[发明专利]一种单凸梁式微机械加速度传感器

说明书

技术领域

本发明属于微加速度传感器技术领域,具体涉及一种单凸梁式微机械加速度传感器。 

背景技术

微机械压阻式加速度传感器的基本工作原理是以半导体的压阻效应为基础，常用梁岛结构，通过悬臂梁或连接梁支撑质量块，采用离子注入或扩散工艺在梁上制作压敏电阻。当传感器感受到力作用时，质量块产生偏移，带动悬臂梁或连接梁发生扭曲或弯曲等形变，在电阻中产生应力变化从而引起压敏电阻阻值发生变化。利用适当的外围电路将这种变化转换为可测量信号如电压、电流等形式输出。经过标定就可以建立输出信号与被测加速度之间的关系，从而测量外界加速度。对于一般悬臂梁结构，横向效应相对较大，并且固有频率和灵敏度难以兼顾。对于压阻式加速速计，频率和灵敏度是两个最重要的参数指标。悬臂梁型微加速度计都存在频率和灵敏度相互制约的问题，即频率高则灵敏度低，频率低则灵敏度高。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种单凸梁式微机械加速度传感器，通过悬臂梁的凸梁化设计，使得本发明的传感器在相同固有频率下灵敏度比普通悬臂梁高，反之在相同灵敏度情况下则有更高的固有频率。 

本发明的单凸梁式微机械加速度传感器，其特点是，所述的传感器包括敏感芯片和下玻璃板；其中，敏感芯片含有框架、敏感凸梁、质量块、压敏电阻，其连接关系是,所述框架内设置有敏感凸梁，敏感凸梁的一端与框架相连，另一端与质量块相连，敏感凸梁和质量块共同构成敏感芯片的可动部分；压敏电阻设置在敏感凸梁上表面：所述的敏感芯片与下玻璃板通过键合连接。 

所述的敏感芯片中的敏感凸梁采用长度相等的上矩形梁、下矩形梁复合而成。 

所述的敏感凸梁中的上窄下宽，即上矩形梁的宽度小于下矩形梁的宽度，两者宽度之比为0.2～0.8。 

所述的下矩形梁的厚度与上矩形梁的厚度之比为0.2～5。 

所述的压敏电阻设置为四个，放置在敏感凸梁靠近框架的顶部，四个压敏电阻首尾相接构成一个正方形，正方形的四个边分别与框架的四个边平行。 

所述的敏感芯片中的可动部分与下玻璃板之间的距离为2μm～20μm。一方面使敏感芯片有足够的运动间隙，另一方面在条件合适的时候可以调整阻尼系数。 

本发明的单凸梁微机械压阻式加速度传感器，当受到力作用时，质量块相对基体运动导致敏感凸梁发生变形，从而引起敏感凸梁上的压敏电阻发生变化，通过外围检测电路就可知道加速度的大小。 

本发明的单凸梁式微机械加速度传感器的优点是： 

1. 采用单端固支的凸梁单质量块。由于采用凸梁形式，压敏电阻制作在复合梁相对较窄的上部矩形梁上，这样，不仅可以获得较小的横向效应，同时又能够获得较高的灵敏度。最主要的是敏感凸梁的底部宽度在同样灵敏度下可以更宽，即具有较大的刚度系数，因而该传感器具有高的固有频率。

2. 敏感凸梁顶部矩形梁的宽度和厚度可以根据灵敏度及固有频率的需要进行调整，增大了设计的灵活性。 

3. 敏感部分被外围框架包围，这样可动结构封闭在空腔内，易于后续封装工艺的操作，而且工艺简单、重复性好、成品率高。 

4. 压敏电阻头尾相接连成一个正方形构成惠斯通全桥放置在靠近凸梁与框架相连的位置，由于这里是凸梁应力集中的地方，因此可以获得较大的灵敏度。 

5. 本发明的单凸梁式微机械加速度传感器是由敏感芯片与下玻璃板键合在一起构成，封装工艺简单，操作方便。 

6. 敏感芯片的可动部分与下玻璃板之间有适当的距离，一方面使敏感芯片有足够的运动间隙，另一方面在条件合适的时候可以调整阻尼系数，保证了本发明的工作频带较宽。 

附图说明

图1是本发明的单凸梁微机械加速度传感器的结构示意图； 

图中：1.框架    2.敏感凸梁     3.质量块     4.压敏电阻     5.下玻璃板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。 

实施例1 

图1是本发明的单凸梁微机械加速度传感器的结构示意图。在图1中，本发明的单凸梁式微机械加速度传感器，包括敏感芯片和下玻璃板5；其中，敏感芯片含有框架1、敏感凸梁2、质量块3、压敏电阻，其连接关系是,所述框架1内设置有敏感凸梁2，敏感凸梁2的一端与框架1相连，另一端与质量块3相连，敏感凸梁2和质量块3共同构成敏感芯片的可动部分；压敏电阻设置在敏感凸梁2上表面：所述的敏感芯片与下玻璃板5通过键合连接。