CN116819126A - 基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器及制备方法，包括：框架，质量块，质量块设置在框架中部；支撑梁，支撑梁一端与质量块连接、另一端与框架连接，支撑梁设置有直角弯折；为含有直角的支撑梁，含有直角的支撑梁连接在质量块的四周侧边；敏感梁，敏感梁一端连接质量块、另一端连接框架，敏感梁上设置有应力感知仿生孔缝；带有应力感知仿生孔缝的敏感梁连接在质量块的四角；带有应力感知仿生孔缝的敏感梁与质量块的上表面处相连接，支撑梁与质量块的下表面处相连接，支撑梁与敏感梁构成双层结构。本发明将支撑梁与敏感梁分层设计，使加速度计检测更加灵活，既能提高加速度传感器的灵敏度，又能提升***的固有频率。
Description
技术领域
本发明涉及加速度传感器技术领域，尤其涉及一种基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器及制备方法。
背景技术
如今，世界已经步入智能感知、万物互联的时代，各个国家都极为重视传感器技术的发展，投入了大量资源予以支持，促使传感器新原理、新材料和新技术的研究更加的深入和广泛。作为微机械传感器领域中发展最为成熟的一类器件，MEMS(micro-electronicsmechanical system微机电***)压阻式加速度计是许多惯性测量应用中的核心器件，长期处于MEMS领域的研究热点位置，然而，现有技术的加速度传感器还普遍存在着灵敏度与固有频率相互制约的难题，限制了其在高端领域的应用。
因此，现有技术仍需进一步改进与发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器及制备方法，通过设计含有直角的支撑梁，具有多个应力感知仿生孔缝的敏感梁，并将支撑梁与敏感梁分层设计，使加速度计的设计更加灵活，既能提高加速度传感器的灵敏度，又能提升***的固有频率。
本发明的技术方案如下：
一种基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其中，包括：
框架，
质量块，所述质量块设置在所述框架中部；
支撑梁，所述支撑梁一端与质量块连接、另一端与框架连接，所述支撑梁设置有直角弯折；为含有直角的支撑梁，所述含有直角的支撑梁连接在所述质量块的四周侧边；
敏感梁，所述敏感梁一端连接质量块、另一端连接框架，所述敏感梁上设置有应力感知仿生孔缝；带有应力感知仿生孔缝的敏感梁连接在所述质量块的四角；
所述带有应力感知仿生孔缝的敏感梁与质量块的上表面处相连接，所述支撑梁与质量块的下表面处相连接，所述支撑梁与所述敏感梁构成双层结构。
所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其中，支撑梁为相互垂直相连的含有直角的支撑梁。
所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其中，所述带有应力感知仿生孔缝的敏感梁包括：
应力感知仿生孔缝，设置于所述敏感梁靠近框架或质量块位置；
压敏电阻，设置于所述敏感梁上表面上，环绕所述应力感知仿生孔缝布置。
所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其中，所述敏感梁为四个、分别从质量块四角延伸设置，四个敏感梁沿质量块的一条轴放置，并每个敏感梁与质量块的边缘对齐，四个敏感梁呈中心对称分布。
所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其中，所述含有直角的支撑梁为相互垂直相连的梁，含有直角的支撑梁的一端为固定端连接在框架上，另一端为连接端连接所述质量块下表面。
所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其中，含有直角的支撑梁一端连接在框架上，为固定端，另一端连接质量块，为连接端，但含有直角的支撑梁包括一个直角或多个直角。
所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其中，所述敏感梁的数量为四个或四个以下；
当所述敏感梁的数量为四个时，四个所述敏感梁沿质量块的一条轴设置，并使敏感梁与质量块的边缘对齐。
所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其中，所述应力感知仿生孔缝为所述敏感梁上仿生横向缝，每个所述敏感梁上的所述仿生横向缝之间平行排布；
所述应力感知仿生孔缝设置在所述敏感梁上，所述应力感知仿生孔缝贯穿所述敏感梁，所述支撑梁设置为螺旋形多直角梁；
所述应力感知仿生孔缝的两头尖端为半圆型结构。
所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其中，
所述双层多梁加速度传感器包括相互连接在一起的第一层多梁加速度传感器和第二层多梁加速度传感器；
所述第一层多梁加速度传感器包括：
第一框架，
第一质量块，所述第一质量块设置在所述第一框架中部；
支撑梁，所述支撑梁一端与所述第一质量块的下表面连接、所述支撑梁的另一端与所述第一框架连接，所述支撑梁设置有直角弯折；为含有直角的支撑梁，所述含有直角的支撑梁连接在所述第一质量块的四周侧边；
所述第二层多梁加速度传感器包括：
第二框架，
第二质量块，所述第二质量块设置在所述第二框架中部；
敏感梁，所述敏感梁一端与第二质量块的上表面连接、所述敏感梁的另一端连接第二框架，所述敏感梁上设置有应力感知仿生孔缝；带有应力感知仿生孔缝的敏感梁连接在所述第二质量块的四角。
一种基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器的制备方法，其中，包括以下步骤：
提供第一衬底制作第一层多梁加速度传感器：
S1.通过热氧化提高后续压阻离子注入的均匀性，得到二氧化硅层保护硅片表面，即得到第一衬底；
S2.在所述第一衬底上对背腔进行刻蚀，得到第一质量块与含有直角的支撑梁框架；
S3.在所述第一衬底围绕第一质量块的四周位置分别光刻蚀形成含有直角的支撑梁，得到第一层多梁加速度传感器；
提供第二衬底制作第二层多梁加速度传感器：
S21.在第二衬底上对背腔进行刻蚀，得到第一质量块与敏感梁框架；
S22.刻蚀形成多个第二通孔，在第二通孔处刻蚀形成长轴朝向衬底中心的所述敏感梁；
S23.在所述敏感梁上向下刻蚀，根据敏感梁厚度刻蚀出应力感知仿生孔缝；
S24.光刻出敏感梁表面，以及应力感知仿生孔缝四周的压敏电阻；
S25.金属溅射制作引线，选用铜作为引线的顶层金属，形成所述第二层多梁加速度传感器；
制作传感器：
将得到的第一层多梁加速度传感器与第二层多梁加速度传感器，采用硅-硅键合的方式相互粘贴连接，形成一个整体，得到所述基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器。
有益效果：本发明公开了一种基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器及制备方法，包括：质量块，框架，连接质量块与框架的含有直角的支撑梁，连接质量块与框架的含有应力感知仿生孔缝的敏感梁，分布在敏感梁上的应力感知仿生孔缝。其特征在于：所述含有直角的支撑梁连接在所述质量块的四周；所述带有应力感知仿生孔缝的敏感梁连接在所述质量块的四周；所述带有应力感知仿生孔缝的敏感梁包括：应力感知仿生孔缝，设置于所述微梁靠近框架或质量块位置；压敏电阻，设置于所述敏感梁上表面上，环绕所述孔缝布置；所述框架与所述含有直角的支撑梁、所述带有仿生应力感知孔缝的敏感梁相连；质量块与含有直角的支撑梁与敏感梁构成双层结构。带有直角的支撑梁，降低梁的刚度，通过直角设计增加梁的长度，提高了质量块受力情况下支撑梁的形变，提高传感器的敏感度；薄且小的敏感梁及应力感知仿生孔缝提高传感器的灵敏度；较宽较厚的含有直角的支撑梁及双层结构使加速度传感器在具有高灵敏度的同时具有足够的固有频率。
附图说明
图1为本发明实施例的加速度传感器的第一立体结构示意图。
图2为本发明实施例的加速度传感器的第二立体结构示意图。
图3为本发明实施例的加速度传感含有直角的支撑梁的结构示意图。
图4为本发明实施例的加速度传感器敏感梁的结构示意图。
图5(a)、图5(b)、图5(c)为本发明中改变结构频率有限元仿真图。
图6(a)、图6(b)、图6(c)为本发明中改变结构应力有限元仿真图。
图7(a)、图7(b)、图7(c)、图7(d)、图7(e)、图7(f)、图7(g)、图7(h)为本发明中传感器制作图。
图8为本发明中传感器俯视图。
具体实施方式
本发明提供一种基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“两侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
请同时参阅图1-图6(a)-图6(c)，本发明提供了一种基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器的一些实施例。本发明实施例的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器包括：质量块1，框架4，连接质量块1与框架4的含有直角的支撑梁2，连接质量块1与框架4的含有应力感知仿生孔缝的敏感梁3，分布在敏感梁3上的应力感知仿生孔缝301。所述含有直角的支撑梁2连接在所述质量块1的四周侧边；所述带有应力感知仿生孔缝301的敏感梁3连接在所述质量块1的四角边。
如图1-图6所示，本发明实施例的一种基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，包括：质量块1，含有直角的支撑梁2，敏感梁3，框架4。
其中，如图3所示，所述含有直角的支撑梁2包括201固定端，202连接端。
其中，如图4所示，所述带有应力感知仿生孔缝的敏感梁3包括：
应力感知仿生孔缝301，设置于所述敏感梁3靠近框架4或质量块1位置；
压敏电阻302，设置于所述敏感梁3上表面上，环绕所述应力感知仿生孔缝301布置；所述框架4与所述含有直角的支撑梁2、所述应力感知仿生孔缝301的敏感梁3相连；所述质量块1与含有直角的支撑梁2与敏感梁3构成双层结构。
本发明实施例中，含有直角的支撑梁连接质量块与框架，含有应力感知仿生孔缝的敏感梁连接质量块与框架，含有直角的支撑梁与含有应力感知仿生孔缝的敏感梁在不同平面，二者构成双层梁结构。
本发明实施例中当传感器受到加速度作用时，质量块在力的作用下带动悬臂梁发生形变，引起其上的应变电阻产生应变，导致阻值发生变化，由它们所构成的惠斯通电桥在电阻阻值改变时会产生电压输出，这样就将外加的加速度变化转换成了输出电压的变化。
本发明实施例中，如图1所示，传感器检测层为MEMS结构，采用压阻感知方式，其上刻蚀力传感结构，悬臂梁分为敏感梁3和含有直角的支撑梁2，敏感梁3上包含应力传感结构。其中，MEMS是micro-electronics mechanical system微机电***。
本发明实施例的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，当受到加速度作用时，质量块1受到惯性力作用发生运动，与其相连的悬臂梁(即支撑梁2和敏感梁3一起构成悬臂梁)发生形变，引起敏感梁3上的压敏电阻阻值发生变化，由它们所构成的惠斯通电桥在压敏电阻阻值改变时会产生电压输出，这样就将外加的加速度变化转换成了输出电压的变化，信号采集线将传感器的信号传递出来。
值得说明的是，如图2所示，所述含有直角的支撑梁2为相互垂直相连的梁，含有直角的支撑梁2的一端连接在框架4上，为固定端，另一端连接质量块1，为连接端，本发明可通过直角设计增加梁的长度，与直梁相比，直角梁刚度低，质量块在受力情况下支撑梁更易发生形变，提高传感器的敏感度。值得说明的是：含有直角的支撑梁2不仅限于一个直角，可根据场景需要增加直角个数，如设置成螺旋形多直角梁结构。这样，直角数越多，梁的刚度越低，受力可产生更大形变，即结构刚度降低，梁更易发生形变，可以测更大的灵敏度，适用于高灵敏度需求场景。
本发明实施例的加速度传感器刚度系数与含有直角的支撑梁2的固定端梁长a、连接端梁长b呈负相关，而与含有直角的支撑梁的厚度t及宽度w呈正相关，因此，设计时可根据应用场景需要改变梁的相关参数。例如，可通过减小含有直角的支撑梁2的固定端梁长a、连接端梁长b而增大梁的厚度t及宽度w来提高加速度传感器固有频率。本发明实施例中较佳地，所述敏感梁厚度可以小且薄，而含有直角的支撑梁的厚度，宽度较大，影响***固有频率，例如含有直角的支撑梁与敏感梁的厚度比大于等于2：1，且二者的厚度和小于质量块的厚度。
本发明实施例中，如图3所示，所述敏感梁3上设置有应力感知仿生孔缝301，所述应力感知仿生孔缝301位于敏感梁3上，敏感梁3面积小且薄，所述敏感梁3上的应力感知仿生孔缝301结构，提高了敏感梁3上的有效应力，传感器测量灵敏度提升。所述应力感知仿生孔缝301贯穿所述敏感梁3，所述应力感知仿生孔缝301为所述敏感梁3上仿生横向缝，每个所述敏感梁3上的所述仿生横向缝之间平行排布，所述应力感知仿生孔缝301的个数可以根据应用场景需要具体确定，当应用场景需要较精确的应力感知时，可增加所述应力感知仿生孔缝301的数量。通过增加设置所述应力感知仿生孔缝301的数量，可以实现更精确的应力感知。
本发明实施例中，所述应力感知仿生孔缝301的两头尖端为半圆型结构，应力在半圆型结构位置分散，使所述敏感梁3的结构更加稳固。较佳地，所述应力感知仿生孔缝301的长宽比范围为0.1-100，每个敏感梁3上的所述压敏电阻的长度小于等于该敏感梁3上所刻蚀的所有应力感知仿生孔缝301的宽度和长度。
本发明实施例中，如图1所示，所述敏感梁3为四个、分别从质量块1四角延伸设置，四个敏感梁3沿质量块1的一条轴放置，并使其与质量块1的边缘对齐，以增加结构稳定性；质量块1的每条边连接一个敏感梁3，四个敏感梁3呈中心对称分布，约束非工作方向的位移，使交叉耦合降低。
当然本发明具体实施例中，敏感梁的数量不限于固定为四个，可根据应用场景改变敏感梁的个数。本实施例中，将敏感梁边缘与质量块边缘对齐，使***更加稳定，若想获得更大应力可适当减少敏感梁个数。
在一种实施方式中，如图4所示，本实施例所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器制作成双层结构，将带有应力感知仿生孔缝的敏感梁3与质量块1的上表面处相连接，支撑梁2与质量块1的下表面处相连接，质量块1和支撑梁2与质量块1和敏感梁3构成双层结构，加强了横向扭转刚度。
即本发明中采用所述含有直角的支撑梁连接在所述质量块的下表面上；所述带有仿生应力集中孔缝的敏感梁连接在所述质量块的上表面上；二者构成双层梁结构，减小质量块质心与梁质心之间的距离，梁的形变接近于直拉直压状态，有效地限制质量块的扭转作用，同时提高***的固有频率。
当然，在另外的实施例中，本发明敏感梁3所在层与含有直角的支撑梁2所在层并非固定在某一层，两层之间的间距可根据应用场景改变，两层之间的间距越小，***的固有频率越低；间距越大，***的固有频率越高。
本发明实施例中，当有加速度作用在工作方向时，微梁(支撑梁2和敏感梁3)形变接近于直拉直压状态，有效地限制了横向加速度对质量块1的扭转作用。有限元分析表明，图5(a)为双层结构模态频率，图5(b)为单层结构模态频率，与单层结构相比，双层结构的***模态频率得到大幅提升。同时，根据应用场景的需要，可以改变双层结构之间的间距，图5(c)可看出减小二者间距的模态频率时***的模态频率变小。
在本发明的一个较佳实施例中，如图6所示，有限元分析表明，将支撑梁2设置为螺旋形多直角梁，或改变敏感梁的个数皆可使结构应力得到改变。图6(a)为4个含有一个直角的支撑梁、4个敏感梁等效应力分析图，图6(b)为2个螺旋形含有两个直角的梁、4个敏感梁等效应力分析图，图6(c)为4个含有直角的支撑梁、2个敏感梁等效应力分析图。梁的数量、形状可根据应用场景需要对进行更改。敏感梁的个数增加时，***的最大应力降低，灵敏度减小；敏感梁的个数减少时，***的最大应力增加，灵敏度增大。含有直角的支撑梁的直角个数减少时，***最大应力降低，灵敏度减小。直角个数增加时，***最大应力增加，灵敏度增大。
进一步较佳地，本发明实施例的一种基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器的大小规格为：传感器的大小为4300微米*4300微米*300微米，质量块的大小为2500微米*2500微米*300微米，含有直角的支撑梁大小为连接端大小为500微米*200微米*100微米，固定端大小为1600微米*300微米*100微米，敏感梁大小为600微米*300微米*50微米，仿生孔缝的长度为160微米，宽度为50微米，间距为50微米，在仿生孔缝组两侧设置有压敏电阻，压敏电阻302在敏感梁3两侧的长度为80微米，刻蚀深度为5微米，在压敏电阻两端的梁平面上设置压敏电阻302的端点，端点的大小为10微米*10微米，深度为5微米，用于将压敏电阻302的形变信息导出，铜引线通过位于三条孔缝之间的间距引出至位于传感器外侧的引脚上。
本发明实施例中，较佳地，所述双层多梁加速度传感器包括相互连接在一起第一层多梁加速度传感器101(如图7(c)所示)和第二层多梁加速度传感器102(如图7(g)所示)；
所述第一层多梁加速度传感器101包括：
第一框架41，
第一质量块11，所述第一质量块11设置在所述第一框架41中部；如图7(b)所示；
支撑梁2，所述支撑梁2一端与所述第一质量块11的下表面连接、所述支撑梁2的另一端与所述第一框架41连接，所述支撑梁2设置有直角弯折；为含有直角的支撑梁，所述含有直角的支撑梁2连接在所述第一质量块11的四周侧边；
所述第二层多梁加速度传感器102包括：
第二框架42，
第二质量块21，所述第二质量块21设置在所述第二框架42中部；
敏感梁3，所述敏感梁3一端与第二质量块21的上表面连接、所述敏感梁3的另一端连接第二框架42，所述敏感梁3上设置有应力感知仿生孔缝301；带有应力感知仿生孔缝的敏感梁连接在所述第二质量块的四角。
上述实施例中，所述第一层多梁加速度传感器101(如图7(c)所示)和第二层多梁加速度传感器102采用硅-硅键合的方式相互粘贴连接形成所述双层多梁加速度传感器，其中，所述第一框架41和所述第二框架42共同形成本申请所述基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器的框架4，所述第一质量块11和第二质量块21共同形成本申请所述基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器的质量块1。
基于上述实施例，如图7(a)图7(b)-图7(c)-图7(d)-图7(e)-图7(f)-图7(g)-图7(h)所示，本发明实施例所述的仿生孔缝的多梁加速度传感器的制作方法，包括以下步骤：
步骤S100、提供第一衬底(硅片基底)制作质量块-敏感梁层(即第一层多梁加速度传感器101)：
具体地，本发明中采用硅片作为第一衬底10，在所述第一衬底10(硅片基底)上制作质量块、应力感知结构，连接引线，得到质量块-敏感梁层(即第一层多梁加速度传感器101)。具体的，包括以下步骤：
S1.通过热氧化提高后续压阻离子注入的均匀性，得到二氧化硅层保护硅片表面，即得到第一衬底(硅片基底)10；
S2.在所述第一衬底10(硅片基底)上对背腔进行刻蚀，得到第一质量块11与直角的支撑梁框架(即第一框架41)；如图7(b)所示，
S3.在所述第一衬底(硅片基底)10围绕第一质量块11的四周位置分别光刻蚀形成均匀的多个第一通孔12，在第一通孔12处刻蚀形成含有直角的支撑梁2；形成所述的质量块-敏感梁层(第一层多梁加速度传感器101)如图7(c)所示。
步骤S200、提供第二衬底(硅片基底)20制作质量块-含有直角的支撑梁层(即为第二层多梁加速度传感器102)：
具体地，本发明中采用硅片作为衬底，在所述第二衬底(硅片基底)上制作质量块1、含有直角的支撑梁2结构，得到质量块-含有直角的支撑梁层。具体的，如图7(e)图7(f)-图7(g)-图7(h)所示，包括以下步骤：
S21.在第二衬底20(硅片基底)上对背腔进行刻蚀，得到第二质量块21与敏感梁框架(即第二框架42)；如图7(e)所示；
S22.刻蚀形成多个第二通孔13，在第二通孔13处刻蚀形成敏感梁3；如图7(f)所示；
S23在所述敏感梁3上向下刻蚀，根据敏感梁3厚度刻蚀出应力感知仿生孔缝301；图7(g)所示；
S24.光刻出敏感梁3表面，以及应力感知仿生孔缝301四周的压敏电阻302；如图1所示；
S6.金属溅射制作引线，选用铜作为引线的顶层金属，形成所述质量块—敏感梁层(即为第二层多梁加速度传感器102)；如图7(g)所示；
步骤S300、制作传感器：
将图7(c)所示的质量块-敏感梁层(第一层多梁加速度传感器101)、与图7(g)所示的质量块-含有直角的支撑梁层(第二层多梁加速度传感器102)二者采用硅-硅键合的方式粘贴连接，形成一个整体，得到基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，如图8所示。
综上所述，本发明公开了一种基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，包括质量块，框架，连接质量块与框架的含有直角的支撑梁，连接质量块与框架的含有应力感知仿生孔缝的敏感梁，分布在敏感梁上的应力感知仿生孔缝。所述含有直角的支撑梁连接在所述质量块的四周；所述带有应力感知仿生孔缝的敏感梁连接在所述质量块的四周；所述带有应力感知仿生孔缝的敏感梁包括：应力感知仿生孔缝，设置于所述微梁靠近框架或质量块位置；压敏电阻，设置于所述敏感梁上表面上，环绕所述孔缝布置；所述框架与所述含有直角的支撑梁、所述带有仿生应力感知孔缝的敏感梁相连；质量块与含有直角的支撑梁与敏感梁构成双层结构。当有加速度信号输入时，质量块受到相应的惯性力，带有应力感知仿生孔缝的敏感微梁上的压敏电阻阻值发生变化；孔缝的应力集中通过惠斯通电桥转换成与加速度值成比例的电压值，完成对加速度信号的测量。含有直角的支撑梁与敏感梁分两层连接，既保证***较高固有频率，又得到高灵敏度。敏感梁上孔缝使应力集中，提高传感器的灵敏度，含有直角的支撑梁使加速度传感器在具有高灵敏度的同时具有足够的固有频率。使加速度计的设计更加灵活，达到均衡提高固有频率和灵敏度的目的。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其特征在于，包括：
框架，
质量块，所述质量块设置在所述框架中部；
支撑梁，所述支撑梁一端与质量块连接、另一端与框架连接，所述支撑梁设置有直角弯折；为含有直角的支撑梁，所述含有直角的支撑梁连接在所述质量块的四周侧边；
敏感梁，所述敏感梁一端连接质量块、另一端连接框架，所述敏感梁上设置有应力感知仿生孔缝；带有应力感知仿生孔缝的敏感梁连接在所述质量块的四角；
所述带有应力感知仿生孔缝的敏感梁与质量块的上表面处相连接，所述支撑梁与质量块的下表面处相连接，所述支撑梁与所述敏感梁构成双层结构。
2.根据权利要求1所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其特征在于，支撑梁为相互垂直相连的含有直角的支撑梁。
3.根据权利要求1所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其特征在于，所述带有应力感知仿生孔缝的敏感梁包括：
应力感知仿生孔缝，设置于所述敏感梁靠近框架或质量块位置；
压敏电阻，设置于所述敏感梁上表面上，环绕所述应力感知仿生孔缝布置。
4.根据权利要求1所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其特征在于，所述敏感梁为四个、分别从质量块四角延伸设置，四个敏感梁沿质量块的一条轴放置，并每个敏感梁与质量块的边缘对齐，四个敏感梁呈中心对称分布。
5.根据权利要求1所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其特征在于，所述含有直角的支撑梁为相互垂直相连的梁，含有直角的支撑梁的一端为固定端连接在框架上，另一端为连接端连接所述质量块下表面。
6.根据权利要求2所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其特征在于，含有直角的支撑梁一端连接在框架上，为固定端，另一端连接质量块，为连接端，但含有直角的支撑梁包括一个直角或多个直角。
7.根据权利要求3所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其特征在于，所述敏感梁的数量为四个或四个以下；
当所述敏感梁的数量为四个时，四个所述敏感梁沿质量块的一条轴设置，并使敏感梁与质量块的边缘对齐。
8.根据权利要求1所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其特征在于，所述应力感知仿生孔缝为所述敏感梁上仿生横向缝，每个所述敏感梁上的所述仿生横向缝之间平行排布；
所述应力感知仿生孔缝设置在所述敏感梁上，所述应力感知仿生孔缝贯穿所述敏感梁，所述支撑梁设置为螺旋形多直角梁；
所述应力感知仿生孔缝的两头尖端为半圆型结构。
9.根据权利要求1所述的基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器，其特征在于，
所述双层多梁加速度传感器包括相互连接在一起的第一层多梁加速度传感器和第二层多梁加速度传感器；
所述第一层多梁加速度传感器包括：
第一框架，
第一质量块，所述第一质量块设置在所述第一框架中部；
支撑梁，所述支撑梁一端与所述第一质量块的下表面连接、所述支撑梁的另一端与所述第一框架连接，所述支撑梁设置有直角弯折；为含有直角的支撑梁，所述含有直角的支撑梁连接在所述第一质量块的四周侧边；
所述第二层多梁加速度传感器包括：
第二框架，
第二质量块，所述第二质量块设置在所述第二框架中部；
敏感梁，所述敏感梁一端与第二质量块的上表面连接、所述敏感梁的另一端连接第二框架，所述敏感梁上设置有应力感知仿生孔缝；带有应力感知仿生孔缝的敏感梁连接在所述第二质量块的四角。
10.一种基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供第一衬底制作第一层多梁加速度传感器：
S1.通过热氧化提高后续压阻离子注入的均匀性，得到二氧化硅层保护硅片表面，即得到第一衬底；
S2.在所述第一衬底上对背腔进行刻蚀，得到第一质量块与含有直角的支撑梁框架；
S3.在所述第一衬底围绕第一质量块的四周位置分别光刻蚀形成含有直角的支撑梁，得到第一层多梁加速度传感器；
提供第二衬底制作第二层多梁加速度传感器：
S21.在第二衬底上对背腔进行刻蚀，得到第一质量块与敏感梁框架；
S22.刻蚀形成多个第二通孔，在第二通孔处刻蚀形成长轴朝向衬底中心的所述敏感梁；
S23.在所述敏感梁上向下刻蚀，根据敏感梁厚度刻蚀出应力感知仿生孔缝；
S24.光刻出敏感梁表面，以及应力感知仿生孔缝四周的压敏电阻；
S25.金属溅射制作引线，选用铜作为引线的顶层金属，形成所述第二层多梁加速度传感器；制作传感器：
将得到的第一层多梁加速度传感器与第二层多梁加速度传感器，采用硅-硅键合的方式连接，形成一个整体，得到所述基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器。
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|---|---|---|---|
| CN202310639009.6A CN116819126A (zh) | 2023-05-31 | 2023-05-31 | 基于仿生孔缝的双层多梁加速度传感器及制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN117607489A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-27 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 压阻式加速度传感器的敏感结构及加速度传感器 |
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2023
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| CN117607489B (zh) * | 2024-01-17 | 2024-04-09 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 压阻式加速度传感器的敏感结构及加速度传感器 |
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