, чтобы деформации, вызванные напряжениями, компенсировали друг друга. Однако это серьезно ограничивает конструкцию.Also known are devices with a symmetrical design so that the deformations caused by the stresses compensate each other. However, this seriously limits the design.

Наиболее близким по технической сущности является акселерометр, ЧЭ которого соединен с основанием через дополнительные разделительные слои и слоем клея. Дополнительные разделительные слои размещены между ЧЭ и основанием микромеханического акселерометра, совмещены строго симметрично с ЧЭ. Слой клея сформирован в центре симметрии дополнительного разделительного слоя и основания микромеханического акселерометра. Причем клеевой слой ограничен по площади его нанесения. [3].The closest in technical essence is an accelerometer, the SE of which is connected to the base through additional separating layers and a layer of glue. Additional separating layers are placed between the SE and the base of the micromechanical accelerometer, aligned strictly symmetrically with the SE. The adhesive layer is formed in the center of symmetry of the additional separating layer and the base of the micromechanical accelerometer. Moreover, the adhesive layer is limited in the area of its application. [3].

В известном устройстве крепежный элемент ЧЭ, расположенного в центре симметрии монтируется непосредственно на поверхность основания через слой клея или припоя. Как следствие, оно также непосредственно подвергается нагрузкам, передаваемым основанием. В результате температурно-зависимые напряжения создаются между ЧЭ микромеханического акселерометра, крепежным материалом и материалом основания датчика.In the known device, the fastening element of the SE located in the center of symmetry is mounted directly on the surface of the base through a layer of glue or solder. As a consequence, it is also directly exposed to the loads transmitted by the base. As a result, temperature-dependent stresses are created between the SE of the micromechanical accelerometer, the fastening material, and the base material of the sensor.

Помимо этого, крепежный материал (клей или паяльный материал) является нестабильным со временем и подвержен пластичным деформациям, которые могут вызвать смещение выходного сигнала датчика при старении. Кроме того, требуется высокая точность позиционирования такой конструкции ЧЭ на основании - строго в центре симметрии. А это уже в свою очередь сильно влияет, на сколько успешно «отфильтруются» механические напряжения, приводящие к ухудшению точности датчика.In addition, the fastener material (glue or solder material) is unstable over time and prone to plastic deformation, which can cause the sensor output to drift with aging. In addition, a high positioning accuracy of such a SE design is required on the base - strictly in the center of symmetry. And this, in turn, greatly affects how much mechanical stress is successfully "filtered out", leading to a deterioration in the accuracy of the sensor.

Таким образом, такая конструкция не устраняет полностью пластичные деформации, передающиеся от основания к ЧЭ датчика. А это вызывает смещение выходного сигнала в отсутствии измеряемого параметра и, следовательно, снижает точность микромеханического акселерометра.Thus, this design does not completely eliminate the plastic deformations transmitted from the base to the SE of the sensor. And this causes a shift in the output signal in the absence of a measurable parameter and, therefore, reduces the accuracy of the micromechanical accelerometer.

Таким образом, дополнительный разделительный слой должен обладать достаточной упругостью и достаточной жесткостью, не должен быть абсолютно жестким. Дополнительный разделительный слой должен быть достаточно упругим, чтобы погасить, снизить до минимума деформацию, создаваемую механическими напряжениями, возникающими при воздействии вредных факторов на микромеханический акселерометр и далее на основание и затем на ЧЭ микромеханического акселерометра. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышения точности микромеханического акселерометра.Thus, the additional separating layer should have sufficient elasticity and sufficient rigidity, it should not be absolutely rigid. The additional separating layer should be elastic enough to damp, to minimize the deformation created by mechanical stresses arising under the influence of harmful factors on the micromechanical accelerometer and then on the base and then on the SE of the micromechanical accelerometer. The problem to be solved by the invention is to improve the accuracy of the micromechanical accelerometer.

1. Для достижения этого в микромеханическом акселерометре, содержащем основание, чувствительный элемент, состоящий из верхней и нижней крышек, инерционной массы, а также разделительный слой, обращенный к основанию и к одной из сторон чувствительного элемента и клея - герметика, согласно изобретению, разделительный слой дополнительно содержит развязывающую плоскость и стеклянную подложку, в развязывающей плоскости сформированы упруго-деформируемые балки, с расположенными на них площадками крепления к нижней крышки чувствительного элемента и стеклянной подложки, причем к стеклянной подложке с нижней стороны развязывающей плоскости, а к нижней крышки чувствительного элемента с верхней стороны развязывающей плоскости, площадки крепления сформированы для крепления к нижней крышки чувствительного элемента и расположены на противоположных друг от друга сформированных упруго-деформируемых балках, площадки крепления сформированы для крепления к стеклянной подложки и расположены на других противоположных друг от друга сформированных упруго-деформируемых балках, расположенных на развязывающей плоскости, упруго-деформируемые балки на участках между площадками крепления, а также на участках между площадками крепления и развязывающей плоскостью выполнены в форме меандра с п количеством изгибов. 2. Отличительными признаками заявленного устройства является то, что разделительный слой дополнительно содержит развязывающую плоскость и стеклянную подложку, в развязывающей плоскости сформированы упруго-деформируемые балки, с расположенными на них площадками крепления к нижней крышки чувствительного элемента и стеклянной подложки, причем к стеклянной подложке с нижней стороны развязывающей плоскости, а к нижней крышки чувствительного элемента с верхней стороны развязывающей плоскости, площадки крепления сформированы для крепления к нижней крышки чувствительного элемента и расположены на противоположных друг от друга сформированных упруго-деформируемых балках, площадки крепления сформированы для крепления к стеклянной подложки и расположены на других противоположных друг от друга сформированных упруго-деформируемых балках, расположенных на развязывающей плоскости, упруго-деформируемые балки на участках между площадками крепления, а также на участках между площадками крепления и развязывающей плоскостью выполнены в форме меандра с п количеством изгибов. В микромеханическом акселерометре чувствительный элемент монтируется на основании корпуса через разделительный слой, а именно через развязывающую плоскость, которая в свою очередь закреплена на стеклянной подложке (пьедестале) из боросиликатного стекла. В развязывающей плоскости по периметру раздельно друг от друга сформированы упруго-деформируемые балки и расположенные на них площадками крепления к ЧЭ и к стеклянной подложки. Сами упруго-деформируемые балки выполнены в форме меандра с п количеством изгибов одинаковыми и строго симметричны относительно продольной и поперечной осей симметрии чувствительного элемента. При этом площадки крепления к ЧЭ и стеклянной подложки сформированы по периферии развязывающей плоскости. К стеклянной подложке с нижней стороны. К нижней крышке чувствительного элемента с верхней стороны развязывающей плоскости. Площадки крепления к ЧЭ и стеклянному пьедесталу сформированы отдельно друг от друга на взаимно противоположных сторонах развязывающей плоскости, а также соединены с упруго-деформируемыми балками. Такое формирование площадок крепления с упруго-деформируемыми балками в развязывающей плоскости и закрепление на стеклянной подложки позволяет минимизировать деформацию от воздействия внешних факторов, действующих через основание. Так стеклянная подложка (пьедестал) закреплена на основании при помощи мягкого или эластомерного клея, который обеспечивает частичное снятие напряжения, но имеет определенные недостатки такие как зависящие от времени процессы отверждения. С другой стороны стеклянной подложки методом анодной сварки прикреплена развязывающая плоскость через площадки крепления.1. To achieve this, in a micromechanical accelerometer containing a base, a sensing element consisting of upper and lower covers, an inertial mass, and a separating layer facing the base and one of the sides of the sensing element and an adhesive sealant according to the invention, a separating layer additionally contains a decoupling plane and a glass substrate, elastically deformable beams are formed in the decoupling plane, with the pads for attachment to the lower cover of the sensitive element and the glass substrate located on them, and to the glass substrate from the lower side of the decoupling plane, and to the lower cover of the sensitive element from the upper the sides of the decoupling plane, the attachment pads are formed for attachment to the bottom cover of the sensing element and are located on opposite to each other formed resiliently deformable beams, the attachment sites are formed for attachment to the glass substrate and are located on the other opposite formed elastically deformable beams located on the decoupling plane, the elastically deformable beams in the sections between the attachment sites, as well as in the sections between the attachment sites and the decoupling plane, are made in the form of a meander with n number of bends. 2. Distinctive features of the claimed device is that the separating layer additionally contains a decoupling plane and a glass substrate, elastically deformable beams are formed in the decoupling plane, with areas for attachment to the bottom cover of the sensing element and a glass substrate located on them, and to the glass substrate from the lower side of the decoupling plane, and to the lower cover of the sensitive element from the upper side of the decoupling plane, the attachment areas are formed for attachment to the lower cover of the sensitive element and are located on oppositely formed elastically deformable beams, the attachment sites are formed for attachment to the glass substrate and are located on other opposite from each other formed elastically deformable beams located on the decoupling plane, elastically deformable beams in the areas between the attachment sites, as well as in the areas between the attachment sites and the decoupling with a connecting plane are made in the form of a meander with n number of bends. In a micromechanical accelerometer, the sensing element is mounted on the base of the housing through a separating layer, namely, through a decoupling plane, which in turn is fixed on a glass substrate (pedestal) made of borosilicate glass. Elastically deformable beams are formed in the decoupling plane along the perimeter, separately from each other, and are located on them with attachment areas to the SE and to the glass substrate. The elastically deformable beams themselves are made in the form of a meander with the same number of bends and are strictly symmetric with respect to the longitudinal and transverse axes of symmetry of the sensitive element. In this case, the areas of attachment to the SE and the glass substrate are formed along the periphery of the decoupling plane. To the underside of the glass substrate. To the bottom cover of the sensing element from the upper side of the decoupling plane. The pads for attachment to the SE and the glass pedestal are formed separately from each other on mutually opposite sides of the decoupling plane, and are also connected to elastically deformable beams. Such formation of attachment sites with elastically deformable beams in the decoupling plane and attachment to a glass substrate allows minimizing deformation from external factors acting through the base. Thus, the glass substrate (pedestal) is fixed to the substrate with a soft or elastomeric adhesive, which provides partial stress relief, but has certain disadvantages such as time-dependent curing processes. On the other side of the glass substrate, a decoupling plane is attached by anodic welding through the attachment pads.

Стеклянная подложка (пьедестал) изготовлена из боросиликатного стекла КТР которой почти равен кремнию. Тем самым дополнительно уменьшая термомеханические напряжения.The glass substrate (pedestal) is made of borosilicate glass whose CTE is almost equal to silicon. Thereby, further reducing thermomechanical stresses.

Другая сторона развязывающей плоскости закреплена к ЧЭ акселерометра. Закрепление может быть осуществлено при помощи прямого сращивания кремниевых деталей. Таким образом, развязывающая плоскость за счет упруго-деформируемых балок и сформированных заодно с ними площадок крепления дополнительно снимают напряжения, передающиеся от основания. Таким образом в совокупности мягкий или эластомерный клей - утолщенный стеклянный пьедестал (в 8 раз толще ЧЭ) - развязывающая плоскость с упруго-деформируемыми балками и площадками крепления позволяет минимизировать деформацию от воздействия внешних факторов, при этом деформация в зоне крепления упругих подвесов практически сведена к нулю, а симметричное расположение - компенсировать до минимума вредные воздействия, тем самым повышая точность микромеханического акселерометра.The other side of the decoupling plane is fixed to the SE of the accelerometer. Fastening can be done by direct splicing of silicon parts. Thus, the decoupling plane due to the elastically deformable beams and the attachment pads formed at the same time with them additionally relieve the stresses transmitted from the base. Thus, in the aggregate, soft or elastomeric glue - a thickened glass pedestal (8 times thicker than SE) - a decoupling plane with elastically deformable beams and attachment sites allows minimizing deformation from external factors, while deformation in the area of attachment of elastic suspensions is practically reduced to zero , and a symmetrical arrangement - to compensate to a minimum of harmful effects, thereby increasing the accuracy of the micromechanical accelerometer.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами фиг. 1, фиг. 2а и фиг. 2б.The invention is illustrated by the drawings: FIG. 1, fig. 2a and FIG. 2b.

На фиг. 1 изображен микромеханический акселерометр в сборе, в разрезе.FIG. 1 shows a micromechanical accelerometer assembly, in section.

На фиг. 2а и фиг. 2б изображена развязывающая плоскость, где:FIG. 2a and FIG. 2b shows the decoupling plane, where:

1 - инерционная масса;1 - inertial mass;

2 - верхняя крышка;2 - top cover;

3 - нижняя крышка;3 - bottom cover;

4 - упругий подвес;4 - elastic suspension;

5 - внешняя рамка ЧЭ;5 - outer frame of the SE;

6 - развязывающая плоскость;6 - decoupling plane;

7 - площадки крепления к нижней крышке ЧЭ;7 - pads for attachment to the bottom cover of the SE;

8 - площадки крепления к стеклянной подложки;8 - platforms for attaching to a glass substrate;

9 - упруго-деформируемые балки;9 - elastically deformable beams;

10 - стеклянная подложка;10 - glass substrate;

11 - основание.11 - base.

Микромеханический акселерометр содержит чувствительный элемент, состоящий из инерционной массы 1, заключенной между верхней 2 и нижней крышками 3, соединенными, например, методом анодной посадки или прямого сращивания или иным другим каким-либо методом. Между чувствительным элементом, его нижней крышкой 3 и основанием 11 расположен разделительный слой. Этот слой состоит из стеклянной подложки 10 и развязывающей плоскости 6. Развязывающая плоскость 6 закреплена к нижней крышки 3 ЧЭ, например методом прямого сращивания через площадки крепления к нижней крышки 7, но может быть и приклеена. Сборка ЧЭ - развязывающая плоскость закреплена на стеклянной подложке 10 через площадки крепления к стеклянной подложки 8. По периферии развязывающей плоскости 6 сформированы упруго-деформируемые балки 9. Стеклянная подложка 10 приклеена к основанию 11 эластичным клеем-герметиком (не показано).The micromechanical accelerometer contains a sensitive element consisting of an inertial mass 1 enclosed between the upper 2 and the lower covers 3, connected, for example, by anodic fit or direct splicing or any other other method. A separating layer is located between the sensitive element, its lower cover 3 and the base 11. This layer consists of a glass substrate 10 and a decoupling plane 6. Decoupling plane 6 is fixed to the bottom cover 3 of the SE, for example, by direct splicing through the attachment pads to the bottom cover 7, but it can also be glued. The SE assembly - the decoupling plane is fixed on the glass substrate 10 through the pads of attachment to the glass substrate 8. Elastically deformable beams 9 are formed along the periphery of the decoupling plane 6. The glass substrate 10 is glued to the base 11 with an elastic adhesive sealant (not shown).

При воздействии на микромеханический акселерометр вредных внешних факторов возникают напряжения в основании 11. Термомеханические напряжения передаются на стеклянную подложку 10. При этом напряжения частично уменьшаются в эластичном клее - герметике. Благодаря толстой по сравнению с кремниевым ЧЭ стеклянной подложки 10 напряжения тоже уменьшаются, но все-таки остаются. Напряжения от стеклянной подложки 10 переходящие в пластичную деформацию пере дается на развязывающую плоскость 6. Эта деформация через площадки крепления к стеклянной подложки 8 изгибает упруго - деформируемые балки 9. Далее остаточная деформация передается через те же упруго -деформируемые балки 9 и уже через площадки крепления к нижней крышки ЧЭ 7. Уже минимизированная деформация от нижней крышки 3 через внешнюю рамку ЧЭ 5 на упругий подвес 4. Влияние механических напряжений на упругие подвесы 4 практически сводится к нулю.When the micromechanical accelerometer is exposed to harmful external factors, stresses arise in the base 11. Thermomechanical stresses are transmitted to the glass substrate 10. In this case, the stresses are partially reduced in the elastic adhesive - sealant. Owing to the glass substrate 10, which is thick compared to the silicon SE, the voltages also decrease, but still remain. Stresses from the glass substrate 10 transforming into plastic deformation are transferred to the decoupling plane 6. This deformation through the attachment sites to the glass substrate 8 bends the elastically deformable beams 9. Further, the residual deformation is transmitted through the same elastically deformable beams 9 and already through the attachment sites to bottom cover SE 7. Already minimized deformation from the bottom cover 3 through the outer frame of SE 5 to elastic suspension 4. The influence of mechanical stresses on elastic suspensions 4 is practically reduced to zero.

Отмеченные свойства подтверждают преимущества заявляемого изобретения перед известными решениями.The noted properties confirm the advantages of the claimed invention over the known solutions.

Работа устройства основана на хорошо известном принципе перемещения инерционной массы 1 под воздействием линейного ускорения и измерения этого перемещения, например емкостным способом.The operation of the device is based on the well-known principle of moving the inertial mass 1 under the influence of linear acceleration and measuring this movement, for example, in a capacitive way.

Чувствительный элемент микромеханического акселерометра может изготавливаться из монокристаллического кремния с ориентацией пластины<100>÷<110>методом анизотропного травления или плазменного травления.The sensitive element of a micromechanical accelerometer can be made of monocrystalline silicon with a wafer orientation <100> ÷ <110> by anisotropic etching or plasma etching.

Проведенные макетные испытания показали положительный эффект как данного микромеханического датчика, так и его способа сборки и по технологичности, и по точности, то есть уменьшению смещения нулевого сигнала.The prototype tests carried out showed a positive effect of both this micromechanical sensor and its assembly method both in manufacturability and in accuracy, that is, in reducing the offset of the zero signal.

Источники информации:Sources of information:

1. Паршин В.А., Харитонов В.И. Особенности технологии мультисенсорных датчиков с нелегированными упругими подвесами //Датчики и системы. 2002. №2. С. 22-24.1. Parshin V.A., Kharitonov V.I. Features of the technology of multisensor sensors with undoped elastic suspensions // Sensors and Systems. 2002. No. 2. S. 22-24.

2. Патент РФ 2251702.2. RF patent 2251702.

3. Заявка US 20170107098-прототип.3. Application US 20170107098-prototype.

Claims (1)

Микромеханический акселерометр, содержащий основание, чувствительный элемент, состоящий из верхней и нижней крышек, инерционной массы, а также разделительный слой, обращенный к основанию и к одной из сторон чувствительного элемента и клея герметика, отличающийся тем, что разделительный слой дополнительно содержит развязывающую плоскость и стеклянную подложку, в развязывающей плоскости сформированы упругодеформируемые балки с расположенными на них площадками крепления к нижней крышке чувствительного элемента и стеклянной подложке, причем к стеклянной подложке - с нижней стороны, а к нижней крышке чувствительного элемента - с верхней стороны развязывающей плоскости, площадки крепления сформированы для крепления к нижней крышке чувствительного элемента и расположены на противоположных друг от друга сформированных упругодеформируемых балках, площадки крепления сформированы для крепления к стеклянной подложке и расположены на других противоположных друг от друга сформированных упругодеформируемых балках, расположенных на развязывающей плоскости, упругодеформируемые балки на участках между площадками крепления, а также на участках между площадками крепления и развязывающей плоскостью выполнены в форме меандра с n количеством изгибов.A micromechanical accelerometer containing a base, a sensing element consisting of upper and lower covers, an inertial mass, and a separating layer facing the base and one of the sides of the sensing element and sealant glue, characterized in that the separating layer additionally contains a decoupling plane and a glass a substrate, elastically deformable beams are formed in the decoupling plane with attachment points located on them to the lower cover of the sensitive element and the glass substrate, and to the glass substrate from the bottom side, and to the lower cover of the sensitive element - from the upper side of the decoupling plane, the attachment areas are formed for attachment to the bottom cover of the sensing element and are located on opposite from each other formed elastically deformable beams, the attachment areas are formed for attachment to the glass substrate and are located on other formed elastically deformable beams opposite to each other elastically deformable beams located on the decoupling plane, elastically deformable beams in the sections between the attachment sites, as well as in the sections between the attachment sites and the decoupling plane, are made in the form of a meander with n number of bends.
RU2020130333A 2020-09-15 2020-09-15 Micromechanical accelerometer RU2753475C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130333A RU2753475C1 (en) 2020-09-15 2020-09-15 Micromechanical accelerometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130333A RU2753475C1 (en) 2020-09-15 2020-09-15 Micromechanical accelerometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2753475C1 true RU2753475C1 (en) 2021-08-17

Family

ID=77349436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020130333A RU2753475C1 (en) 2020-09-15 2020-09-15 Micromechanical accelerometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2753475C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1847509A2 (en) * 2006-04-20 2007-10-24 Honeywell International Inc. Mechanical isolation for MEMS devices
RU2492490C1 (en) * 2011-12-21 2013-09-10 Открытое акционерное общество "Московский радиозавод "Темп" Sensing element of micromechanical accelerometer
CN104698222A (en) * 2015-02-15 2015-06-10 东南大学 Tri-axial monolithic integration resonant capacitance type micro-accelerometer and machining method thereof
RU154143U1 (en) * 2015-04-14 2015-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" SENSITIVE ELEMENT OF A MICROMECHANICAL ACCELEROMETER
US20170107098A1 (en) * 2015-10-16 2017-04-20 Thales Microelectromechanical system and fabricating process

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1847509A2 (en) * 2006-04-20 2007-10-24 Honeywell International Inc. Mechanical isolation for MEMS devices
RU2492490C1 (en) * 2011-12-21 2013-09-10 Открытое акционерное общество "Московский радиозавод "Темп" Sensing element of micromechanical accelerometer
CN104698222A (en) * 2015-02-15 2015-06-10 东南大学 Tri-axial monolithic integration resonant capacitance type micro-accelerometer and machining method thereof
RU154143U1 (en) * 2015-04-14 2015-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" SENSITIVE ELEMENT OF A MICROMECHANICAL ACCELEROMETER
US20170107098A1 (en) * 2015-10-16 2017-04-20 Thales Microelectromechanical system and fabricating process

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10145686B2 (en) Micro electro mechanical system
US10894713B2 (en) Temperature-compensated micro-electromechanical device, and method of temperature compensation in a micro-electromechanical device
KR20040047684A (en) Acceleration sensor
US8850896B2 (en) Physical quantity detector
JP2018146569A (en) Vibration damping mount
KR100514064B1 (en) Capacitive dynamic quantity sensor
WO2012098901A1 (en) Acceleration sensor
RU2753475C1 (en) Micromechanical accelerometer
JP2008170203A (en) Acceleration detection unit and acceleration sensor
RU2746763C1 (en) Micromechanical accelerometer
RU2773069C1 (en) Sensing element of micromechanical accelerometer
RU2746762C1 (en) Micromechanical accelerometer with low sensitivity to thermomechanical influences
Taïbi et al. SWaP reduction for high dynamic navigation grade accelerometer based on quartz VBA technology
CN105388323B (en) Vibrating sensor device
RU2774824C1 (en) Micromechanical accelerometer with high resistance to thermomechanical stresses
RU2748290C1 (en) Micromechanical accelerometer sensor element
RU2746112C1 (en) Solid state linear acceleration sensor
JPS62190774A (en) Sensor for acceleration
CN111239439B (en) Vibration type sensor device
RU2421736C1 (en) Accelerometer
JP2010281573A (en) Pressure sensor
CN117054686A (en) Vibrating beam accelerometer
JP2008170166A (en) Acceleration detection unit and acceleration sensor