[发明专利]一种MEMS惯性传感器结构压膜阻尼可调装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS惯性传感器制造后的压膜阻尼可调装置，属于微机电传感技术领域。

背景技术

传感器是当前信息技术、物联网技术领域中信号获取的前端，发挥着像“眼睛”一样重要的作用。MEMS传感器以小体积、微功耗、低成本、可集成的强大优势吸引着整个世界的需求。在技术上，国外实力雄厚已经形成商业产品，应用于手机、汽车、电玩、远程控制、智能楼宇、自动仪器、导航、制导等高技术领域，而国内基础薄弱没有产业化，大部分产品依赖进口，但其对部分高性能指标的MEMS惯性传感器产品国外禁运，因国防安全急需，迫切需要自主开发研制。

国内在MEMS传感器方面的技术瓶颈主要体现在工艺加工条件相对落后，难以保障设计精度，而且制造后的产品封装技术缺乏，不能满足指标要求，导致器件可靠性低、稳定性差，最终体现为精度不高，耐用性不强。因此，在这种技术条件下，对于自主研制的小批量关键MEMS惯性器件，如加速度计、陀螺一旦传感器封装完成后，特性已经定型，指标不合格只能报废，导致成品率低下，加工成本剧增，现行条件下无法满足急需。本技术正是针对我国MEMS惯性传感器制造后产品性能远离指标，提出一种改良装置，通过调节系统阻尼以达到调节传感器性能的目的，解决因工艺条件不足引起的传感器精度问题。同时还可以解决同种传感器因工作环境不同而调节器件性能的需求，以达到同类多用的目的。

阻尼的形成贯穿于器件设计、制作及封装整个过程，对器件的动态性能参数，如响应时间、频响特性、灵敏度、线性度、噪声等有很大的影响。 随着传感器的微型化，其特征尺寸达到了微米量级，结构的表面效应体现为阻尼的主要机理因素，使得表面阻尼力的作用远超过体积力，决定了系统的阻尼特性，所以通过控制流体阻尼以保障MEMS惯性器件的性能指标，提高其设计能力，对开展具有自主知识产权的MEMS惯性器件的研制具有重要的意义。

发明内容

发明目的

        本发明的目的就是针对背景技术的不足，设计一种MEMS器件的压膜阻尼可调装置，以最大程度的满足不同MEMS器件在不同工作环境中得阻尼需求，使MEMS器件的检测数据准确、可靠。

        技术方案

        本发明主要结构由：阻尼帽、键合衬底、二氧化硅层、氮化硅层、键合金属层、电阻正极、电阻负极、上极板电极、下极板电极、固定基座、硅弹性膜、凹腔、上极板金属层、下极板金属层、上极板金属层引出线、下极板金属层引出线、环形电阻、环形电阻正极引出线、环形电阻负极引出线组成；在键合衬底2上掺杂有巨型环形电阻21、22，环形电阻21、22的四周和所围的中央区域淀积有二氧化硅层3，在键合衬底2中央区域的二氧化硅层3上制作有下极板金属层18，在键合衬底2四周区域的二氧化硅层3上淀积有氮化硅层54，在键合衬底2的下部区域的二氧化硅层3上制作有环形电阻正极6、8、环形电阻负极7、9、下极板电极11，在四周区域的氮化硅层4上淀积有键合金属层5，在下极板电极11和环形电阻负极9之间的中心区域的二氧化硅层3上淀积有氮化硅层4，在氮化硅硅4上淀积有上极板电极10，环形电阻21、22的两端分别通过环形电阻正极引出线22、24、环形电阻负极引出线23、25引入到环形电阻正极6、8、环形电阻负极7、9，下极板金属层18通过下极板金属层引出线19与下极板电极11相连，键合金属层5上密闭键合有键合帽1，键合帽1的内侧加工凹腔14后形成硅弹性膜13和外框基座12，凹腔14的内壁淀积有上极板金属层15，外框基座12的下表面的淀积有键合金属层16，键合帽1和键合衬底2牢固键合后的凹腔14内密封有膨胀性气体。

        所述的键合金属层5、16、上极板金属层15、下极板金属层18，结构材料一致，均由2层金属组成，在硅衬底27上部设有钛层28、即Ti层，在钛层29上部设有金层、即Au层。

        工作原理

        制作在键合衬底上的环形电阻加热使封装在凹腔内的气体受热而膨胀，致使硅弹性膜变形向外层隆起，进而改变待调器件与硅弹性膜间的距离，这样会使待调器件的压膜阻尼变大；制作在键合衬底上的下极板电极和制作在凹腔内侧的上极板电极在通电的情况下产生静电力，致使硅弹性膜变形向内侧凹陷，进而改变待调器件于硅弹性膜间的距离，这样会使待调器件的压膜阻尼变小。

        有益效果