一种低温漂的压阻式加速度传感器的制作方法

    专利查询2025-05-22  12


    本发明属于微电子机械系统(mems),具体涉及一种低温漂的压阻式加速度传感器。


    背景技术:

    1、微电子机械系统(mems,micro-electro-mechanical system),利用半导体制造工艺和材料,将微结构、微传感器、控制处理电路甚至通信电路、接口电路等制造在一块或多块芯片的微型集成系统。

    2、mems加速度传感器具有结构简单、线性度高、后端信号易处理等优点,广泛应用于航空航天、汽车、消费电子和工业测控等领域,具有广阔的市场应用前景。

    3、压阻式加速度传感器主要是利用单晶硅的压阻效应,加速度产生的惯性力引起质量块位移导致敏感梁形变,敏感梁上的电阻由于压阻效应发生变化,导致桥路电压发生改变,以此实现对加速度的测量。

    4、然而压敏电阻对温度变化较敏感,传感器芯片上惠斯通电路产生焦耳热引起的温度变化不仅导致电阻率和压阻系数发生变化,更严重的使结构产生热应力造成敏感梁变形导致零点持续漂移。抑制温漂的传统方法是通过补偿电路,如专利《能降低温漂的硅微压阻式加速度计》(申请号200810080057.1)中引入外围调零电阻与压敏电阻构成惠斯通电桥,对桥路进行电阻配平,专利《一种mems压阻式加速度计及其制备方法》(申请号202410129504.7)中在压敏电阻中嵌入多个平行排布的长条状金属电极,当温度升高导致压敏电阻阻值降低时金属电极阻值增大实现补偿。上述方法均是从温度引起电阻率变化这一方向进行补偿,并没有解决热应力引起的温漂。


    技术实现思路

    1、为克服上述技术问题,本发明公开了一种弹簧质量块结构的mems压阻式加速度传感器芯片,一方面,质量块四端设计有弹簧结构,可以释放因焦耳热产生的热变形,保证敏感梁处变形减小,芯片的温漂减小,另一方面,弹簧结构的厚度与质量块相同,在厚度方向仍保持较大的刚度,因此芯片的固有频率不会因弹簧结构而降低。

    2、本发明采用的具体技术方案为:

    3、敏感梁、弹簧质量块、上下盖板、支撑框架和压敏电阻,其特征在于质量块的四端通过弹簧结构分别与四个敏感梁相连,敏感梁的另一段与支撑框架相连,压敏电阻位于敏感梁上靠近支撑框架一侧,压敏电阻构成惠斯通全桥电路,支撑框架的上下端面通过bcb胶分别与上下盖板粘合。

    4、上述方案中,质量块带有弹簧结构,弹簧结构的厚度与质量块相同。

    5、上述方案中,弹簧结构可采用一折、两折甚至多折。

    6、上述方案中,敏感梁的一端与质量块的弹簧结构相连,另一端与支撑框架相连,敏感梁的厚度远远小于质量块厚度。

    7、上述方案中,敏感梁结构宽而短,保证结构固有频率的同时提高灵敏度。

    8、上述方案中,压敏电阻构成惠斯通全桥电路。

    9、上述方案中,支撑梁的上下端面通过bcb胶分别与上下盖板键合。

    10、本发明的增益效果是,压敏电阻通电产生焦耳热,导致芯片温度升高,温升带来的热膨胀导致结构发生形变,敏感梁一端连接具有弹簧结构的质量块产生热变形可释放局部热应力,降低敏感梁在温度变化下的热变形,从而降低热应力产生的温漂,同时折叠结构的厚度和质量块相同,因此厚度方向的刚度不会因弹簧结构而大大降低,可保证加速度传感器芯片具有较高的固有频率,另外敏感梁采用四端排布,可进一步增大结构的固有频率,敏感梁采用宽而短的设计,使得局部应力集中,提升芯片的灵敏度。

    11、本发明从器件结构上解决了焦耳热引起的零点漂移,不需要额外的补偿电路,在保证固有频率较高的同时兼顾灵敏度,性能优越易于加工。



    技术特征:

    1.一种低温漂的压阻式加速度传感器,其特征包括:上盖板、支撑框架、压敏电阻、弹簧质量块、敏感梁和下盖板;所述敏感梁分别位于质量块的四个角,每个敏感梁上分别布置一个压敏电阻,构成惠斯通全桥电路;所述敏感梁与支撑框架相连;所述支撑框架通过bcb胶分别与上、下盖板粘合;所述质量块带有弹簧结构,分别与敏感梁相连;所述弹簧结构为一折、两折甚至多折结构。

    2.根据权利要求1所述低温漂的压阻式加速度传感器,其特征在于,所述弹簧结构的厚度与质量块相同。

    3.根据权利要求1所述低温漂的压阻式加速度传感器,其特征在于,所述弹簧结构可以对称排布,也可以非对称排布。

    4.根据权利要求1所述低温漂的压阻式加速度传感器,其特征在于,所述敏感梁厚度远远小于质量块厚度。

    5.根据权利要求1所述低温漂的压阻式加速度传感器,其特征在于,采用mems制造技术制备得到。


    技术总结
    本发明公开了一种低温漂的压阻式加速度传感器,包括上盖板、支撑框架、压敏电阻、弹簧质量块、敏感梁和下盖板。该结构中压敏电阻构成惠斯通全桥电路,敏感梁位于质量块的四个角上,质量块厚度均匀且有弹簧结构,并分别与敏感梁相连,该结构可以降低敏感梁因焦耳热导致的热变形应力,降低零点漂移,同时保持有较高的固有频率。

    技术研发人员:周浩楠,何长运,李宋,冯艳露,张亚婷
    受保护的技术使用者:北京智芯传感科技有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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