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，磁场源的位置固定；隧道磁电阻芯片，为具有隧道磁电阻传感器的芯片，隧道磁电阻芯片用于感知磁场大小和方向的变化；隧道磁电阻芯片的数量为两个，分别位于所述磁场源的两侧，隧道磁电阻芯片与磁场源位于同一直线上，隧道磁电阻芯片的磁敏感方向与磁场源的磁矩方向位于同一直线上，且隧道磁电阻芯片关于所述磁场源对称，隧道磁电阻芯片在加速度的作用下能够沿所述直线在同一方向上移动。本发明专利技术提供的加速度计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。

A single axis MEMS accelerometer

The invention discloses a single axis MEMS accelerometer. The accelerometer includes a magnetic field source is used to generate the gradient magnetic field, the magnetic field source fixed position; the tunnel magnetoresistance chip, with the tunnel magnetoresistance sensor chip, the tunnel magnetoresistance chip is used to change the size and direction of the magnetic field sensing; the number of the tunnel magnetoresistance chip two, respectively positioned on both sides of the magnetic field source. The tunnel magnetoresistance chip and magnetic field source in the same line, the magnetic moment direction sensitive direction of the tunnel magnetoresistance chip and magnetic field source in the same line, and the tunnel magnetoresistance chip on the magnetic field source is symmetrical, the tunnel magnetoresistance chip can along the straight line moving in the same direction in the effect of acceleration under the. Compared with the acceleration measuring instrument in the prior art, the accelerometer provided by the invention improves the measuring accuracy of acceleration and enlarges the measuring range of acceleration.

【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的数量为两个，分别位于所述磁场源的两侧，所述芯片与所述磁场源位于同一直线上，所述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，且所述隧道磁电阻芯片关于所述磁场源对称，所述隧道磁电阻芯片在加速度的作用下能够沿所述直线在同一方向上移动。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，所述晶圆外框关于所述竖梁对称。所述悬臂轴与所述横梁垂直连接，所述悬臂轴的数量为偶数个，所述检验质量块和所述隧道磁电阻芯片的数量均为两个，且所述悬臂轴、所述检验质量块和所述隧道磁电阻芯片均关于所述竖梁对称分布，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磁矩方向所在直线上摆动。可选的，所述悬臂轴的数量为两个，包括第一悬臂轴和第二悬臂轴，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四个，分别为第三悬臂轴、第四悬臂轴、第五悬臂轴和第六悬臂轴，所述第三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，所述第四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，所述第三悬臂轴轴线和第四悬臂轴的轴线重合，所述第五悬臂轴与所述第三悬臂轴关于所述竖梁对称，所述第六悬臂轴与所述第四悬臂轴关于所述竖梁对称。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，所述磁场源用于产生梯度磁场，所述磁场源的位置固定，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；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；图1为本专利技术实施例单轴MEMS加速度计的结构示意图，如图1所示，所述隧道磁电阻芯片的数量为两个，分别位于所述磁场源的两侧，所述芯片与所述磁场源位于同一直线上，所述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，且所述隧道磁电阻芯片关于所述磁场源对称，所述隧道磁电阻芯片在加速度的作用下能够沿所述直线在同一方向上移动。作为一种优选的方案，所述加速度计还包括：检验质量块102、102’，所述隧道磁电阻芯片103、103’分别安装于所述检验质量块102、102’上；悬臂轴101、101’，所述悬臂轴101、101’分别用于支撑所述检验质量块102、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，所述晶圆外框关于所述竖梁106对称。所述悬臂轴101、101’与所述横梁105垂直连接，所述悬臂轴的数量可以为偶数个，所述检验质量块和所述隧道磁电阻芯片的数量均为两个，且所述悬臂轴关于所述竖梁106对称，所述检验质量块102与所述检验质量块102’关于所述竖梁106对称，所述隧道磁电阻芯片103与所述隧道磁电阻芯片103’关于所述竖梁106对称分布，所述磁场源104位于所述竖梁106上，所述悬臂轴沿所述磁场源的磁矩方向的厚度T远小于所述悬臂轴垂直于所述磁矩方向的厚度，使得悬臂轴在加速度的作用下，沿磁矩方向摆动，进而，带动悬臂轴所支撑的所述检验质量块102、102’能够沿磁矩方向所在直线上摆动。作为一种优选的方案，所述悬臂轴的数量为两个，包括第一悬臂轴101和第二悬臂轴101’，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。作为另一种优选的方案，图2为本专利技术实施例简支梁式加速度计结构示意图，如图2所示，所述横梁包括两个相互平行的第一横梁205与第二横梁208，所述悬臂轴的数量为四个，分别为第三悬臂轴201、第四悬臂轴204、第五悬臂轴201’和第六悬臂轴204’，所述第三悬臂轴201一端与所述第一横梁205垂直连接，另一端与所述检验本文档来自技高网...

【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的数量为两个，分别位于所述磁场源的两侧，所述芯片与所述磁场源位于同一直线上，且所述隧道磁电阻芯片关于所述磁场源对称，所述隧道磁电阻芯片在加速度的作用下能够沿所述直线在同一方向上移动，所述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的数量为两个，分别位于所述磁场源的两侧，所述芯片与所述磁场源位于同一直线上，且所述隧道磁电阻芯片关于所述磁场源对称，所述隧道磁电阻芯片在加速度的作用下能够沿所述直线在同一方向上移动，所述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，所述晶圆外框关于所述竖梁对称。所述悬臂轴与所述横梁垂直连接，所述悬臂轴的数量为偶数个，所述检验质量块和所述隧道磁电阻芯片的数量均为两个，且所述悬臂轴、所述检验质量块和所述隧道磁电阻芯片均关于所述竖梁对称分布，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两个，包括第一悬臂轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘礼庆，杨先卫，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