一种电容式微加速度计敏感结构制造技术

本发明专利技术属于惯性测量技术领域，具体公开一种电容式微加速度计敏感结构。它包括上极板、中间摆片微结构和下极板；上极板、中间摆片微结构、下极板之间两两通过键合层连接；中间摆片微结构包括边框和包围在边框内的弹性减薄梁、质量块；弹性减薄梁的上下表面各设有位置交错凹形槽，凹形槽的底部与弹性减薄梁中性面平齐；凹形槽内设有电极引线，电极引线包括上凹形槽电极和下凹形槽电极；上凹形槽电极与质量块上表面电极连通，下凹形槽电极和质量块下表面电极连通；质量块的末端上下表面各设有止挡凸台，用于限制质量块在强振动或大冲击作用下的位移。本发明专利技术最大限度屏蔽受力及温度变形对敏感结构的影响，实现误差抑制，获取更高性能。

Sensitive structure of capacitive micro accelerometer

The invention belongs to the technical field of inertial measurement, in particular discloses a capacitive micro accelerometer sensitive structure. It includes upper plate, the middle chip micro structure and bottom plate; plate, intermediate pendulum between micro structure and the lower plate 22 through a bonding layer connection; intermediate chip micro structure comprises a frame and surrounded by elastic thinning in the frame beam, mass; elastic thin beams on the lower surface of the a staggered groove bottom and elastic concave groove in the thin beam of neutral surface flat; the concave groove is provided with a lead electrode, electrode lead including concave groove groove and the concave electrode electrode; concave groove is connected with the electrode surface electrode and mass, the concave groove communicated with surface electrodes the electrode and the mass; mass on the end of the lower surface is provided with a stopping boss, used to limit the displacement mass in strong vibration or under impact. The invention shields the influence of stress and temperature deformation on the sensitive structure to the maximum extent, and realizes the error suppression and the higher performance.

【技术实现步骤摘要】
一种电容式微加速度计敏感结构
本专利技术属于惯性测量
，具体涉及一种电容式微加速度计敏感结构。
技术介绍
微机电加速度计是以微电子和微机械工艺为基础制造的用来测量加速度的惯性传感器件，具有体积重量功耗小、集成度高、抗恶劣环境、成本低等优点，主要用于航空航天、汽车工业、钻井探测等军民领域。微机电加速度计包括谐振梁式微加速度计、压阻式微加速度计、电容式微加速度计等。其中，谐振梁式微加速度计对制作工艺要求高，谐振检测电路较为复杂；压阻式微加速度计精度较低，对温度敏感；电容式微加速度计具有灵敏度高、温度系数小、稳定性好等优点，应用更为广泛。一种典型的电容式微加速度计技术方案，一般由上极板、中间摆片微结构、下极板三层组成，其中中间摆片微结构包括弹性减薄梁和质量块两个部分。当质量块受到沿表面法线方向的激励而运动时，质量块与上下极板之间的间隙发生变化，进而引起上极板电容变大(小)、下极板电容变小(大)，通过提取电容的差动变化量，即可实现对外界输入加速度的检测。现有技术中的电容式微加速度计敏感结构存在以下不足：弹性减薄梁受外力弯曲或受温度变形不一致时，梁上(下)表面受拉力伸长，梁下(上)表面受压力缩短，相应地，梁上(下)表面电极引线受拉压作用也会产生变形，进而产生误差输出，恶化微加速度计性能；弹性减薄梁和质量块构成悬臂结构，受外界强振动或大冲击等恶劣力学条件作用时，质量块会带动梁产生较大弯曲变形，当变形超过梁承受极限时，易造成结构损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电容式微加速度计敏感结构，具备较强的恶劣力学环境适应性。实现本专利技术目的的技术方案：一种电容式微加速度计敏感结构，其特征在于：它包括上极板、中间摆片微结构和下极板；上极板、中间摆片微结构、下极板之间两两通过键合层连接；中间摆片微结构包括边框和包围在边框内的弹性减薄梁、质量块；弹性减薄梁的一端与质量块连接，弹性减薄梁的另一端与边框的内壁连接；质量块和上极板、下极板之间分别有空隙；质量块上下表面各镀有一层金属电极，分别为质量块上表面电极和质量块下表面电极；弹性减薄梁的上下表面各设有位置交错凹形槽，凹形槽的底部与弹性减薄梁中性面平齐；凹形槽内设有电极引线，电极引线包括上凹形槽电极和下凹形槽电极；上凹形槽电极与质量块上表面电极连通，下凹形槽电极和质量块下表面电极连通。所述质量块的末端上下表面各设有止挡凸台，用于限制质量块在强振动或大冲击作用下的位移。所述止挡凸台材料为金。所述质量块和上极板、下极板之间的空隙间距分别为10μm。所述弹性减薄梁的厚度不大于质量块厚度的1/5。所述金属电极和电极引线的材料为金。所述上极板、中间摆片微结构和下极板的材料均为单晶硅、石英晶体或熔融石英。本专利技术的有益技术效果在于：本专利技术提供的一种电容式微加速度计敏感结构在弹性减薄梁中设计凹形槽结构，其利用梁弯曲变形时，中性面长度不变、不受拉压力作用的特点，最大限度屏蔽受力及温度变形对敏感结构的影响，实现误差抑制，获取更高性能；采用止挡凸台实现质量块的限位，能够实现强振动和大冲击时的结构防护，提高敏感结构的恶劣力学环境适应性。附图说明图1是本专利技术的电容式微加速度计敏感结构示意图；图2是图1的A-A向截面图；图3是质量块与弹性减薄梁示意图；图4是弹性减薄梁的截面示意图；图5是图3的B-B向截面图。图中：10.上极板，11.上极板下表面，20.键合层，40.中间摆片微结构，30.下极板，31.下极板上表面，41.弹性减薄梁，42.质量块，43.边框，44.止挡凸台，45.质量块上表面，46.质量块下表面，451.质量块上表面电极，461.质量块下表面电极，47.凹形槽，48.弹性减薄梁中性面，49.上凹形槽电极，50.下凹形槽电极。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术提供的一种电容式微加速度计敏感结构包括上极板10、中间摆片微结构40和下极板30，材料均为单晶硅、石英晶体或熔融石英。上极板10、中间摆片微结构40、下极板30之间两两通过键合层20连接。如图1和图2所示，中间摆片微结构40包括边框43和包围在边框43内的弹性减薄梁41、质量块42。弹性减薄梁41的一端与质量块42连接，弹性减薄梁41的另一端与边框43的内壁连接。弹性减薄梁41的厚度不大于质量块42厚度的1/5。质量块42和上极板10、下极板30之间分别有空隙，空隙间距分别为10μm。质量块42的末端上下表面各设有2个止挡凸台44，用于限制质量块42在强振动或大冲击作用下的位移。为增大限位过程中的能量损耗，止挡凸台44选用莫氏硬度较小的材料，如金。如图3所示，质量块42上下表面各镀有一层金属电极，分别为质量块上表面电极451和质量块下表面电极461，金属电极的材料为金。上极板下表面11、质量块上表面45和下级板上表面31、质量块下表面46分别构成上极板电容和下极板电容。当有沿质量块42上表面45法线方向的正/反向加速度输入时，上极板下表面11、质量块上表面45的间距会相应缩小/增大，下级板上表面31、质量块下表面46的间距会相应增大/缩小，相应的，上极板电容增大/缩小、下级板电容缩小/增大。通过提取两个电容的差动变化量，即可实现对外界输入加速度的检测。如图4所示，为降低力热环境引起的变形对电极引线的影响，弹性减薄梁41的上下表面各设有等间距分布的凹形槽47，上下表面凹形槽47的位置相互交错，凹形槽47的底部与弹性减薄梁中性面48平齐，凹形槽47的个数根据需要设定，在本实施例中，弹性减薄梁41的上表面设有1个凹形槽47，下表面设有2个凹形槽47。凹形槽47内设有电极引线，电极引线包括上凹形槽电极49和下凹形槽电极50。如图5所示，上凹形槽电极49与质量块上表面电极451连通，下凹形槽电极50和质量块下表面电极461连通。上面结合附图和实施例对本专利技术作了详细说明，但是本专利技术并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利技术宗旨的前提下作出各种变化。本专利技术中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式微加速度计敏感结构，其特征在于：它包括上极板(10)、中间摆片微结构(40)和下极板(30)；上极板(10)、中间摆片微结构(40)、下极板(30)之间两两通过键合层(20)连接；中间摆片微结构(40)包括边框(43)和包围在边框(43)内的弹性减薄梁(41)、质量块(42)；弹性减薄梁(41)的一端与质量块(42)连接，弹性减薄梁(41)的另一端与边框(43)的内壁连接；质量块(42)和上极板(10)、下极板(30)之间分别有空隙；质量块(42)上下表面各镀有一层金属电极，分别为质量块上表面电极(451)和质量块下表面电极(461)；弹性减薄梁(41)的上下表面各设有位置交错凹形槽(47)，凹形槽(47)的底部与弹性减薄梁中性面(48)平齐；凹形槽(47)内设有电极引线，电极引线包括上凹形槽电极(49)和下凹形槽电极(50)；上凹形槽电极(49)与质量块上表面电极(451)连通，下凹形槽电极(50)和质量块下表面电极(461)连通。

【技术特征摘要】
1.一种电容式微加速度计敏感结构，其特征在于：它包括上极板(10)、中间摆片微结构(40)和下极板(30)；上极板(10)、中间摆片微结构(40)、下极板(30)之间两两通过键合层(20)连接；中间摆片微结构(40)包括边框(43)和包围在边框(43)内的弹性减薄梁(41)、质量块(42)；弹性减薄梁(41)的一端与质量块(42)连接，弹性减薄梁(41)的另一端与边框(43)的内壁连接；质量块(42)和上极板(10)、下极板(30)之间分别有空隙；质量块(42)上下表面各镀有一层金属电极，分别为质量块上表面电极(451)和质量块下表面电极(461)；弹性减薄梁(41)的上下表面各设有位置交错凹形槽(47)，凹形槽(47)的底部与弹性减薄梁中性面(48)平齐；凹形槽(47)内设有电极引线，电极引线包括上凹形槽电极(49)和下凹形槽电极(50)；上凹形槽电极(49)与质量块上表面电极(451)连通，下凹形槽电极(50)和质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭中洋，杨军，刘飞，孙刚，盛洁，胡兴雷，窦茂莲，林梦娜，夏春晓，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11