多梁式单质量块面内双轴加速度传感器芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开多梁式单质量块面内双轴MEMS压阻式加速度传感器芯片及其制备方法，传感器芯片采用SOI硅片制造，包括芯片外框架、主支撑梁、连接梁、副支撑梁、敏感压阻微梁、质量块以及金属引线和焊盘。主支撑梁一端固定于芯片外框架，另一端与连接梁相连，连接梁的另一端与副支撑梁连接，副支撑梁的另一端与质量块相连。芯片中八个敏感压阻微梁位于芯片外框架与连接梁之间的间隙，两两对称分布在主支撑梁两侧，并且一端固定于芯片外框架，另一端与连接梁相连；八个敏感压阻微梁上的压敏电阻通过金属引线和十六个焊盘相连并组成惠斯通全桥电路。本发明专利技术传感器芯片可实现100g以下加速度的测量，固有频率达40kHz以上，满足高频低g值加速度动态测量的要求。

Multi beam single mass surface double axis acceleration sensor chip and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
多梁式单质量块面内双轴加速度传感器芯片及其制备方法
本专利技术属于微型机械电子传感器计量领域，具体涉及一种多梁式单质量块面内双轴加速度传感器芯片及其制备方法。
技术介绍
随着微型机械电子系统(MicroElectroMechanicalSystems，简称MEMS)技术的发展，基于不同原理的加速度传感器都得到了广泛应用，例如压阻式、电容式、电磁式、压电式、谐振器式、光纤式和热电偶式等。不同敏感原理的加速度传感器有着不同的优缺点，比如压电式加速度传感器虽然已经得到成熟应用，但受到其敏感原理的限制，压电式传感器不能测量静态的加速度，且输出的电荷信号需要后续辅助电路，不易实现敏感芯片和后续电路一体化设计；电容式加速度传感器具有灵敏度高、温漂小、功耗低等优点，但输入阻抗大，易受寄生电容的影响，对于周围环境的电磁干扰较为敏感；压阻式加速度传感器易受温度影响，但其测量范围广、可测量静态和动态信号，动态响应特性好，后处理电路简单。压阻式加速度传感器目前常用的结构有单悬臂梁、双悬臂梁、双端固支梁、四边四固支梁等结构，这些结构均采用梁-岛结构，质量块在固定的方向上自由摆动，其中单悬臂梁和双悬臂梁结构灵本文档来自技高网...

【技术保护点】
多梁式单质量块面内双轴加速度传感器芯片，其特征在于，包括芯片外框架(1)和质量块(6)，质量块(6)设置在芯片外框架(1)内，质量块(6)上连接有两组子梁结构，两组子梁结构的轴线相互垂直，且分别与质量块(6)的两个对称轴同轴，每组子梁结构包括两个子梁结构，每组子梁结构的两个子梁结构关于质量块(6)对称；每个子梁结构包括主支撑梁(3)、副支撑梁(4)、连接梁(5)、敏感压阻微梁(7)以及金属引线(8)，其中，连接梁(5)的一侧对称连接两个副支撑梁(4)，副支撑梁(4)的一端与质量块(6)连接，另一端与连接梁(5)连接，支撑梁(3)设置在连接梁(5)另一侧的中部，一端与连接梁(5)连接，另一端与芯...

【技术特征摘要】
1.多梁式单质量块面内双轴加速度传感器芯片，其特征在于，包括芯片外框架(1)和质量块(6)，质量块(6)设置在芯片外框架(1)内，质量块(6)上连接有两组子梁结构，两组子梁结构的轴线相互垂直，且分别与质量块(6)的两个对称轴同轴，每组子梁结构包括两个子梁结构，每组子梁结构的两个子梁结构关于质量块(6)对称；每个子梁结构包括主支撑梁(3)、副支撑梁(4)、连接梁(5)、敏感压阻微梁(7)以及金属引线(8)，其中，连接梁(5)的一侧对称连接两个副支撑梁(4)，副支撑梁(4)的一端与质量块(6)连接，另一端与连接梁(5)连接，支撑梁(3)设置在连接梁(5)另一侧的中部，一端与连接梁(5)连接，另一端与芯片外框架(1)连接，敏感压阻微梁(7)设置两个，两个敏感压阻微梁(7)分别设置在连接梁(5)两端的末端，敏感压阻微梁(7)的一端与连接梁(5)连接，另一端与芯片外框架(1)连接；每组子梁结构的两个子梁结构的敏感压阻微梁(7)与金属引线(8)连接并形成为惠斯通全桥电路。2.根据权利要求1所述的多梁式单质量块面内双轴加速度传感器芯片，其特征在于，每个子梁结构中，每个敏感压阻微梁(7)与芯片外框架(1)连接的端部连接有焊盘，敏感压阻微梁(7)的另一端与金属引线(8)的一端连接，金属引线(8)的另一端沿连接梁(5)和支撑梁(3)延伸至芯片外框架(1)处，且金属引线(8)的该端连接有焊盘。3.根据权利要求1所述的多梁式单质量块面内双轴加速度传感器芯片，其特征在于，质量块(6)上与副支撑梁(4)连接的位置开设有凹槽(6-1)，副支撑梁(4)与凹槽(6-1)底部的中部连接。4.根据权利要求1所述的多梁式单质量块面内双轴加速度传感器芯片，其特征在于，芯片外框架(1)和质量块(6)的形状均为矩形。5.根据权利要求1-4任意一项所述的多梁式单质量块面内双轴加速度传感器芯片，其特征在于，还包括玻璃衬底(2)，玻璃衬底(2)与芯片外框架(1)的背面键合在一起，玻璃衬底(2)的正面与主支撑梁(3)、副支撑梁(4)、连接梁(5)、质量块(6)和敏感压阻微梁(7)的背面之间具有运动间隙。6.根据权利要求5所述的多梁式单质量块面内双轴加速度传感器芯片，其特征在于，芯片外框架(1)、主支撑梁(3)、副支撑梁(4)、连接梁(5)、质量块(6)和敏感压阻微梁(7)通过N型(100)晶面的SOI硅片制备而成，敏感压阻微梁(7)上的压敏电阻(11)沿SOI硅片的[011]或晶向布置。7.根据权利要求6所述的多梁式单质量块面内双轴加速度传感器芯片，其特征在于，芯片外框架(1)的尺寸为：长×宽×厚＝2600μm×2600μm×305μm；主支撑梁(3)的尺寸为：长×宽×厚＝70μm×30μm×300μm；副支撑梁(4)的尺寸为：长×宽×厚＝400μm×50μm×300μm；连接梁(5)的尺寸为：长×宽×厚＝10...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立波，贾琛，蒋维乐，于明智，李支康，王久洪，赵玉龙，蒋庄德，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61