[发明专利]一种曲线高过载谐振式微加速度计芯片

说明书

一种曲线高过载谐振式微加速度计芯片，由硅基底和石英音叉梁构成，硅基底包括敏感质量块，敏感质量块和支撑框架通过柔性支撑梁、安装支撑梁连接成整体，敏感质量块上刻蚀出安装空槽和安装对准标记，支撑框架上设有两个安装对准标记，石英音叉梁安装于安装空槽上方，石英音叉梁两端的石英梁底座分别与安装对准标记对齐；石英音叉梁上四面溅射电极，用于石英音叉梁的激振，石英梁底座与外部电路相连接，支撑框架上的过载结构和敏感质量块上的过载结构配合，保护过载工况下的柔性支撑梁和石英音叉梁不受损坏，两根石英音叉梁的频率差与加速度成比例关系，测量频率的差值从而得到加速度的大小数值，本发明具有精度高，体积小，批量化等优点。

技术领域

本发明属于微机械电子(MEMS)数字式加速度计技术领域，具体涉及一种曲线高过载谐振式微加速度计芯片。

背景技术

目前的谐振式加速度计多基于纯硅材料或者石英材料。硅材料具有良好的机械特性，能够保证产品的精度、较低的成本及批量化生产，但对于采用硅材料的谐振式加速度计，其激励和检测方式比较固定，且硅本身没有压电特性，需要借助于静电力、热膨胀力、沉积其他压电材料、电磁力等手段激励谐振器振动，容易引入噪音干扰，限制精度的进一步提高。石英晶体具有压电特性，通过合理的切型设计和电极布置能够很容易被激励电路激励且品质因数较高，不需要像其他材料一样需要采用复杂的加工工艺和技术来实现，但石英本身的晶格结构复杂，微加工工艺难度较大。故现有的谐振式加速度计多因材料自身的缺陷，存在抗过载冲击能力差，模拟输出，灵敏度低，加工复杂等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种曲线高过载谐振式微加速度计芯片，具有精度高，体积小，批量化等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种曲线高过载谐振式微加速度计芯片，由硅基底和石英音叉梁构成，硅基底包括敏感质量块1、支撑框架2、柔性支撑梁4和安装支撑梁3，敏感质量块1和支撑框架2通过柔性支撑梁4、安装支撑梁3连接成为一个整体，敏感质量块1上刻蚀出第一安装空槽5a、第二安装空槽5b和第三安装对准标记8a、第四安装对准标记8b；柔性支撑梁4位于对角线A上，对称分布，安装支撑梁3对称分布于对角线A两侧，第一安装空槽5a和第二安装空槽5b对称于对角线A分布，支撑框架2上设有第一安装对准标记7a、第二安装对准标记7b，第一安装对准标记7a、第二安装对准标记7b对称于对角线A分布，第三安装对准标记8a、第四安装对准标记8b对称于对角线A分布，第一石英音叉梁9a安装于第一安装空槽5a上方，第一石英音叉梁9a两端的石英梁第二底座11a、石英梁第一底座10a分别与第一安装对准标记7a、第三安装对准标记8a对齐；第二石英音叉梁9b安装于第二安装空槽5b上方，第二石英音叉梁9b两端的石英梁第四底座11b、石英梁第三底座10b分别与第二安装对准标记7b、第四安装对准标记8b对齐；

第一石英音叉梁9a、第二石英音叉梁9b四面溅射电极，用于石英音叉梁的激振，石英梁第二底座11a、石英梁第一底座10a、石英梁第四底座11b、石英梁第三底座10b用于与外部电路相连接。

所述的支撑框架2上的第一过载结构6a和敏感质量块1上的第二过载结构6b组成过载结构，第一过载结构6a和第二过载结构6b的形状均为正弦曲线，由同一个三角函数生成，第一过载曲线6a由第二过载曲线6b从c点沿A方向向右上方平移20um后，并绕c点顺时针旋转而获得，c点为敏感质量块1的顶点，旋转角度由过载要求确定，从c点开始沿曲线方向，两条曲线各对应位置之间的距离为15-25um不等，以保证敏感质量块1上的第二过载结构6b在转过某个角度后恰好能与支撑框架2上的第一过载结构6a接触处完全重合，起到接触保护的作用，其中顺时针旋转的角度由敏感质量块1和过载结构的几何关系确定。

所述的柔性支撑梁4与敏感质量块1和支撑框架2相交位置设置有倒角。