[发明专利]一种MEMS压电式加速度传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种MEMS压电式加速度传感器以及MEMS压电式加速度传感器的制备方法。其中，MEMS压电式加速度传感器，包括依次连接并相互配合的基底、传感器本体和顶盖，基底呈方形，其上设有限位柱；传感器本体置于基底与顶盖之间，传感器本体包括矩形边框，边框的中心位置设有一形质量块，质量块通过4个悬臂梁与边框固定连接；质量块设有限位孔，限位孔用于套设于限位柱外；质量块的下表面设有第二限位凸台；悬臂梁上表面的两端设有第一压电薄膜，边框的四角的上表面分别设有第二压电薄膜；顶盖呈方形，其四角分别设有一引线孔，顶盖下表面设有若干第一限位凸台。本发明提供的传感器不仅技术指标更优越，其体积和重量小，极大地提高监控效率及准确率。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种MEMS压电式加速度传感器及其制备方法。

背景技术

目前，我国装备制造业依然停留在产业链的低端，智能制造装备基础薄弱，在新型传感器等关键智能装置方面仍依赖于国外进口，这其中加速度传感器是装备状态监测和故障诊断的重要感知部件，其性能直接影响智能装备工艺决策与执行加工的效率。而传统测振加速度传感器往往由于自身具有低频响应差、灵敏度低、抗冲击能力差、可靠性低、难以集成化等问题，使得基于传统测振传感器的振动监控系统已经远远无法满足振动监控性能需求。采用微型化与大规模生产潜力的微机电系统(MEMS)技术引入加速度传感器，制造高性能MEMS加速度传感器代替传统测振传感器，不仅仅是技术指标更加优越，其体积和重量也不到原来的1/10，且完全可以应用在多数传统测振传感器无法应用的场合中，极大地提高对工业装备工作工况的振动监控效率及准确率。

发明内容

为了解决目前传统测振加速度低频响应差、灵敏度低、抗冲击能力差、可靠性低、难以集成化等问题，本发明提供一种MEMS压电式加速度传感器及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种MEMS压电式加速度传感器，包括依次连接并相互配合的基底、传感器本体和顶盖，基底呈方形，其上设有限位柱；传感器本体置于基底与顶盖之间，传感器本体包括方形的边框，边框围成一矩形区域，矩形区域的中心位置设有一四边形质量块，质量块通过4个悬臂梁与边框固定连接；质量块的中心位置设有与限位柱配合的限位孔，限位孔用于套设于限位柱外；质量块的下表面设有若干第二限位凸台；悬臂梁的上表面的两端分别设有第一压电薄膜，边框的四角的上表面分别设有第二压电薄膜，第一压电单薄膜和第二压电薄膜相连通；顶盖呈方形，其四角分别设有一引线孔，顶盖的下表面设有若干第一限位凸台。

本发明提供MEMS压电式加速度传感器，采用MEMS技术，可实现对工业装备振动的实时监控，传感器内部采用四端固支梁—质量块的中心对称结构，同时压电薄膜粘结键合于硅梁和外框上。当工业装备振动时，会产生加速度，这些加速度信号通过敏感质量形成的惯性力加载在压电薄膜上，由压电作用产生的电荷，通过外部电路可输出与输入加速度成比例的电压从而得到装备振动加速度。

附图说明

图1为MEMS压电式加速度传感器的结构示意图。

图2为加速度传感器结构剖视图。

图3为传感器本体结构俯视图。

图4为传感器本体结构仰视图。

图5a-5m为加速度传感器制备工艺流程图。

图6为压电单元等效电容的电路原理图。

图7为加速度传感器应力分析结果示意图。

图8为加速度传感器应力模态结果示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，包括：