[实用新型]折叠梁式双向微惯性传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于微电子机械技术领域，特别涉及一种超高分辨率的双向微惯性传感器。

背景技术

电容式微惯性传感器是目前发展十分迅速、应用十分广泛的一种微电子机械器件，相对于压阻、压电、热对流等检测方式的微惯性传感器，电容式微惯性传感器具有温度系数小、灵敏度高、稳定性好、易于实现闭环检测等优点，是目前研发和市场应用的热点。双向微惯性传感器是一种重要的微惯性器件，目前市场上的双向微惯性传感器的分辨率一般较低，只能用于较为低端的应用场合如汽车工业中的安全气囊、车辆稳定系统、数码产品的重力感应等方面，无法满足高精度应用场合的要求。

电容式微机械传感器的机械噪声和检测电路噪声决定了传感器分辨率。增大等效电容可以提高传感器的分辨率，而电容值的增加可以通过增加电容极板面积、减小电容电极间距来实现；还可以通过增大测试信号电压的方法降低传感器的电路噪声，对于梳齿结构的超高精度微惯性传感器，增大测试信号电压可能会导致吸合效应，引起器件失效；传感器的机械噪声的降低可以通过改进传感器结构，降低传感器的气体阻尼来完成，滑膜阻尼状态下的微惯性器件具有更小的气体阻尼，适合高精度微惯性传感器的设计。

微惯性传感器的支撑梁对器件性能具有重要影响，决定了传感器的动态特性、灵敏度和量程，对于双向的微惯性传感器，支撑梁的结构和特性还决定了器件的交叉耦合性能。U型梁是一种十分适合微惯性传感器设计的支撑梁结构，具有残余应力较小、结构和制作简单、占用面积小等优点，而且U型梁的弹性系数和本身的厚度无关，便于设计不同厚度的微惯性器件。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种超高分辨率的双向微惯性传感器。

本实用新型包括正方形的硅质量块、锚点、蛇形折叠硅支撑梁、玻璃衬底、铝电极、阻尼梳齿。

硅质量块四个角上分别设置有四根蛇形折叠硅支撑梁梁，四根蛇形折叠硅支撑梁分别与四个锚点固定连接，硅质量块通过四根蛇形折叠硅支撑梁和四个锚点架设在玻璃衬底上。

硅质量块上设置有两个用于X方向敏感检测的栅形槽和两个用于Y方向敏感检测的栅形槽；用于X方向敏感检测的栅形槽和用于Y方向敏感检测的栅形槽成田字形交错排列。

玻璃衬底上设置有四个检测模块，分别为通过铝线连接的两个X方向检测模块和通过铝线连接的两个Y方向检测模块，所述的检测模块为玻璃衬底上的栅形铝电极。

硅质量块上的两个用于X方向敏感检测的栅形槽分别与玻璃衬底上设置的两个X方向检测模块位置对应，构成两组X方向检测差分检测电容；硅质量块上的两个用于Y方向敏感检测的栅形槽分别与玻璃衬底上设置的两个Y方向检测模块位置对应，构成两组Y方向检测差分检测电容。

硅质量块上的用于X方向敏感检测的栅形槽和用于Y方向敏感检测的栅形槽在X和Y方向上完全对称。

所述的阻尼梳齿分布在硅质量块的边框四周，X方向的各个阻尼梳齿间通过铝连接线连接，Y方向的各个阻尼梳齿间通过铝连接线连接。根据精度的不同调整梳齿的个数和梳齿间的间距。

当在质量块敏感方向上加载加速度信号时，硅质量块上栅形条和衬底间的电容因叠加面积变化而变化，而通过检测电容变化来检测所加载的加速度的大小。

本实用新型通过合理设计，使传感器在X和Y方向上具有相同的硅栅数目和总硅栅面积，来实现了X、Y方向上性能的对称。检测电容极板间的阻尼特性表现为滑膜阻尼，在常压下具有较小的气体阻尼，从而减小了布朗噪声；由于敏感方向在XY平面，而测试信号电压产生的非线性静电力在Z方向，从而可以通过增大测试电压来提高传感器的灵敏度，而不会降低传感器的线性度。另外，通过改变支撑梁的尺寸还可以改变传感器的量程和响应特性。

本实用新型涉及的双向微惯性传感器结构新颖，分辨率和灵敏度高，制作工艺简单，有利于降低成本和提高成品率，是一种可以实际应用的双向微惯性传感器。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中质量块的结构示意图；

图3为图1中玻璃衬底上检测模块示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

一种折叠梁式双向微惯性传感器的结构如图1、2和3所示，图中1为质量块的外部锚点，2为蛇形折叠硅支撑梁，3、4为Y方向敏感的栅形铝电极的引起焊点，5为X方向敏感的栅形槽，6为Y方向敏感的栅形槽，7为固定阻尼梳齿，8为可动阻尼梳齿，9、10为X方向敏感的栅形铝电极的引起焊点，11为质量块，12为质量块的引出焊点，13为X方向敏感的栅形铝电极，14为Y方向敏感的栅形铝电极。