[发明专利]基于SOQ的柔性杠杆放大振梁加速度计芯片及其加工工艺

说明书

基于SOQ的柔性杠杆放大振梁加速度计芯片及其加工工艺，芯片包括键合的石英结构和硅基结构,石英结构为石英框架、惯性力输入端、柔性杠杆、石英音叉、柔性铰链、质量块、连接杆和刻蚀间隙组成的同平面差动式石英振梁芯片结构；硅基结构包括硅基框架和释放槽；加工工艺先对硅片进行硅基结构的释放槽加工，键合硅片和石英片，再进行石英片减薄和抛光，制作石英结构，最后由划片机划片；质量块受加速度影响产生的惯性力通过惯性力输入端传递到杠杆上进行放大，由连接杆把该力集中再均分到石英音叉的两根振梁上，中心对称两侧的石英音叉一侧受拉频率升高，另一侧受压频率降低，通过频率差变化测得加速度；本发明芯片具有体积小，精度高等优点。

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，具体涉及基于SOQ(silicon on quartz)的柔性杠杆放大振梁加速度计芯片及其加工工艺。

背景技术

传统的石英加工需要存在两个主要问题，由于石英硬度较高，刻蚀选择比较小，且现有的技术所生产的商品化的石英圆片大多厚度较大，一般都要100um以上，干法刻蚀难以单面刻穿，且刻蚀时间长，刻蚀成本高；而传统的湿法腐蚀存在着腐蚀精度不高，难以腐蚀较小的结构，且腐蚀液对人体伤害较大等问题。因此目前的石英谐振器件大多采用的是异质结构装配完成，即敏感结构采用石英材料，其他部分采用硅或者金属等易加工材料，分别加工完成后组装到一起，这种方法虽然降低了加工难度，但由此会增加装配难度，带来装配误差，导致结构的精度、灵敏度等下降。

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基于SOQ的柔性杠杆放大振梁加速度计芯片及其加工工艺，芯片具有体积小，精度高，可操作性强等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于SOQ的柔性杠杆放大振梁加速度计芯片，包括键合的石英结构1和硅基结构2；

所述的石英结构1为石英框架3、惯性力输入端4、柔性杠杆5、石英音叉6、柔性铰链7、质量块8、连接杆9和刻蚀间隙10组成的同平面差动式石英振梁芯片结构；其中石英框架3位于结构的最外侧，为固定部分，其他结构为可动部分；惯性力输入端4、柔性杠杆5、柔性铰链7和连接杆9共同组成了杠杆放大机构，其中惯性力输入端4一端与质量块8相连，另一端与杠杆5的输入端相连，杠杆5的输出端通过连接杆9与石英音叉6相连，并在杠杆5的末端通过柔性铰链7与石英框架3固定到一起，其中石英音叉6为双端固支石英音叉；

所述的硅基结构2包括硅基框架11和释放槽12，硅基框架11为固定部分，释放槽12为硅基框架11内部的空槽；

所述的石英框架3和硅基框架11相互键合到一起；所述的惯性力输入端4、柔性杠杆5、石英音叉6、柔性铰链7、质量块8、连接杆9和刻蚀间隙10完全悬空于释放槽12上。

所述的硅基结构2整体长*宽大小与石英结构1相同，硅基框架11的尺寸大小与石英框架3相同。

所述的石英结构1整体长*宽在10000mm*10000mm以内，厚度为20-50um，石英框架3宽度在500-800um范围内，石英音叉6的长度在1600-3000mm范围内，石英音叉6的每根振梁宽度在30-70um范围内，柔性杠杆5的宽度在100-400um范围内，石英刻蚀间隙10的宽度在100-300um范围内，石英结构1上的其他结构大小视已确定尺寸而定。

所述的加速度计芯片整体结构厚度方向完全中心对称，敏感方向为沿石英振梁长度方向。

所述的基于SOQ的柔性杠杆放大振梁加速度计芯片的加工工艺，包括以下步骤：

第一步，对完整的硅片进行硅基结构2的释放槽12加工，获得带有结构的硅片13；

第二步，带有结构的硅片13和石英片14的键合，采用直接键合的方式，包括以下步骤：