[发明专利]一种十字变形梁结构的高g值加速度计芯片及其制备方法

说明书

一种十字变形梁结构的高g值加速度计芯片及其制备方法，芯片包括硅基底，硅基底下方设有玻璃衬底，硅基底上面中心设有十字变形梁，十字变形梁和硅基底之间设有梁释放孔，十字变形梁的四条固支端宽度小于其中间部分宽度，十字变形梁的两条相对固支端上分别设置有两条压敏电阻，四条压敏电阻的两端布置有重掺杂的欧姆接触区，欧姆接触区通过金属引线和金属焊盘连接，四条压敏电阻连接构成惠斯通电桥输出信号；制备方法通过干法刻蚀工艺制备不同宽度的十字变形梁，同时背腔采用湿法腐蚀工艺可以制备不同厚度的十字变形梁；本发明将压阻式敏感方式和十字梁变形结构相结合，极大提高了传感器的量程、频响、灵敏度以及过载能力，其量程可达15万g。

技术领域

本发明属于微型机械电子系统加速度计量技术领域，具体涉及一种十字变形梁结构的高g值加速度计芯片及其制备方法。

背景技术

侵彻武器在进攻地面目标时的速度一般在每秒几千米，其侵彻过程产生的加速度可以达到2万g以上，甚至可以达到几十万g，在如此苛刻的环境下，必须保证加速度计能够抵抗高冲击，并且准确识别整个侵彻过程，这就对加速度计提出了高过载、高响应速度等要求。

目前高g值加速度计的信号转换方式有多种，最常用且工艺比较成熟的敏感方式有：压阻式、压电式和电容式。压电式加速度计具有动态范围大、频响宽、受外界影响小、不需要外界电源等特点，其商业化使用历史长，是应用最广泛的加速度测量方式，但与压阻式和电容式相比，最大的缺点是灵敏度低且不能零频率测量加速度。电容式加速度计与其他类型的加速度相比，具有灵敏度高、零频响应、受温度影响小等特点，其不足之处在于其线性度较差、测量范围小、成本高，而且受电缆电容的影响较大，需要后续电路来改善，通用性较差，因此多用于低频测量。压阻式加速度计具有灵敏度高、测量范围大、线性度好、处理电路简单等特点，芯片的设计具有很大的灵活性，大批量使用的压阻式加速度计因其成本低具有很大的市场竞争力。

目前国内对于高g值加速度计的测量范围多在10万g以下，量程在10万g以上的加速度计还没有工程应用，而10万g以上的加速度计才能满足硬目标侵彻引信的测量要求，因此，研究具有10万g以上高量程的加速度计具有重大的意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明目的在于提供一种十字变形梁结构的高g值加速度计芯片及其制备方法，将压阻式敏感方式和十字梁变形结构相结合，极大的提高了传感器的量程、频响、灵敏度以及过载能力，其设计量程可达15万g。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种十字变形梁结构的高g值加速度计芯片，包括硅基底1，硅基底1下方设有玻璃衬底2，硅基底1上面中心设有十字变形梁4，十字变形梁4和硅基底1之间设有梁释放孔3，十字变形梁4的四条固支端宽度小于其中间部分宽度，十字变形梁4的两条相对固支端上分别设置有两条压敏电阻5，四条压敏电阻5的两端布置有重掺杂的欧姆接触区6，欧姆接触区6通过金属引线7和金属焊盘8连接；

所述的十字变形梁4的一条固支端设有第一压敏电阻5-1和第二压敏电阻5-2，另一条固支端设有第三压敏电阻5-3、第四压敏电阻5-4，第一压敏电阻5-1和第四压敏电阻5-4布置方向沿着[011]晶向，第二压敏电阻5-2和第三压敏电阻5-3布置方向沿着晶向，第一压敏电阻5-1、第二压敏电阻5-2、第三压敏电阻5-3和第四压敏电阻5-4连接构成惠斯通电桥，从而输出信号。

通过改变十字变形梁4的宽度和厚度能够协调改善加速度计芯片的固有频率、刚度和灵敏度。

所述的硅基底1采用双抛氧化硅片。

所述的玻璃衬底2采用Pyrex7740玻璃。

所述的十字变形梁4的固支端宽度为400μm，中间部分宽度为600μm，长度为1000μm，厚度为100μm。

一种十字变形梁结构的高g值加速度计芯片的制备方法，包括以下步骤：