自带平衡电阻的微机械加速度计制造技术

本发明专利技术公开了一种自带平衡电阻的微机械加速度计，其包括基底层、敏感层、和盖板；敏感层中心位置下方设置腔体，腔体中心设置加热器；敏感层包含有两个热敏电阻和两个平衡电阻，下方是矩形的中间检测腔；加热器和热敏电阻的通电方式均为直流电；盖板上刻蚀有凹槽，且与敏感层的表面密闭连接。本发明专利技术采用的敏感元件是在一块硅片上通过光刻、腐蚀等工艺制作，一致性好，便于引入传感器调理电路，进行温度补偿和非线性度补偿，不仅可以提高传感器的性能，而且可实现批量生产。本发明专利技术可实现X轴加速度的测量，具有灵敏度适中，测量速度快、结构紧密、体积小、重量轻、成本低、易于智能化和集成化等特点。成化等特点。成化等特点。

【技术实现步骤摘要】
自带平衡电阻的微机械加速度计


[0001]本专利技术涉及一种利用热敏电阻敏感热气体在加速度作用下发生移动从而检测运动载体加速度姿态参数的技术，尤其是涉及自带平衡电阻的微机械加速度计，属于惯性测量领域。

技术介绍

[0002]MEMS加速度计技术发展迅速，正在进入产业化过程。目前已经实现产业化的有压阻式加速度计和热对流加速度计，电容式微机械加速度计也已经进入了小范围生产。未来的MEMS加速度计的发展趋势是实现高精度加速度计芯片方向。向着更小型化、集成度更高，灵敏度更高的方向发展。MEMS加速度计作为MEMS惯性传感器的一类，主要优点有：可以独立的获取惯性信息，更加稳定，而GPS等系统依靠于外界信息得获取才能正常工作，不能独立得完成信息得测量。MEMS加速度计目前主要用在一些对精度要求适中、对成本要求低等领域，如在地震研究、机器人工程、军事可牺牲装置等多种领域中的应用需求。针对这些领域的优点主要是MEMS器件便宜好用。
[0003]在加速度计中最常用的是摆式加速度传感器。目前常用的摆式加速度计有液体摆式、固体摆式和热流式三大类型。固体摆式传感器结构复杂，成本高，固体摆的运动幅度较大，难以承受高过载或冲击。液体摆式传感器其主要问题是内部结构部件多，响应时间长，性能容易受温度影响。而热流式加速度计敏感质量小，结构简单，有承受高过载、响应时间短、温度性能好和成本低等特点，能应用在恶劣的环境中。目前，市场对微型加速度计适应恶劣苛刻的环境能力要求越来越高，因此在微型加速度传感器中，微机械（MEMS）热流加速度以其超高抗冲击能力和超低制造成本在MEMS传感器中占有一席之地。
[0004]微机械（MEMS）热流加速度计的工作原理是：在密闭的腔体内设置电阻式加热器，在其周围设置对称分布的平行检测热敏电阻，加热器通电加热形成热源向周围发出热流，由于温度场对称分布，因此对热敏电阻的影响一致。当外界有加速度输入时，热气流的流动方向与加速度方向相同，向输入加速度方向变动，引起气流的温度场不对称分布，使得同一方向的两个相邻检测热敏电阻温度变化相反，两个检测热敏电阻产生温度差。通过惠斯通电桥检测温差就可实现对加速度的检测。中国专利：微型硅桥式热对流加速度传感器（专利申请号02116842.3）中微机械热流加速度计是利用加热器产生热流在输入线加速度作用下发生移动，造成不对称温度场，通过设置对称的热敏电阻检测温度场的不对称分布。由于热气流速度很小，气流偏转时造成的不对称温度场梯度很小，因此由热敏电阻构成的惠斯通电桥输出的不平衡电压小，传感器的灵敏度低。在现有的解决方案，虽然可以通过加大加热器功率的方法提高灵敏度，但是受到功耗的限制，灵敏度没有实质性的改变和提高，很难突破这一实用化的瓶颈。而且惠斯通电桥需要引入外部平衡电阻，本设计自带惠斯通电桥平衡电阻，电阻参数一致更容易达到平衡条件。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种自带平衡电阻的微机械加速度计，以解决现有技术中存在的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种自带平衡电阻的微机械加速度计，包括基底层、敏感层、上盖，其中，所述敏感层表面设置有两个热敏电阻和两个平衡电阻；敏感层下方设置中间检测腔，检测腔中间设置加热器；所述基底层、敏感层键合在一起；定义加速度计的长宽方向分别为X，Y方向，敏感层的高度方向为Z向；所述热敏电阻的放置方向均与X方向垂直；两个热敏电阻相对设置，用于检测X轴的加速度；所述加热器通过设置在检测腔的中心位置，形成自带平衡电阻的微机械加速度计加热器；两个热敏电阻和两个平衡电阻位于敏感层，沿Y方向对称的设置在加热器的左、右两侧；所述加热器的两端沿着Y方向覆盖对称的电极，形成加热源；加热器和热敏电阻的通电方式均为直流电；所述盖板和基底层将中间检测腔的气体介质与外界隔离，形成一个密封的敏感系统；平衡电阻在密封系统外；中间加热腔与上盖中凹槽的深度为总的腔体高度z，300μm≤z≤1000μm。
[0007]作为一种进一步的技术方案，所述盖板的凹槽深度为盖板高度的2/3。
[0008]作为一种进一步的技术方案，所述加热器和热敏电阻的高度为100nm至1000nm。
[0009]作为一种进一步的技术方案，两个所述热敏电阻和两个平衡电阻的长度一致，均为整个敏感层宽度的1/6至1/4。
[0010]作为一种进一步的技术方案，所述加热器是由铬层、铂层和金层组成的金属层构成。
[0011]采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：1. 这种自带平衡电阻的微机械加速度计继承了MEMS热流加速度计的优点，结构紧密，体积小，重量轻，易于智能化和集成化。
[0012]2. 这种加速度计的敏感结构是中间腔体内加热器两侧的热敏电阻，可以感受到随加速度变化的热气流，在密封上盖外面沿着X轴对称放置了两个平衡电阻、平衡电阻和热敏电阻一起作为惠斯通电桥。
[0013]3. 这种自带平衡电阻的微机械加速度计，采用敏感结构中心支撑，结构应力小。
[0014]4. 一致性好，便于引入后续传感器调理电路，进行温度补偿和非线性度补偿，可实现批量生产。
[0015]5. 具有结构紧密，灵敏度适中、成本极低，可靠性高，优秀的抗冲击性能。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本专利技术实施例提供的加速度计的三维结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的加速度计盖板三维结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的敏感层与基底的俯视图；图4为图3的A
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A向剖视图；图5为本专利技术实施例加热元件的具体结构；图6为本专利技术实施例中加速度计热敏元件的具体结构；图7为本专利技术实施例提供的工作原理图；图8为本专利技术实施例提供的输出电路原理图；图9本专利技术实施例提供的自带平衡电阻的微机械加速度计的制备工艺流程图；图标：1
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基底层、2
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敏感层、3
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平衡电阻、4
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热敏电阻、5
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加热器、6
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热敏电阻、7
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平衡电阻、8
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盖板、9
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凹槽、10
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加热电阻丝、11
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热敏电阻丝、12
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中间检测腔。
实施方式
[0018]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
[0019]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自带平衡电阻的微机械加速度计，其特征在于，包括基底层、敏感层、和盖板，其中，所述敏感层表面设置有两个热敏电阻和两个平衡电阻；敏感层下方设置中间检测腔，检测腔中间设置加热器；所述基底层、敏感层键合在一起；定义加速度计的长宽方向分别为X，Y方向，敏感层的高度方向为Z向；所述热敏电阻的放置方向均与X方向垂直；两个热敏电阻相对设置，用于检测X轴的加速度；所述加热器通过设置在检测腔的中心位置，形成自带平衡电阻的微机械加速度计加热器；两个热敏电阻和两个平衡电阻位于敏感层，沿Y方向对称的设置在加热器的左、右两侧；所述加热器的两端沿着Y方向覆盖对称的电极，形成加热源；加热器和热敏电阻的通电方式均为直流电；所述盖板和基底层将中间检测腔的气...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴林华，佟嘉程，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：