[发明专利]一种单片集成三轴加速度传感器及其制作工艺

说明书

本发明公开了一种单片集成三轴加速度传感器及其制作工艺，其中，采用微电子机械加工技术方法，利用4个双L型梁、两个质量块、中间双梁作为弹性元件，所述两个质量块将感受的加速度信息(a_x、a_y、a_z)转换为弹性元件形变，引起所述由弹性元件根部12个压敏电阻构成的3个惠斯通电桥结构输出电信号发生变化，可分别实现三个方向加速度(a_x、a_y、a_z)检测；并且，通过优化4个双L型梁和两个质量块、中间双梁尺寸，优选后三个检测电路检测对应加速度具有较好一致性。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及加速度传感器，特别地，涉及一种单片集成三轴加速度传感器及其制作工艺。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，传感器技术倍受重视，尤其在现代工业、汽车电子、航空航天、深海探测等领域得到广泛应用。

在现有技术中，用于检测三轴加速度的传感器包括电容式三轴加速度传感器、压电式三轴加速度传感器和压阻式三轴加速度传感器等。为实现空间三个方向加速度同时测量，通过组合封装相应敏感单元进行三轴加速度检测。

但是，在现有技术所公开的三轴加速度传感器中，因各方向敏感单元存在一定差异，在空间三个方向加速度同时测量过程中，传感器存在灵敏度、量程、准确度等特性不一致问题。尤其的，在现有技术的传感器中，x、y轴方向的灵敏度过低，而z轴方向的灵敏度过高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，通过采用微电子机械加工技术(MEMS)方法，利用4个双L型梁、两个质量块中间双梁作为弹性元件，所述两个质量块(m₁、m₂)将感受的加速度信息(a_x、a_y、a_z)转换为弹性元件形变，引起所述由弹性元件根部12个压敏电阻构成的3个惠斯通电桥结构输出电信号(V_xout1、V_xout2、V_yout1、V_yout2、V_zout1、V_zout2)发生变化，可分别实现三个方向加速度(a_x、a_y、a_z)检测；通过优化4个双L型梁和两个质量块中间双梁尺寸，优选后三个检测电路检测对应加速度具有较好一致性，完成本发明。

本发明一方面提供了一种单片集成三轴加速度传感器，具体体现在以下几方面：

(1)一种单片集成三轴加速度传感器，其中，所述传感器以SOI片为载体，所述SOI片包括器件硅1和衬底硅2，其中，在所述传感器的中心位置刻蚀有悬空结构，所述悬空结构包括第一质量块m1、第二质量块m2、第一中间梁ZL1、第二中间梁ZL2和四个L型梁，其中，对所述四个L型梁沿纵向进行拆分，形成八个L小梁，分别为第一L小梁L1、第二L小梁L2、第三L小梁L3、第四L小梁L4、第五L小梁L5、第六L小梁L6、第七L小梁L7和第八L小梁L8。

(2)根据上述(1)所述的单片集成三轴加速度传感器，其中，所述第一质量块m1和第二质量块m2位于所述悬空结构的中心，优选地，所述第一质量块m1和第二质量块m2沿传感器的x方向中心线或y方向中心线对称设置。

(3)根据上述(1)或(2)所述的单片集成三轴加速度传感器，其中，所述第一中间梁ZL1和第二中间梁ZL2设置于所述第一质量块m1和第二质量块m2之间，用于连接第一质量块m1和第二质量块m2；

优选地，所述第一中间梁ZL1和第二中间梁ZL2沿传感器的y方向中心线或x方向中心线对称设置，且均与第一质量块m1和第二质量块m2垂直；

更优选地，所述第一中间梁ZL1和第二中间梁ZL2的厚度等于器件硅的厚度。