[发明专利]一种微机械惯性传感器抗温漂结构

说明书

本发明公开了一种微机械惯性传感器抗温漂结构，应用于微机械惯性传感器中，所述抗温漂结构包括：三个紧固直梁和一个环形弹性连接结构，其中，三个紧固直梁的一端分别与微机械惯性传感器中的锚点连接，三个紧固直梁的另一端均与环形弹性连接结构连接，微机械惯性传感器中的双端固支梁一端与环形弹性连接结构连接，双端固支梁另一端与微机械惯性传感器中的敏感质量块连接，实现了能够从源头上抑制温度变化所导致的梁轴向应力改变，设计简单，成本较低的技术效果。

技术领域

本发明涉及微机械惯性传感器研究领域，具体地，涉及一种微机械惯性传感器抗温漂结构。

背景技术

微机械惯性传感器由于其体积小、重量轻、功耗低、易批量生产等优点被广泛应用在汽车电子、工业控制、航空、航天等领域，在军事领域也具有广阔的市场前景。然而微机械惯性传感器件性能指标的稳定性问题是阻碍其实际应用的关键瓶颈之一，温度便是影响其稳定性的重要影响因素。

微机械惯性传感器件温度稳定性较差，究其原因是由于微机械结构对外界环境温度非常敏感，它将影响微结构的弹性模量、结构尺寸、轴向应力等，这些参数的变化会直接改变惯性传感器的谐振频率，特别是在器件封装、键合时，从基板、粘胶处引入的机械应力和热应力，将通过机械锚点传入到敏感结构中改变敏感梁的轴向应力，从而较大的影响惯性器件的谐振频率，最终使得微机械惯性传感器指标稳定性差，测量不准，综合精度不高。

目前提高微机械惯性传感器温度稳定性的方法也有很多，主要是通过性能指标的温度模型进行电路补偿、利用恒温腔进行温度控制以及选用新型材料来降低结构温度敏感性等方法，这些方法都不能从根源上抑制温度的影响，而且电路控制复杂、增加系统功耗；也有采用应力缓冲装置设计优化器件温度稳定性的例子，改善效果比较明显，但是这种设计结构复杂、芯片面积较大，同时存在刚度耦合，影响了器件的系统刚度。

发明内容

本发明提供了一种微机械惯性传感器抗温漂结构，解决了现有的微机械惯性传感器温度稳定性控制方法存在的成本高、复杂，无法从根源上抑制温度的影响技术问题，实现了能够从源头上抑制温度变化所导致的梁轴向应力改变，设计简单，成本较低的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种微机械惯性传感器抗温漂结构，应用于微机械惯性传感器中，所述抗温漂结构包括：

三个紧固直梁和一个环形弹性连接结构，其中，三个紧固直梁的一端分别与微机械惯性传感器中的锚点连接，三个紧固直梁的另一端均与环形弹性连接结构连接，微机械惯性传感器中的双端固支梁一端与环形弹性连接结构连接，双端固支梁另一端与微机械惯性传感器中的敏感质量块连接。

其中，本申请的原理为：当微机械惯性传感器所处外界环境温度发生改变时，微机械结构在器件封装、键合等时引入的机械应力、热应力变化将由基板通过锚点传入到紧固直梁上，并传递作用在环形弹性连接结构内部，环形弹性连接结构将发生形变并释放轴向应力，此时双端固支梁将不受温度变化引起的轴向应力改变的影响；由于均匀分布在环形弹性连接结构的紧固直梁刚度远远大于双端固支梁刚度，所以紧固直梁在存在轴向拉应力或轴向压应力时，相对于双端固支梁来说将不发生形变，即位移量为零，也就是说，三个紧固直梁对环形弹性连接结构还起到限位作用，使轴向应力在环形弹性连接结构中得到释放的同时环形弹性连接结构基本不发生变形，形变量几乎为零，即环形弹性连接结构将不与双端固支梁发生刚度耦合。从根源上抑制温度的影响。

进一步的，紧固直梁和双端固支梁均匀分布在环形弹性连接结构四周。这样设计便于受力均匀。

进一步的，三个紧固直梁尺寸一致。

进一步的，紧固直梁刚度大于双端固支梁刚度。

进一步的，锚点通过氧化层固定在基片上。

进一步的，基片材料为掺杂多晶硅或者玻璃。

进一步的，环形弹性连接结构与双端固支梁不发生刚度耦合。