[发明专利]对称组合弹性梁结构电容式微加速度传感器及制作方法

权利要求书

1.对称组合弹性梁结构电容式微加速度传感器，其特征在于所述的微加速度传感器包括一个对称的中心质量块、外部支撑框架、中心质量块与外部支撑框架相连接的组合弹性梁结构以及上、下盖板，

其中，(1)中心质量块是由顶端质量块和底端质量块组成，组合弹性梁结构是由对称的顶端组合弹性梁和底端组合弹性梁组成，外部支撑框架是由上、下对称的顶端支撑框架和底端支撑框架组成；

(2)中心质量块作为检测电容的可动电极，上、下盖板分别作为检测电容的固定电极，上、下盖板位于可动电极的上、下两面；

(3)组合弹性梁结构由八根对称直弹性梁、两个对称框架梁、八根对称L梁连接在一起形成；

(4)组合弹性梁结构的一端连接在中心质量块侧面顶端和底端的中间或顶角，另一端连接在外部支撑框架内侧面；

(5)中心质量块电极引线金属块位于外部支撑框架上表面，上盖板电极引线金属块位于上盖板的上表面，下盖板电极引线金属块位于下盖板的下表面。

2.根据权利要求1所述的对称组合弹性梁结构电容式微加速度传感器，其特征在于组合弹性梁结构分别通过八根对称直梁连接在中心质量块侧面顶端和底端的中间或顶角，八根对称L梁连接在外部支撑框架内侧面，八根对称直梁与八根对称L梁通过两个对称框架梁连接在一起形成组合弹性梁结构，并且中心质量块上、下两面的组合弹性梁对称分布。

3.根据权利要求1和2所述的对称组合弹性梁结构电容式微加速度传感器，其特征在于八根直弹性梁形状和尺寸分别一致、两个对称框架梁形状和尺寸分别一致，八根L梁的形状和尺寸分别一致。

4.根据权利要求1、2和3所述的对称组合弹性梁结构电容式微加速度传感器，其特征在于形成组合弹性梁的L梁一端与框架梁相连接，另一端可连接在外部支撑框架内侧面的任意位置；也即所述的组合弹性梁是依次由直弹性梁、框架梁和L梁连接组成的。

5.根据权利要求1所述的对称组合弹性梁结构电容式微加速度传感器，其特征在于中心质量块上表面或下表面为长方形或正方形。

6.根据权利要求1所述的对称组合弹性梁结构电容式微加速度传感器，其特征在于中心质量块电极引线金属块在外部支撑框架上表面，即上盖板下表面的电极引出间隙内，中心质量块和上、下盖板之间通过绝缘层实现电绝缘。

7.制作如权利要求1所述的对称组合弹性梁结构电容式微加速度传感器的方法，包括电容间隙制作、限位块制作、电极引出间隙制作、中心质量块与对称组合弹性梁结构的形成，上、下盖板硅片与中心质量块硅片的键合以及中心质量块电极引出槽的制作，其特征在于包括如下步骤：

(1)上盖板硅片的下表面和下盖板硅片的上表面腐蚀形成电容间隙及上盖板硅片下表面中心质量块电极引出间隙；

(2)上盖板硅片的下表面和下盖板硅片的上表面电容间隙表面腐蚀形成过载保护限位块；

(3)顶端质量块硅片的下表面和底端质量块硅片的上表面光刻顶端质量块和底端质量块图形，各向异性腐蚀得到顶端质量块和底端质量块，腐蚀深度由硅片的厚度和组合弹性梁的厚度决定；

(4)顶端质量块硅片和底端质量块硅片对准硅硅直接键合形成对称的中心质量块结构；

(5)上、下盖板硅片表面制作绝缘材料，作为中心质量块硅片和上、下盖板硅片之间的绝缘层；

(6)通过刻蚀释放中心质量块上、下表面的组合弹性梁，然后与下盖板硅片上表面对准预键合，再与上盖板硅片下表面对准预键合，预键合完成后再进行整体的退火工艺；

(7)各向同性或各向异性腐蚀上盖板硅片形成中心质量块电极引出槽，且与中间电极引出间隙位置上下相对应；

(8)去绝缘层，上盖板硅片的上表面、中心质量块电极引出槽和下盖板硅片的下表面溅射或者蒸镀金属层。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于：

①中心质量块和上、下盖板之间的电容间隙在1～10μm之间；

②上盖板下表面的电极引出间隙在1～10μm之间。

9.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于所述的上盖板硅片、下盖板硅片、顶端质量块和底端质量块硅片均为双抛(100)硅片。

10.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于：

①上、下盖板上的绝缘层为SiO₂、Si₃N₄或SiC，厚度为1-3μm；

②顶端质量块硅片和底端质量块硅片键合温度为400-500℃，压力为1-2kg；

③上、下盖板对准预键合的温度为400-500℃，压力为2-3kg，预键合的退火工艺为退火温度为900-1100℃，退火气氛为氧气或氮气；

④所述的金属层为Al、Au或Ni。