[发明专利]一种可调低刚度微机械加速度计

权利要求书

1.一种可调低刚度微机械加速度计，其特征在于，包括加速度敏感模块、调谐模块、位移检测模块、力反馈模块和自锁结构；

所述加速度敏感模块中的质量块通过屈曲弹性梁与基板锚区相连，所述的屈曲弹性梁在加工过程中受内应力的作用发生形变，质量块突破自锁结构的约束边界，实现自锁；所述调谐模块通过混合调谐结构等效降低加速度计的刚度，混调结构包括梳齿电容和三角形栅电容；加速度计的基板锚区处还设有阻挡块结构，所述阻挡块结构将屈曲弹性梁约束在超柔性工作区间内；所述的屈曲弹性梁关于敏感轴对称分布，位于敏感轴同一侧的两个屈曲弹性梁弯曲方向一致，自锁后的梁具有超柔性工作区间；屈曲弹性梁的结构设计满足：

其中，Q=h/t，t为屈曲弹性梁的宽度，h为屈曲弹性梁的初始顶点高度；

所述位移检测模块在开环工作下，通过检测质量块运动位移引起的检测用变面积栅电容变化得到外界加速度；所述力反馈模块在闭环工作下，通过控制器和力反馈用变面积栅电容执行器对质量块的惯性力进行抵消，使质量块固定在指定位置，通过闭环力反馈方式得到外界加速度。

2.根据权利要求1所述的可调低刚度微机械加速度计，其特征在于，所述质量块在加工过程中由于内应力的作用自动移动至自锁状态。

3.根据权利要求1所述的可调低刚度微机械加速度计，其特征在于，所述屈曲弹性梁具有非线性刚度，存在超柔性工作区间。

4.根据权利要求1所述的可调低刚度微机械加速度计，其特征在于，所述质量块可在自锁结构和阻挡块结构的边界内沿敏感轴方向移动，加速度计中用于检测质量块运动位移的结构为变面积型电容。

5.根据权利要求1所述的可调低刚度微机械加速度计，其特征在于，加速度计的闭环力反馈方式由线性变面积型电容和推挽电路驱动实现。

6.根据权利要求1所述的可调低刚度微机械加速度计，其特征在于，利用调谐模块对加速度计的刚度进行调节，所述调节的过程是由梳齿电容和三角形栅电容共同作用实现的；所述梳齿电容还具有抵消屈曲弹性梁回复力的作用；所述的梳齿电容与调谐模块中的梳齿调谐电极相连，三角形栅电容与调谐模块中的三角形调谐电极相连。

7.根据权利要求1所述的可调低刚度微机械加速度计，其特征在于，所述实现自锁的加工方法包括下述步骤：

(1) 在基板玻璃上利用光刻和干法刻蚀工艺加工出三角形栅电容、检测用变面积栅电容以及力反馈用变面积栅电容的金属电极图案；

(2) 在单晶硅片上利用光刻和干法刻蚀工艺加工出锚区和金属凹槽，并将基板玻璃和单晶硅片进行阳极键合，制成键合片；

(3) 利用湿法刻蚀工艺对键合片中的单晶硅片进行减薄至预设高度，在键合和减薄过程中，由于单晶硅片和基板玻璃的膨胀系数不匹配，在结合面产生内应力；

(4) 利用深反应离子刻蚀工艺对键合片中的单晶硅片进行刻蚀，得到质量块、屈曲弹性梁、自锁结构、阻挡块、梳齿电容、硅栅电极结构，刻蚀过程中使得内应力得到释放，实现自锁。