[发明专利]一种复合梁结构的压阻式MEMS加速度传感器及封装装置

说明书

本发明公开了一种复合梁结构的压阻式MEMS加速度传感器和封装装置，该传感器具体结构如下：边框为正方形边框，边框上设有五个焊盘，边框的内沿四个边上均设置锚点。硅基底为边框的衬底，硅基底为正方形板状结构，硅基底的尺寸与边框外围尺寸一致，边框键合在硅基底上。质量块的横截面为正方形，敏感质量块四个侧面通过四个敏感梁对应与边框的四边上的锚点相连接，敏感质量块悬空置于硅基底之上。每个敏感梁上设置一个压敏电阻，压敏电阻两侧管脚通过金属引线连接至焊盘，四个压敏电阻连成一个全桥惠斯通电桥。驱动梁为双端固支梁，两个驱动梁设置于敏感梁上方，驱动梁和下面的四梁结构键合在一起，两驱动梁之间通过所述驱动质量块衔接。

技术领域

本发明涉及微机电系统MEMS技术领域，具体涉及复合梁结构的压阻式MEMS加速度传感器及封装装置。

背景技术

微机械MEMS加速度传感器的迅速发展，已广泛应用于汽车碰撞、侵彻等复杂环境下，这得益于其体积小，带宽大，能耗小以及抗冲击等优点。单晶硅具有良好的机械性能，单晶硅的强度、硬度、弹性模量和钢接近，因此是制作高冲击传感器的最佳材料。

随着微机械加速度性能(分辨率、灵敏度、带宽)的不断提高，高g值MEMS传感器由于受到的环境非常恶劣，尤其在侵彻过程不但峰值会达到几万个g甚至几十万个g,而且包含的频率成分十分丰富，尤其是当穿层硬目标时，由于弹体速度比较高，穿层过载信号很容易出现粘连而不能有效辨识出穿层信息，要想能够有效辨识出穿层信息，这就要求传感器受激励时，装载速度快，同时要求阻尼比较大，这样卸载速度也比较快，可以保证穿下一层目标的时候信号能回到零点、。对于高g值MEMS传感器压阻式传感器，国内外很多学者只是穿层后的算法来识别穿层信息，但是由于穿层时间很短，这些算法也很难在实际穿靶中使用，此外质量块的质心和悬臂梁的质心不在一个平面上，因此在高速碰撞或者冲击的时候，梁会发生扭转变形因而会产生横向扰动,外界振动对加速度计的性能影响愈发突出,对于传感器的封装也提出了更高的要求，传感器的封装不仅要考虑可靠性，还要考虑封装模态、阻尼对信号输出信号的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种复合梁结构的压阻式MEMS加速度传感器和封装装置，能够实现驱动模态和干扰模态的优化，降低横向灵敏度，提高敏感方向灵敏度，使过载信号装载速度快，卸载速度快，容易辨识出穿层信号等特点。

本发明所提供的技术方案为：一种复合梁结构的压阻式MEMS加速度传感器，该传感器包括边框、硅基底、敏感质量块、四个敏感梁、两个驱动梁、驱动质量块、四个压敏电阻以及五个焊盘。

边框为正方形边框，边框上设有五个焊盘，边框的内沿四个边上均设置锚点。

硅基底为边框的衬底，硅基底为正方形板状结构，硅基底的尺寸与边框外围尺寸一致，边框通过硅硅键合技术键合在硅基底上。

敏感质量块的横截面为正方形，敏感质量块四个侧面通过四个敏感梁对应与边框的四边上的锚点相连接，敏感质量块厚度小于边框的厚度，则敏感质量块悬空置于硅基底之上。

每个敏感梁上均设置一个压敏电阻，每个压敏电阻两侧管脚通过金属引线连接至焊盘，同一压敏电阻的两侧管脚连接不同的焊盘，四个压敏电阻连成一个全桥惠斯通电桥。

驱动梁为双端固支梁，两个驱动梁设置于敏感梁上方，驱动梁和下面的复合梁结构通过硅硅键合工艺键合在一起，两个驱动梁之间通过驱动质量块衔接。

进一步地，敏感梁上的压敏电阻由一个浓硼区、两个淡硼区以及两个欧姆接触区组成。

浓硼区和淡硼区均为硼离子掺杂区域，其中浓硼区的硼离子掺杂浓度大于淡硼区的硼离子掺杂浓度。

一个浓硼区连接两个淡硼区，每个淡硼区通过欧姆接触区引出金属引线连接至一个焊盘；同一敏感梁上的两个淡硼区连接不同的焊盘。