[发明专利]分布式质量块结构MEMS压阻式加速度传感器芯片

说明书

本发明公开了一种分布式质量块结构MEMS压阻式加速度传感器芯片，包括硅质基底和棚玻璃体；硅质基底内布置有四个悬空质量块；四个悬空质量块之间通过四根扭转梁连接形成正方形；扭转梁和悬空质量块朝向棚玻璃体的一面平齐，扭转梁位于悬空质量块的中轴线上；四个悬空质量块朝向硅质基底相对的两个内侧壁的侧壁，分别通过四根支撑梁与硅质基底的内侧壁连接；四个悬空质量块朝向硅质基底相对的另两个内侧壁的侧壁，分别通过四根敏感梁与硅质基底的内侧壁连接；支撑梁、敏感梁和悬空质量块远离棚玻璃体的一面平齐，支撑梁和敏感梁均位于悬空质量块的中轴线上。本发明可以从理论上消除传感器的横向交叉干扰，且加工更为容易，方便批量化生产。

技术领域

本发明涉及微加速度传感器芯片技术领域，更具体的说是涉及一种分布式质量块结构MEMS压阻式加速度传感器芯片。

背景技术

MEMS压阻式加速度传感器作为最早研制的硅微加计，具有结构简单、功耗小以及工作频带宽等优点，其中单悬臂-梁质量块结构是最早被研发出来的结构，其优点是结构简单，灵敏度较高，但是较大的横向交叉干扰及低的固有频率导致了该结构传感器无法应用于高性能压阻式加速度传感器的设计中。在后来的研究中，双悬臂梁结构、桥式结构、十字梁以及复合多梁等敏感结构相继被提出，其目的都是提升梁-质量块结构的综合性能。双悬臂梁结构将悬臂梁布置在质量块一边的两侧，增加了横向扭转刚度，从而降低了传感器在一个方向上的交叉干扰，但是一个方向上的交叉干扰却没有改善；单桥和双桥敏感结构的出现则是利用双端固支梁的受力情况，通过在不同应力区域内布置多个压敏电阻，从而导致传感器的灵敏度提升；复合多梁结构则是在双桥结构的基础上，通过在质量块另一组对边的中线处增添两根短小的敏感梁，实现了传感器综合性能的提升。

虽然上述方案在一定程度上提升了传感器综合性能的提升，但是仍然存在如下问题：

(1)传感器的横向交叉干扰虽然可以通过梁的合理布置得到改善，但无法从源头上遏制传感器的横向交叉干扰。

(2)传感器的灵敏度和固有频率是一对相互制约的参数，前述的研究通过敏感结构的优化设计可以使得传感器拥有较高的固有频率和测量灵敏度，却无实现灵敏度和固有频率的共同提升。

因此，如何提供一种能够从理论上消除传感器的横向交叉干扰的MEMS压阻式加速度传感器芯片，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种分布式质量块结构MEMS压阻式加速度传感器芯片，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分布式质量块结构MEMS压阻式加速度传感器芯片，包括：矩形框架结构的硅质基底，以及与所述硅质基底表面键合的棚玻璃体；所述棚玻璃体表面开设有与所述硅质基底的空腔对应的方槽；

所述硅质基底的空腔内布置有四个悬空质量块；四个所述悬空质量块之间通过四根扭转梁连接形成正方形；所述扭转梁和所述悬空质量块朝向所述棚玻璃体的一面平齐，所述扭转梁位于所述悬空质量块的中轴线上；

四个所述悬空质量块朝向所述硅质基底相对的两个内侧壁的侧壁，分别通过四根支撑梁与所述硅质基底的内侧壁连接；四个所述悬空质量块朝向所述硅质基底相对的另两个内侧壁的侧壁，分别通过四根敏感梁与所述硅质基底的内侧壁连接；所述支撑梁、所述敏感梁和所述悬空质量块远离所述棚玻璃体的一面平齐，所述支撑梁和所述敏感梁均位于所述悬空质量块的中轴线上。