[实用新型]一种磁驱动增大检测电容的微惯性传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于微电子机械技术领域，涉及一种微惯性传感器，具体涉及一种磁驱动增大检测电容的微惯性传感器。

背景技术

最近十几年来，用微机械技术制作的加速度计得到了迅速的发展。其主要的加速度检测技术有压阻检测、压电检测、热检测、共振检测、电磁检测、光检测、隧道电流检测和电容检测等。此外，还有一些基于别的检测技术的加速度计，如光加速度计、电磁加速度计、电容加速度计等。光加速度计的发展主要是为了结合光和微机械的优点，制作高电磁屏蔽或者好线性度的传感器。在这些传感器中，电容式加速度传感器，由于具有温度系数小，灵敏度高，稳定性好等优点，是目前研制得最多的一类加速度传感器。微机械电容式传感器的制作方法有表面微机械加工方法和体硅微机械加工方法。采用表面微机械加工工艺可以和集成电路工艺兼容，从而集成传感器的外围电路，成本低，但是传感器的噪声大、稳定性差，量程和带宽小。采用体硅微机械加工工艺可以提高传感器芯片的质量，从而降低噪声，改善稳定性，提高灵敏度。缺点是体积稍大，但可以制作出超高精度的微机械惯性传感器。为了得到较高的测量灵敏度和减小外围电路的复杂性，可以通过增加传感器振子的质量和增大传感器的静态测试电容的方法，从而减小机械噪声和电路噪声。而对于用体硅工艺如深反应粒子刻蚀(Deep RIE)加工的梳齿状的电容式传感器，其极板电容的深宽比一般小于30∶1，这就限制了传感器振子的质量增加和极板间距的减小。而对于小间距极板电容，其压膜空气阻尼较大，增大了传感器的机械噪声。减小该机械噪声的方法一是可以通过在极板上刻蚀阻尼条，一是把电容改为变面积的方式，使阻尼表现为滑膜阻尼，而减小电子噪声的方法之一便是通过增大检测电容。

发明内容

本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种超高分辨率的磁驱动增大检测电容的微惯性传感器。

本实用新型包括玻璃衬底、敏感器质量块、驱动器质量块。

敏感器质量块主体为矩形硅片，敏感器质量块的两端通过U形敏感器硅支撑梁与敏感器锚点连接，敏感器锚点固定设置在玻璃衬底上；敏感器质量块的两侧边分别对称设置有n组硅条组，每组硅条组包括平行设置的m条硅条，n≥1、m≥1，每组硅条组的硅条的数量相同，每条硅条与敏感器质量块侧边垂直；敏感器质量块上刻蚀有与硅条平行的栅形条。

n个驱动器质量块对应n组硅条组设置，对应每个驱动器质量块的四个角的位置设置有驱动器锚点，驱动器锚点固定设置在玻璃衬底上，U形驱动器硅支撑梁的一个端点与驱动器锚点连接、另一个端点与驱动器质量块的一角连接；每个驱动器质量块和敏感器质量块对应的一侧设置有m条检测硅条，检测硅条为梳齿状，齿间为阻尼条；检测硅条与敏感器质量块侧边的硅条平行、位置对应，敏感器质量块连接的硅条与对应的检测硅条交叉设置，组成检测电容；驱动器质量块中间刻有方环形槽，方环行槽的槽宽小于敏感器质量块的硅条和对应检测硅条的间距；每个驱动器质量块对应U形驱动器硅支撑梁的侧边上设置有金属驱动导线，金属导线和驱动器质量块间设置有绝缘层。

敏感器质量块的两端的两个敏感器锚点上分别设置有敏感器质量块焊点；每个驱动器质量块设置有金属驱动导线的一边对应的两个驱动器锚点设置有外部电流驱动焊点，U形驱动器硅支撑梁表面设置有金属导线，金属导线的一端与外部电流驱动焊点连接，另一端与金属驱动导线的一端连接；每个驱动器质量块另外两个驱动器锚点中的一个上设置有驱动器焊点，另一个与敏感器质量块另一侧对应的驱动器质量块的驱动器锚点通过铝连接线连接。

玻璃衬底表面对应敏感器质量块位置设置有叉指铝电极，敏感器质量块上刻蚀的每条栅形条与叉指铝电极中的每对叉指相对应，叉指铝电极通过铝焊点接入测试信号电压。

本实用新型基本构思是传感器检测电容的初始设计间距较大，从而解决深反应粒子刻蚀深宽比小于30∶1对传感器振子的质量不能做厚的限制，而后通过磁场驱动的微驱动器，减小检测电容间距，从而增大传感器的初始检测电容以降低检测电路噪声。

本实用新型还在敏感器质量块上刻蚀栅形槽，并和衬底上的叉指铝电极组成差分检测电容进一步降低电路噪声，且栅形条和玻璃衬底上叉指间的差动表现为滑膜阻尼特性，从而也减小了布朗噪声。

本实用新型可以通过在驱动器质量块的检测硅条上刻蚀褶皱状阻尼条来减小压膜空气阻尼从而可以减小机械噪声。另外，通过改变U形硅支撑梁和质量块的尺寸还可以改变传感器的量程和响应特性。