一种单轴MEMS加速度计制造技术

本发明专利技术公开了一种单轴MEMS加速度计。该加速度计包括磁场源，用于产生梯度磁场，所述磁场源的位置固定；隧道磁电阻芯片，所述隧道磁电阻芯片为具有隧道磁电阻传感器的芯片，所述隧道磁电阻芯片用于感知磁场大小和方向的变化；所述隧道磁电阻芯片与所述磁场源位于同一直线上，所述隧道磁电阻芯片在加速度的作用下能够沿所述直线移动，所述隧道磁电阻芯片的磁敏感方向与所述磁场源的磁矩方向位于同一直线上。本发明专利技术提供的单轴MEMS加速度计具有精度高、测量范围大、体积小的优势。

A single axis MEMS accelerometer

The invention discloses a single axis MEMS accelerometer. The accelerometer includes a magnetic field source for generating a gradient magnetic field, the magnetic field source position; tunnel magnetoresistance chip, the chip has a tunnel magnetoresistance tunnel magnetoresistance sensor chip, the tunnel magnetoresistance chip is used to change the perception of the magnitude and direction of the magnetic field; the tunneling magnetoresistance and chip the magnetic field source in the same line, the tunnel magnetoresistance chip can move along the straight line in the acceleration under the action of magnetic moment direction sensitive direction of the tunnel magnetoresistance chip and the magnetic field source is located on the same line. The single axis MEMS accelerometer provided by the invention has the advantages of high accuracy, large measuring range and small volume.

【技术实现步骤摘要】
一种单轴MEMS加速度计
本专利技术涉及加速度测量领域，特别是涉及一种单轴MEMS加速度计。
技术介绍
加速度计是测量运载体线加速度的仪表，按照牛顿第二定律，加速度是物体位移随时间的二次导数，等于物体受到的合外力除以其质量。通过测量加速度可以知道物体偏离惯性运动的情况，一般的加速度计测量检验质量受到的非保守力，是惯性导航需要测量的主要物理量。在飞行控制系统中，加速度计是重要的动态特性校正元件，在惯性导航系统中，高精度的加速度计是最基本的敏感元件之一。在各类飞行器的飞行实验中，加速度计是研究飞行器颤振和疲劳寿命的重要工具。可见，加速度计的应用场合需要加速度计具有极高的精度，然而，在现有技术中，加速度计的精度还有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种精度高、测量范围大、体积小的单轴MEMS加速度计。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种单轴MEMS加速度计，所述加速度计包括：磁场源，磁场源由微型永磁体构成，其尺寸应远小于永磁体到隧道磁电阻芯片之间的距离。所述磁场源用于产生梯度磁场，所述磁场源的位置固定；隧道磁电阻芯片，所述隧道磁电阻芯片为具有隧道磁电阻传感器的芯片，所述隧道磁电阻芯片用于感知磁场大小和方向的变化；所述隧道磁电阻芯片与所述磁场源位于同一直线上，所述隧道磁电阻芯片在加速度的作用下能够沿所述直线移动，所述隧道磁电阻芯片的磁敏感方向与所述磁场源的磁矩方向位于同一直线上。可选的，所述加速度计还包括：检验质量块，所述隧道磁电阻芯片安装于所述检验质量块上；悬臂轴，所述悬臂轴用于支撑所述检验质量块；晶圆外框，所述晶圆外框包括横梁与竖梁，所述横梁与所述竖梁垂直连接。所述悬臂轴与所述横梁垂直连接，所述磁场源位于所述竖梁上，所述悬臂轴沿所述磁场源的磁矩方向的厚度小于所述悬臂轴垂直于所述磁矩方向的厚度，使得所述悬臂轴所支撑的所述检验质量块能够沿所述磁矩方向所在直线上摆动。可选的，所述悬臂轴的数量为一个，所述悬臂轴的一端与所述检验质量块相连接，所述悬臂轴的另一端与所述横梁连接。可选的，所述横梁包括两个相互平行的第一横梁与第二横梁，所述悬臂轴的数量为两个，分别为第一悬臂轴、第二悬臂轴，所述第一悬臂轴一端与所述第一横梁垂直连接，另一端与所述检验质量块的第一端相连接，所述第二悬臂轴一端与所述第二横梁垂直连接，另一端与所述检验质量块的第二端相连接，所述第一悬臂轴轴线和第二悬臂轴的轴线重合。可选的，所述磁场源为微型永磁体或者微型通电线圈。可选的，所述检验质量块关于所述悬臂轴的轴线对称，所述隧道磁电阻芯片位于所述验质量块上，且位于所述悬臂轴的轴线上。可选的，所述加速度计外层包覆有高磁超导材料。可选的，所述晶圆外框为高阻绝缘材料或半导体材料。可选的，所述晶圆外框、所述悬臂梁和所述检验质量块是在晶圆上通过光刻、离子刻蚀或化学腐蚀获得的。可选的，所述加速度计采用微电子加工工艺进行封装。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术采用对磁场变化敏感的隧道磁电阻芯片元件与磁场相配合的方式，隧道磁电阻芯片元件在加速度的作用下，能够在磁场中移动，通过感知磁场大小与方向的变化获得加速度的大小，与现有技术中的加速度测量仪器相比，提高了加速度的测量精度，扩大了加速度的测量范围。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例悬臂梁式加速度计的结构示意图；图2为本专利技术实施例简支梁式加速度计的结构示意图；图3为本专利技术实施例悬臂梁式加速度计的微悬臂梁结构尺寸示意图；图4为地面上检验质量块受力示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种精度高、测量范围广、线性度好的单轴MEMS加速度计。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术提供的单轴MEMS加速度计包括：磁场源，磁场源由微型永磁体构成，其尺寸应远小于永磁体到隧道磁电阻芯片之间的距离。所述磁场源用于产生梯度磁场，所述磁场源的位置固定；隧道磁电阻芯片，所述隧道磁电阻芯片为具有隧道磁电阻传感器的芯片，所述隧道磁电阻芯片用于感知磁场大小和方向的变化；所述隧道磁电阻芯片与所述磁场源位于同一直线上，所述隧道磁电阻芯片在加速度的作用下能够沿所述直线移动，所述隧道磁电阻芯片的磁敏感方向与所述磁场源的磁矩方向位于同一直线上。图1为本专利技术实施例悬臂梁式加速度计的结构示意图，如图1所示，所述加速度计还包括：检验质量块102，所述隧道磁电阻芯片103安装于所述检验质量块102上；悬臂轴101，所述悬臂轴101用于支撑所述检验质量块102；晶圆外框，所述晶圆外框包括横梁105与竖梁106，所述横梁105与所述竖梁106垂直连接。所述悬臂轴101与所述横梁105垂直连接，所述磁场源104位于所述竖梁106上，所述悬臂轴101沿所述磁场源104的磁矩方向的厚度T远小于所述悬臂轴垂直于所述磁矩方向的厚度，使得加速度计在受到加速度的情况下，悬臂轴可以沿磁矩方向移动，进而，带动所述悬臂轴101所支撑的所述检验质量块102能够沿所述磁矩方向所在直线上摆动。作为一种优选的方案，所述悬臂轴的数量可以为一个，所述悬臂轴的一端与所述检验质量块102相连接，所述悬臂轴的另一端与所述横梁105连接。作为另一种优选的方案，如图2所示(图2为本专利技术实施例简支梁式加速度计的结构示意图)，所述横梁包括两个相互平行的第一横梁206与第二横梁208，所述悬臂轴的数量为两个，分别为第一悬臂轴201、第二悬臂轴205，所述第一悬臂轴201一端与所述第一横梁206垂直连接，另一端与所述检验质量块203的第一端相连接，所述第二悬臂轴205一端与所述第二横梁208垂直连接，另一端与所述检验质量块203的第二端相连接，所述第一悬臂轴轴线201和第二悬臂轴205的轴线重合，所述磁场源204位于所述竖梁207上。所述磁场源204为微型永磁体或者微型通电线圈。所述检验质量块203本身关于所述悬臂轴的轴线对称，所述隧道磁电阻芯片202位于所述验质量块203上，且位于所述悬臂轴的轴线上。磁场源可以为微型永磁体或者微型通电线圈。所述检验质量块本身关于所述悬臂轴的轴线对称，所述隧道磁电阻芯片位于所述验质量块上，且位于所述悬臂轴的轴线上。在封装好的MEMS加速度计外包覆有高磁超导材料，避免了地磁场和杂散场对加速度计造成的影响，高磁导率材料可以为坡莫合金，包覆一层，起到屏蔽地磁场和杂散磁场的作用。所述晶圆外框可以为高阻绝缘材料或半导体材料。所述晶圆外框、所述悬臂梁和所述检验质量块是在晶圆上通过光刻、离子刻蚀或化学腐蚀获得的。所述加速度计采用微电子加工工艺进行封装。隧道磁电阻芯片是通过半导体工艺集成在检验质量块上面；悬臂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单轴MEMS加速度计，其特征在于，所述加速度计包括：磁场源，所述磁场源用于产生梯度磁场，所述磁场源的位置固定；隧道磁电阻芯片，所述隧道磁电阻芯片为具有隧道磁电阻传感器的芯片，所述隧道磁电阻芯片用于感知磁场大小和方向的变化；所述隧道磁电阻芯片与所述磁场源位于同一直线上，所述隧道磁电阻芯片在加速度的作用下能够沿所述直线移动，所述隧道磁电阻芯片的磁敏感方向与所述磁场源的磁矩方向位于同一直线上，所述磁场源的尺寸小于所述磁场源到所述隧道式电阻芯片之间的距离。

【技术特征摘要】
1.一种单轴MEMS加速度计，其特征在于，所述加速度计包括：磁场源，所述磁场源用于产生梯度磁场，所述磁场源的位置固定；隧道磁电阻芯片，所述隧道磁电阻芯片为具有隧道磁电阻传感器的芯片，所述隧道磁电阻芯片用于感知磁场大小和方向的变化；所述隧道磁电阻芯片与所述磁场源位于同一直线上，所述隧道磁电阻芯片在加速度的作用下能够沿所述直线移动，所述隧道磁电阻芯片的磁敏感方向与所述磁场源的磁矩方向位于同一直线上，所述磁场源的尺寸小于所述磁场源到所述隧道式电阻芯片之间的距离。2.根据权利要求1所述的单轴MEMS加速度计，其特征在于，所述加速度计还包括：检验质量块，所述隧道磁电阻芯片安装于所述检验质量块上；悬臂轴，所述悬臂轴用于支撑所述检验质量块；晶圆外框，所述晶圆外框包括横梁与竖梁，所述横梁与所述竖梁垂直连接。所述悬臂轴与所述横梁垂直连接，所述磁场源位于所述竖梁上，所述悬臂轴沿所述磁场源的磁矩方向的厚度小于所述悬臂轴垂直于所述磁矩方向的厚度，使得所述悬臂轴所支撑的所述检验质量块能够沿所述磁矩方向所在直线上摆动。3.根据权利要求2所述的单轴MEMS加速度计，其特征在于，所述悬臂轴的数量为一个，所述悬臂轴的一端与所述检验质量块相连接，所述悬臂轴的另一端与所述横梁连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨先卫，潘礼庆，王超，罗志会，谭超，刘敏，朴红光，鲁广铎，许云丽，黄秀峰，郑胜，赵华，张超，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42