[发明专利]用于单轴精密加速度计的差分微电容及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及单轴精密加速度计，具体的说，涉及一种用于单轴精密加速度传感器中的高灵敏度差分微电容及制备方法。

背景技术

电容式加速度传感器具有结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、抗过载能力大，对高温、辐射和强烈振动等恶劣条件适应性强、价格便宜等一系列优点，因此被认为是一种很有发展前途的传感器。

几十年来，人们多用压电式加速度传感器或压阻式加速度传感器来测量振动和冲击。但是对于测量持续时间长的冲击运动，所用的传感器具有零频响应是极其重要的。压电加速度传感器牢固，但是频响不能到零，而压阻式加速度传感器虽能测敏感稳态加速度，但是容易过量冲击和共振造成损坏，它不具有某些应用场合要求的坚固程度和低g值测量时所需要的精度，并且对温度敏感。

变电容式加速度传感器正好弥补了上述缺陷，这种加速度传感器能承受较大的过冲量而且由于其避开了压阻温度效应，因此温度特性比较好。利用现代新的工艺技术制成的、根据变电容原理工作的电容式加速度传感器是专用于测量稳态或低频的低g值的振动，但又可耐受高g值的冲击而不损坏。

中国专利（专利号200610118484.5）中提出了基于硅基底差分电容式加速度传感器，本发明基于电容边缘效应带来的灵敏度误差，设计了一种含有等位环的差分微电容，大大增加了灵敏度，而且本发明基于非硅（玻璃）基底，大大减小了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于单轴精密加速度计的差分微电容，在不增加工艺复杂程度的同时，制作出高灵敏度的微可变电容，本发明中的微可变电容用作加速度传感器用于各种场合。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种用于单轴精密加速度计的差分微电容，为了提高灵敏度，减小非线性误差，本发明采用差动式电容，这样由于对称性可以减小静电力引起的测量误差，同时能有效的补偿温度变化等环境因素造成的误差。同时由于电容的边缘效应带来的灵敏度误差和非线性误差，本发明采用等位环保护来大大减小电容的边缘效应。

本发明所述用于单轴精密加速度计的差分微电容包括上电极、下电极和可动电极，上电极和可动电极通过柱子来悬空，上下电极均采用等位环保护。可动电极通过柱子悬空且采用弹簧作为柔性支撑达到易动的目的。上下电极和可动电极均采用圆形电极，每个电极均有信号引出接入到信号电路中。可动电极和上下电极分别组成两个差分电容，检测的时候一个电容值增大，另一个电容值减小，且增加量等于减小量。每个电容的信号均输入到反相求和电路中，输出值反映了电容的变化，间接反映了被测加速度值。

上述技术方案中，整个含等位环的差分微电容在玻璃基片上加工，下电极与玻璃基片接触，可动电极通过柱子和弹簧与上电极保持极小的间距，上电极通过柱子和横梁支撑与可动电极保持极小的间距。

上述技术方案中，为了保证可动电极的灵敏度，可动电极采用弹簧来支撑，且需要在可动电极上增设一个质量块。

上述技术方案中，为了保证加速度传感器的精确度，上电极和下电极在外界的冲击下要保持相对静止。因此上电极采用较厚且较窄的横梁来支撑。等位环也采用横梁来支撑，而不采用弹簧。

上述技术方案中，除了每个电极都要引出信号之外，上下电极的等位环也要引出信号来保证电极和等位环在施加同样的电压后拥有同样的电位，从而大大减小边缘效应。

上述技术方案中，为了保证上电极、可动电极、下电极之间相互绝缘，采用玻璃基底，而不采用有导电能力的硅作为基底。

本发明提供一种用于单轴精密加速度计的差分微电容的制备方法，包括步骤如下：

1）清洗玻璃基片；

2）在玻璃基片上的一面溅射第一层Cr/Cu种子层；

3）在第一层Cr/Cu种子层上甩正性光刻胶作为第一层光刻胶；

4）烘胶后进行曝光，通过曝光将含等位环的下电极的图形和所有支撑柱子的图形转移到光刻胶上；

5）显影使光刻胶上的图形显现出来；

6）电镀，经过等离子水冲洗干净后，镀金；

7）在电镀好下电极和柱子的玻璃基片上，甩正胶；