專利名稱：一種嵌入橫向可動(dòng)電極的微慣性傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于微電子機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微慣性傳感器，具體涉及一種可 變電容極板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為滑膜阻尼、振子上嵌入了橫向可動(dòng)電極的高分辨率微慣性傳 感器。
背景技術(shù)：
最近十幾年來，用微機(jī)械技術(shù)制作的加速度計(jì)得到了迅速的發(fā)展。其主要的加速 度檢測(cè)技術(shù)有壓阻檢測(cè)、壓電檢測(cè)、熱檢測(cè)、共振檢測(cè)、電磁檢測(cè)、光檢測(cè)、隧道電流檢測(cè)和 電容檢測(cè)等。此外，還有一些基于別的檢測(cè)技術(shù)的加速度計(jì)，如光加速度計(jì)、電磁加速度計(jì)、 電容加速度計(jì)等。光加速度計(jì)的發(fā)展主要是為了結(jié)合光和微機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)，制作高電磁屏蔽 或者好線性度的傳感器。在這些傳感器中，電容式加速度傳感器，由于具有溫度系數(shù)小，靈 敏度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是目前研制地最多的一類加速度傳感器。微機(jī)械電容式傳感器的 制作方法有表面微機(jī)械加工方法和體硅微機(jī)械加工方法。采用表面微機(jī)械加工工藝可以和 集成電路工藝兼容，從而集成傳感器的外圍電路，成本低，但是傳感器的噪聲大、穩(wěn)定性差， 量程和帶寬小。采用體硅微機(jī)械加工工藝可以提高傳感器芯片的質(zhì)量，從而降低噪聲，改 善穩(wěn)定性，提高靈敏度。缺點(diǎn)是體積稍大，但可以制作出超高精度的微機(jī)械慣性傳感器。為 了得到較高的測(cè)量靈敏度和減小外圍電路的復(fù)雜性，可以通過增加傳感器振子的質(zhì)量和增 大傳感器的靜態(tài)測(cè)試電容的方法，從而減小機(jī)械噪聲和電路噪聲。而對(duì)于用體硅工藝如深 反應(yīng)粒子刻蝕(De印RIE)加工的梳齒狀的電容式傳感器，其極板電容的深寬比一般小于 27 1，這就限制了傳感器振子的質(zhì)量增加和電容極板間距的減小。而對(duì)于小間距極板電 容，其壓膜空氣阻尼較大，增大了傳感器的機(jī)械噪聲，減小該機(jī)械噪聲可以通過在極板上刻 蝕阻尼條，或把電容改為變面積的方式，使阻尼表現(xiàn)為滑膜阻尼，而減小電路噪聲的方法之 一便是通過增大檢測(cè)電容。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種可變電容的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為滑膜阻尼、振子上嵌 入了橫向可動(dòng)電極的高分辨率微慣性傳感器。本實(shí)用新型提供的電容式微慣性傳感器包括第一基板及其上表面的檢測(cè)用交叉 梳齒狀固定對(duì)電極、固定于第一基板上的敏感器錨點(diǎn)、固定質(zhì)量塊錨點(diǎn)、第二基板的懸于第 一基板上方的可沿縱向運(yùn)動(dòng)的敏感器柵質(zhì)量塊、將敏感器錨點(diǎn)和敏感器柵質(zhì)量塊相連的U 形敏感器支撐梁、敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊、將敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量快和敏感器柵質(zhì)量 塊相連的U形敏感器連接梁、固定質(zhì)量塊上的梳形固定電極、敏感器外部引出電極、U形敏 感器支撐梁、電絕緣層、驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線和驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線引出電極。所述的敏感器柵質(zhì)量塊是由縱向等間距、橫向平行的柵形電極、連接?xùn)判坞姌O的 邊框及敏感器柵質(zhì)量塊矩形凸起組成，敏感器柵質(zhì)量塊矩形凸起有兩個(gè)且沿著敏感器柵質(zhì) 量塊的橫向中心線位于敏感器柵質(zhì)量塊兩側(cè)。[0006]所述的敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊有兩個(gè)，分別位于敏感器柵質(zhì)量塊的兩側(cè)，由矩 形塊、梳形可動(dòng)電極和敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊矩形凸起組成，其縱向長(zhǎng)度和敏感器柵質(zhì) 量塊的主體長(zhǎng)度相同；敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊矩形凸起和敏感器柵質(zhì)量塊矩形凸起相 對(duì)，形成電容調(diào)整間隙。每個(gè)敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊和敏感器柵質(zhì)量塊通過兩根位于敏 感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊和敏感器柵質(zhì)量塊之間的U形敏感器連接梁相連，該兩根U形敏感 器連接梁沿著敏感器柵質(zhì)量塊的橫向中心線對(duì)稱設(shè)置，該兩根U形敏感器連接梁沿著敏感 器柵質(zhì)量塊的縱向中心線與位于敏感器柵質(zhì)量塊另一側(cè)的另兩根U形敏感器連接梁對(duì)應(yīng) 對(duì)稱設(shè)置，實(shí)現(xiàn)敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊的橫向敏感。所述的每根敏感器連接梁始于矩形 塊的一角，終于敏感器柵質(zhì)量塊的邊框的對(duì)應(yīng)角，其U形靠近敏感器柵質(zhì)量塊的橫向中心 線。所述的梳形可動(dòng)電極由η個(gè)等間距的梳齒和連接梳齒的矩形條組成，η ^ 1，梳齒 與矩形條垂直設(shè)置；梳形可動(dòng)電極在矩形塊的外側(cè)分別對(duì)應(yīng)組成兩組硅條組，每組硅條組 分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在矩形塊的相應(yīng)處，每組硅條組包括平行設(shè)置的m條梳形可動(dòng)電極，m > 2，連 接梳齒的矩形條與矩形塊側(cè)邊垂直設(shè)置。矩形塊一側(cè)每組的梳形可動(dòng)電極沿敏感器質(zhì)量塊的橫向中心線對(duì)稱設(shè)置；邊框兩 側(cè)的四組硅條組，每組梳形可動(dòng)電極沿敏感器質(zhì)量塊的縱向中心線對(duì)應(yīng)對(duì)稱設(shè)置。所述的敏感器錨點(diǎn)沿敏感器柵質(zhì)量塊的縱向中心線分別設(shè)置在敏感器柵質(zhì)量塊 的兩端，并通過敏感器支撐梁與敏感器柵質(zhì)量塊連接，敏感器外部引出電極設(shè)置在一個(gè)敏 感器錨點(diǎn)上。所述的固定質(zhì)量塊與每組硅條組一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，每個(gè)固定質(zhì)量塊包括固定質(zhì)量塊 錨點(diǎn)和梳形固定電極。梳形固定電極設(shè)置在與硅條組對(duì)應(yīng)的一側(cè)，共有m條，梳形固定電極 外形和梳形可動(dòng)電極相同。梳形可動(dòng)電極和梳形固定電極的位置對(duì)應(yīng)設(shè)置，梳形固定電極 的梳齒與梳形可動(dòng)電極的梳齒對(duì)應(yīng)交叉設(shè)置。所述的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線共有兩根，分別縱向設(shè)置于相應(yīng)的矩形塊上，每根驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線的一 端通過沿對(duì)應(yīng)的敏感器連接梁、邊框端和敏感器支撐梁上所鋪設(shè)的金屬導(dǎo)線與對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng) 導(dǎo)線引出電極連接。在驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線、金屬導(dǎo)線、驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線引出電極組成的金屬層與矩形塊對(duì)應(yīng) 部分之間設(shè)置有電絕緣層。所述的電容調(diào)整間隙比對(duì)應(yīng)梳形可動(dòng)電極和梳形固定電極上的對(duì)應(yīng)梳齒間的橫 向間距小一微米以上。所述的檢測(cè)用交叉梳齒狀固定對(duì)電極由沿橫向相對(duì)交叉的梳齒電極和引出電極 組成，各相鄰梳齒電極間的間隙不小于一微米，交叉的梳齒電極對(duì)應(yīng)組成梳齒電極對(duì)。所述的柵形電極位于對(duì)應(yīng)的梳齒電極對(duì)的正上方。本實(shí)用新型涉及的微慣性傳感器包含有敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量快，可以設(shè)計(jì)傳感 器檢測(cè)電容的初始間距較大，從而解決深反應(yīng)粒子刻蝕深寬比小于27 1對(duì)傳感器振子的 質(zhì)量不能做厚的限制，而后通過磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量快，減小檢測(cè)電容間距，從 而增大傳感器的初始檢測(cè)電容以降低檢測(cè)電路噪聲，而傳感器做厚增大了振子質(zhì)量，從而 也降低了傳感器的機(jī)械噪聲。另外，通過改變敏感器支撐梁和質(zhì)量塊的尺寸還可以改變傳 感器的量程和響應(yīng)特性。同時(shí)，本實(shí)用新型涉及的高精度微慣性傳感器結(jié)構(gòu)新穎，分辨率和靈敏度高，制作工藝簡(jiǎn)單，有利于降低成本和提高成品率，是一種可以實(shí)際應(yīng)用的微慣性傳感器。
圖1(a)為本實(shí)用新型的第一基板及其上的檢測(cè)用交叉梳齒狀固定對(duì)電極示意 圖；圖1(b)為圖1(a)中沿A-A'向的器件結(jié)構(gòu)的分解斷面圖；圖2(a)為本實(shí)用新型的在第二基板上的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(b)為圖2(a)中沿B-B'向的器件結(jié)構(gòu)的分解斷面圖；圖3為圖1(b)和圖2(b)的斷面圖組合；圖4為本實(shí)用新型的一對(duì)梳柵可動(dòng)電極和梳齒固定電極的放大圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型決非僅限于所介 紹的實(shí)施例。本實(shí)用新型的實(shí)施例涉及一種電容式微慣性傳感器，參考圖1(a)、圖1(b)、圖 2 (a)、圖2 (b)、圖3和圖4，在第一基板1上形成兩組檢測(cè)用交叉梳齒狀固定對(duì)電極，對(duì)應(yīng)固 定質(zhì)量塊間的連接耦合電極2，以及連接耦合電極2與引出電極4之間的連接線，檢測(cè)用交 叉梳齒狀固定對(duì)電極由沿橫向相對(duì)交叉的梳齒電極3和引出電極組成；在第二基板上形成 固定于第一基板1上的敏感器錨點(diǎn)12、第二基板的懸于第一基板1上方的可沿縱向運(yùn)動(dòng)的 敏感器柵質(zhì)量塊25、將敏感器錨點(diǎn)12和敏感器柵質(zhì)量塊25相連的兩根U形敏感器支撐梁 8、敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊27、將敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊和敏感器柵質(zhì)量塊相連的U形 敏感器連接梁17、固定質(zhì)量塊上的梳形固定電極、敏感器外部引出電極11、金屬層下的電 絕緣層28、電絕緣層上的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線14和驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線引出電極，其中驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線引出電極包括驅(qū) 動(dòng)導(dǎo)線左側(cè)引出電極10和驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線右側(cè)引出電極13。如圖2 (a)、2 (b)、圖3和圖4所示， 形成對(duì)應(yīng)梳形可動(dòng)電極梳齒15和梳形固定電極梳齒6間的橫向間距G1，第一基板1與敏感 器柵質(zhì)量塊25之間的間隙31，如圖3中的雙箭頭所示；形成敏感器柵質(zhì)量塊與第一基板上 的檢測(cè)用交叉梳齒狀固定對(duì)電極之間的間隙29 ；梳齒電極對(duì)內(nèi)的兩個(gè)梳齒電極之間的間 隙30，每個(gè)梳齒電極對(duì)內(nèi)的間隙相同。對(duì)應(yīng)的一個(gè)梳形可動(dòng)電極和一個(gè)梳形固定電極組成 一對(duì)梳齒電容對(duì)，形成相鄰梳齒電容對(duì)的縱向間距，其值不小于三十微米。結(jié)合圖1 (a)、圖1 (b)、圖2 (a)、圖2 (b)、圖3和圖4，對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說 明。參考圖2(a)、2(b)，敏感器柵質(zhì)量塊是由縱向等間距、橫向平行的柵形電極26、連 接?xùn)判坞姌O的邊框24及敏感器柵質(zhì)量塊矩形凸起21組成，敏感器柵質(zhì)量塊矩形凸起有兩 個(gè)，分別位于敏感器柵質(zhì)量塊兩側(cè)，在敏感器柵質(zhì)量塊的橫向中心線上。參考圖2(a)、2(b)，敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊有兩個(gè)，分別位于敏感器柵質(zhì)量塊的 兩側(cè)，由矩形塊23、梳形可動(dòng)電極和敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊矩形凸起22組成，敏感器可 橫向移動(dòng)質(zhì)量塊的縱向長(zhǎng)度和敏感器柵質(zhì)量塊的主體長(zhǎng)度相同；敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊 矩形凸起有兩個(gè)，其位置位于矩形塊的內(nèi)側(cè)，即和敏感器柵質(zhì)量塊矩形凸起相對(duì)應(yīng)的一側(cè)， 和敏感器柵質(zhì)量塊矩形凸起對(duì)應(yīng)設(shè)置，形成電容調(diào)整間隙18。每個(gè)敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊和敏感器柵質(zhì)量塊通過兩根位于敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊和敏感器柵質(zhì)量塊之間的U 形敏感器連接梁17相連，該兩根U形敏感器連接梁沿著敏感器柵質(zhì)量塊的橫向中心線對(duì)稱 設(shè)置，該兩根U形敏感器連接梁沿著敏感器柵質(zhì)量塊的縱向中心線與位于敏感器柵質(zhì)量塊 另一側(cè)的另兩根U形敏感器連接梁對(duì)應(yīng)對(duì)稱設(shè)置，實(shí)現(xiàn)敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊的橫向敏 感。每根敏感器連接梁始于矩形塊的一角，終于敏感器柵質(zhì)量塊的邊框24的對(duì)應(yīng)角，敏感 器連接梁的U形靠近敏感器柵質(zhì)量塊的橫向中心線。參考圖2(a)、2(b)，梳形可動(dòng)電極由四個(gè)等間距的梳形可動(dòng)電極梳齒15和連接梳 齒的梳形可動(dòng)電極矩形條16組成，梳形可動(dòng)電極梳齒15與梳形可動(dòng)電極矩形條16垂直設(shè) 置；梳形可動(dòng)電極在矩形塊的外側(cè)分別對(duì)應(yīng)組成兩組硅條組，每組硅條組分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在 矩形塊的相應(yīng)處，每組硅條組包括平行設(shè)置的三條梳形可動(dòng)電極，連接梳形可動(dòng)電極梳齒 的梳形可動(dòng)電極矩形條與矩形塊側(cè)邊垂直設(shè)置。參考圖2 (a)、2 (b)，矩形塊一側(cè)每組的梳形可動(dòng)電極沿敏感器柵質(zhì)量塊的橫向中 心線對(duì)稱設(shè)置，邊框兩側(cè)的四組硅條組，每組梳形可動(dòng)電極沿敏感器柵質(zhì)量塊的縱向中心 線對(duì)應(yīng)對(duì)稱設(shè)置。參考圖2(a)、2(b)，敏感器錨點(diǎn)12沿敏感器柵質(zhì)量塊的縱向中心線分別設(shè)置在敏 感器柵質(zhì)量塊的兩端，并通過兩根敏感器支撐梁對(duì)應(yīng)與敏感器柵質(zhì)量塊連接，敏感器外部 引出電極11設(shè)置在一個(gè)敏感器錨點(diǎn)上。參考圖2(a)、2(b)，每個(gè)固定質(zhì)量塊包括固定質(zhì)量塊錨點(diǎn)5和梳形固定電極，固定 質(zhì)量塊與每組硅條組一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，固定質(zhì)量塊的與硅條組對(duì)應(yīng)的一側(cè)設(shè)置有三條和梳形 可動(dòng)電極外形相同的梳形固定電極，梳形固定電極由梳形固定電極梳齒和梳形固定電極矩 形條組成，梳形可動(dòng)電極由梳形可動(dòng)電極梳齒和梳形可動(dòng)電極矩形條組成，梳形固定電極 梳齒和梳形可動(dòng)電極梳齒形成間隙19，梳形可動(dòng)電極和梳形固定電極的位置對(duì)應(yīng)設(shè)置，梳 形固定電極梳齒與梳形可動(dòng)電極梳齒對(duì)應(yīng)交叉設(shè)置。參考圖2(a)、圖2(b)、圖3，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線14共有兩根，分別縱向設(shè)置于相應(yīng)的矩形塊 上，每根驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線的一端通過沿對(duì)應(yīng)的敏感器連接梁、邊框端和敏感器支撐梁上所鋪設(shè)的 金屬導(dǎo)線與對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線引出電極連接。在驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線、金屬導(dǎo)線、驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線引出電極組成 的金屬層與矩形塊對(duì)應(yīng)部分之間設(shè)置有電絕緣層。參考圖2 (a)和圖4，電容調(diào)整間隙比對(duì)應(yīng)梳形可動(dòng)電極梳齒和梳形固定電極梳齒 間的橫向間距G1小一微米以上，傳感器電容的起始檢測(cè)間距是電容調(diào)整間隙與橫向間距G1 之間的差值。參考圖1(a)、圖1(b)，檢測(cè)用交叉梳齒狀固定對(duì)電極由沿橫向相對(duì)交叉的梳齒電 極3和引出電極4組成，交叉的梳齒電極對(duì)應(yīng)組成梳齒電極對(duì)。參考圖(3)，柵形電極位于對(duì)應(yīng)的梳齒電極對(duì)內(nèi)兩個(gè)梳齒電極之間的間隙30的正 上方結(jié)合圖1 (a)、圖1 (b)、圖2 (a)、圖2 (b)、圖3和圖4，形成的敏感器柵質(zhì)量塊上柵形 電極的厚度小于第二極板厚度；為了更明確的描述檢測(cè)電容的各個(gè)間距，結(jié)合圖3和圖4進(jìn)一步描述，梳齒電極對(duì) 兩側(cè)之間的距離如圖3中的橫向雙箭頭所示，用Gtl表示，其值大于柵形電極的寬度；敏感器 柵質(zhì)量上的梳形可動(dòng)電極梳齒15與固定質(zhì)量塊上的梳形固定電極梳齒之間的間隙用G1表示，如圖4中的相應(yīng)箭頭所示，取值范圍為十微米到五十微米；敏感器柵質(zhì)量上的梳形可動(dòng) 電極梳齒與固定質(zhì)量塊上的梳形固定電極梳齒之間的疊加的縱向尺寸，如圖4中的相應(yīng)箭 頭所示，用G2表示，其值不小于一微米；每對(duì)梳齒電容對(duì)中的梳形可動(dòng)電極梳齒與對(duì)應(yīng)的梳 形固定電極矩形條之間的間距，如圖4中的相應(yīng)箭頭所示，用G3表示，其值不小于十微米。 柵形電極的下表面和檢測(cè)用交叉梳齒狀固定對(duì)電極之間的間隙29大于四微米，不大于柵 形電極的寬度；柵形電極的寬度大于間隙30。敏感器柵質(zhì)量塊矩形凸起21和敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊矩形凸起22之間的電容 調(diào)整間隙18用dl表示，梳形固定電極梳齒6和梳形可動(dòng)電極梳齒15的間隙19用G1表示， 且& = (dl+x), (χ為傳感器靜態(tài)初始電容間距，χ ^ 1，單位微米)。把位于敏感器柵質(zhì) 量塊左側(cè)的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線，用外部金絲球焊技術(shù)，用金線把驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線左側(cè)引出電極10分別連接 到封裝管殼引腳上，并接入恒流源。把位于敏感器柵質(zhì)量塊右側(cè)的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線，用外部金絲球 焊技術(shù)，用金線把驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線右側(cè)引出電極分別連接到封裝管殼引腳上，并接入和左側(cè)的驅(qū) 動(dòng)導(dǎo)線相反相位的恒流源。敏感器外部引出電極連接到封裝管殼引腳，并連接到地，引出電 極4分別連接到封裝管殼引腳，并分別用Vl和V2表示，在用微機(jī)械工藝加工傳感器時(shí)，G” dl可以設(shè)置較大值，加工出較厚的傳感器質(zhì)量塊，因而質(zhì)量塊質(zhì)量較大。在傳感器結(jié)構(gòu)正上 方的封裝管殼帽內(nèi)設(shè)置合適方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，使在兩根金屬驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線上產(chǎn)生的安培力的方 向均指向敏感器柵質(zhì)量塊的縱向中心線，并與敏感器柵質(zhì)量塊的縱向中心線垂直。兩根驅(qū) 動(dòng)導(dǎo)線上的安培力使敏感器柵質(zhì)量塊矩形凸起21和敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊矩形凸起22 之間的電容調(diào)整間隙18減小至零，此時(shí)，測(cè)試傳感器靜態(tài)初始電容間距為&-(11，由于電容 的間距大大減小，從而傳感器的初始檢測(cè)電容大大增加。再在V1、V2端分別加電載波信號(hào)， 可動(dòng)質(zhì)量塊通過錨點(diǎn)連接至地。當(dāng)敏感方向上有加速度信號(hào)時(shí)，由于慣性力的作用，產(chǎn)生位 移，從而引起敏感器柵質(zhì)量塊25上的柵形電極26和檢測(cè)用交叉梳齒狀固定對(duì)電極組成的 差分電容的疊加面積變化以及對(duì)應(yīng)梳形固定電極梳齒6和梳形可動(dòng)電極梳齒15對(duì)應(yīng)組成 的差分電容的疊加面積變化，進(jìn)而引起電容較大的變化，該變化電容和外部慣性信號(hào)的大 小成線性關(guān)系，通過檢測(cè)電容變化便可以得到敏感方向上加速度的大小，而且由于傳感器 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，檢測(cè)電容為差分變化，這增大了傳感器的線性范圍和量程。本實(shí)用新型涉及的高精度微慣性傳感器，由于梳齒電容間距可用安培力驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 導(dǎo)線減小，從而在不增加橫向尺寸的情況下增大了振子質(zhì)量和檢測(cè)電容，且檢測(cè)電容極板 間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為滑膜阻尼，這些因素使傳感器的機(jī)械噪聲和電路噪聲大大減小， 從而使傳感器可以達(dá)到很高的精度，同時(shí)本實(shí)用新型采用微機(jī)械技術(shù)制作，工藝簡(jiǎn)單，有利 于提高成品率和降低制造成本。
權(quán)利要求一種嵌入橫向可動(dòng)電極的微慣性傳感器，包括第一基板及其上表面的檢測(cè)用交叉梳齒狀固定對(duì)電極、固定于第一基板上的敏感器錨點(diǎn)、固定質(zhì)量塊錨點(diǎn)、第二基板的懸于第一基板上方的可沿縱向運(yùn)動(dòng)的敏感器柵質(zhì)量塊、將敏感器錨點(diǎn)和敏感器柵質(zhì)量塊相連的U形敏感器支撐梁、敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊、將敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量快和敏感器柵質(zhì)量塊相連的U形敏感器連接梁、固定質(zhì)量塊上的梳形固定電極、敏感器外部引出電極、U形敏感器支撐梁、電絕緣層、驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線和驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線引出電極，其特征在于所述的敏感器柵質(zhì)量塊是由縱向等間距、橫向平行的柵形電極、連接?xùn)判坞姌O的邊框及敏感器柵質(zhì)量塊矩形凸起組成，敏感器柵質(zhì)量塊矩形凸起有兩個(gè)且沿著敏感器柵質(zhì)量塊的橫向中心線位于敏感器柵質(zhì)量塊兩側(cè)；所述的敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊有兩個(gè)，分別位于敏感器柵質(zhì)量塊的兩側(cè)，由矩形塊、梳形可動(dòng)電極和敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊矩形凸起組成，其縱向長(zhǎng)度和敏感器柵質(zhì)量塊的主體長(zhǎng)度相同；敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊矩形凸起和敏感器柵質(zhì)量塊矩形凸起相對(duì)，形成電容調(diào)整間隙；每個(gè)敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊和敏感器柵質(zhì)量塊通過兩根位于敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊和敏感器柵質(zhì)量塊之間的U形敏感器連接梁相連，該兩根U形敏感器連接梁沿著敏感器柵質(zhì)量塊的橫向中心線對(duì)稱設(shè)置，該兩根U形敏感器連接梁沿著敏感器柵質(zhì)量塊的縱向中心線與位于敏感器柵質(zhì)量塊另一側(cè)的另兩根U形敏感器連接梁對(duì)應(yīng)對(duì)稱設(shè)置，實(shí)現(xiàn)敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊的橫向敏感；所述的每根敏感器連接梁始于矩形塊的一角，終于敏感器柵質(zhì)量塊的邊框的對(duì)應(yīng)角，其U形靠近敏感器柵質(zhì)量塊的橫向中心線；所述的梳形可動(dòng)電極由n個(gè)等間距的梳齒和連接梳齒的矩形條組成，n≥1，梳齒與矩形條垂直設(shè)置；梳形可動(dòng)電極在矩形塊的外側(cè)分別對(duì)應(yīng)組成兩組硅條組，每組硅條組分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在矩形塊的相應(yīng)處，每組硅條組包括平行設(shè)置的m條梳形可動(dòng)電極，m≥2，連接梳齒的矩形條與矩形塊側(cè)邊垂直設(shè)置；矩形塊一側(cè)每組的梳形可動(dòng)電極沿敏感器質(zhì)量塊的橫向中心線對(duì)稱設(shè)置；邊框兩側(cè)的四組硅條組，每組梳形可動(dòng)電極沿敏感器質(zhì)量塊的縱向中心線對(duì)應(yīng)對(duì)稱設(shè)置； 所述的敏感器錨點(diǎn)沿敏感器柵質(zhì)量塊的縱向中心線分別設(shè)置在敏感器柵質(zhì)量塊的兩端，并通過敏感器支撐梁與敏感器柵質(zhì)量塊連接，敏感器外部引出電極設(shè)置在一個(gè)敏感器錨點(diǎn)上；所述的固定質(zhì)量塊與每組硅條組一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，每個(gè)固定質(zhì)量塊包括固定質(zhì)量塊錨點(diǎn)和梳形固定電極；梳形固定電極設(shè)置在與硅條組對(duì)應(yīng)的一側(cè)，共有m條，梳形固定電極外形和梳形可動(dòng)電極相同；梳形可動(dòng)電極和梳形固定電極的位置對(duì)應(yīng)設(shè)置，梳形固定電極的梳齒與梳形可動(dòng)電極的梳齒對(duì)應(yīng)交叉設(shè)置；所述的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線共有兩根，分別縱向設(shè)置于相應(yīng)的矩形塊上，每根驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線的一端通過沿對(duì)應(yīng)的敏感器連接梁、邊框端和敏感器支撐梁上所鋪設(shè)的金屬導(dǎo)線與對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線引出電極連接；在驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線、金屬導(dǎo)線、驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線引出電極組成的金屬層與矩形塊對(duì)應(yīng)部分之間設(shè)置有電絕緣層；所述的電容調(diào)整間隙比對(duì)應(yīng)梳形可動(dòng)電極和梳形固定電極上的對(duì)應(yīng)梳齒間的橫向間距小一微米以上；所述的檢測(cè)用交叉梳齒狀固定對(duì)電極由沿橫向相對(duì)交叉的梳齒電極和引出電極組成，各相鄰梳齒電極間的間隙不小于一微米，交叉的梳齒電極對(duì)應(yīng)組成梳齒電極對(duì)；所述的柵形電極位于對(duì)應(yīng)的梳齒電極對(duì)的正上方。
專利摘要本實(shí)用新型一種嵌入橫向可動(dòng)電極的微慣性傳感器?，F(xiàn)有的傳感器的噪聲大、穩(wěn)定性差，量程和帶寬小。本實(shí)用新型的傳感器中敏感器柵質(zhì)量塊的兩側(cè)邊對(duì)稱設(shè)置有敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊，兩端對(duì)稱設(shè)置敏感器錨點(diǎn)，敏感器質(zhì)量塊內(nèi)有柵形電極；敏感器可橫向移動(dòng)質(zhì)量塊一側(cè)設(shè)置有硅條組，硅條組與固定質(zhì)量塊對(duì)應(yīng)設(shè)置。本實(shí)用新型中的微慣性傳感器結(jié)構(gòu)新穎，分辨率和靈敏度高，制作工藝簡(jiǎn)單，有利于降低成本和提高成品率。
文檔編號(hào)B81B7/02GK201694830SQ201020132388
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者董林璽, 顏海霞 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)