双E型硅加速度传感器的研制。.pdfVIP

2001年12月 传 感 技 术 学 报 第4期 双 E型硅加速度传感器 的研制。 唐世 洪 ，张克梅 (湖南 吉首大 学物 理与 电子工程 系，湖 南，吉首 ，416000) 摘要 ：本文在简要介绍 了，利用硅 的各 向异性腐蚀工艺研制 的，双 E非整体弹性膜式硅 芯 片结构 的 同时 ，又较 详细地报 告 了，用此 芯 片封装 成的硅加速度敏 感元件及硅加速度传 感 嚣结构 ，最后介绍这种加速度传感器的优 良性能． 关键词 ：各 向异性腐蚀 双 E型硅弹性膜 硅加速度传感嚣 中·图分类法 ：TP212．1 文献标 识码 ：A 文章编 号 2001)04—0340—04 引 言 加速度传感器是稂 重要 的一类传感器 ，它广 泛地 用 于航空航 天 、交通运输 、建筑 、地质探 测等各个领域 ．人们为 了研制 出高能性 的加速度传感器 ，采用 了各种各样 的方法 ，也 已研制 出了如石英挠性伺服加速度计、平面振动式微硅加速度计等性能优 良的加速度传感器 【]． 但在各种各样 的设计与制作 的过程 中，其 目的都是尽可能地减小各封装件受环境温度 的影 响 ，使敏感 元件 粘接 的更 牢 固，以减 小迟滞误 差 ， 提 高 器 件 的精 度 ．当然 ，如 何 延 长 器件 的使 用 寿 命 ，也是现有硅加速 度传 感器 急需要解决 的迫切 问题．近几年来 我们 研制 了一种双 E型结构 的硅 芯 片 ，较有 效地解 决 了硅 芯 片受周 围相连接 的封 装件应 力影响 问题 ，并用 之封 装成 了性 能优 盎的 硅 加速度传 感器 ． 2 加速度传感器敏感元件结构 1 2 3 围 1 加速度敏感元件剖面 加速度传感器 的敏感 元件 中结构剖 面如 图 l 所示 ，它是过 垂直 于 图 2硅 芯 片平面且平行 于 AA 直线 的 中心 剖面 ． 各元件 的作用是 ：1 是核心部件一 一敏感硅芯片 ，其结构在下面专 门介绍 ；2 分别 为 上 、下 陶瓷过 载保 护 盖板 ，也起 到过载 限位保 护作 用 ，防止 由于加速 度过 大而损 坏硅 芯片 ； 3 是分别在敏感硅芯片两面对称帖两块质量相等 的钨质量块、 各元件 的连接方式 目前我们均采用化学粘接方法粘接 ，粘接上采 用 了特 殊 工艺 ，尽 可 能 使其 与周边 的 固接成 刚性连接． 0 来稿 日期 第 4期 唐 洪．张凫梅 ：圾 E坦硅加速度传感 器的研翻 341 3 结构及工作原理 (1) 硅 芯 片的结构 双 E型硅加速度传感器 的芯片结构如图 2所示 ．硅 圆片采用双面抛光 的 (10o)晶面 型硅 芯片 ，图 2La)中两个平 行 于 A—A 线 的虚 线框 所 示 的位置 是 四组压 阻 电桥 所在 的区 域 ，其工作原理与一般压 阻电桥式硅压力传感器相 同．图中画有斜线 的部分是将硅芯片腐蚀 穿所 形成 的槽孔 ，我们称之 为增 敏槽 ．其作 用一是将 敏感 区与圃支边 隔离 ，二 是使应 力集 中 在此敏感 区，使这部分获得较大的应变．由图可见这是一种非整体膜结构．由于在 同一硅芯 片上制作 了四组敏感 电桥 ，故本结构除了其均匀性和一致性都很好外 ，芯片 的成 品率也较单 组敏 感桥 的硅 芯 片增加 了四倍 ；也 由于敏感 电桥 远离 固支边 ，故 受周边 固支件 的应 力 、温度 变化等等因素 的影 响就很小 ，即可 以用此硅芯片封装成性能较好 的加速度传感器． (2) 质量块 的牯贴 将横 截 面为 如 图 2(c)所 示 的钨 质量 块 的窄面顺 长方 向粘贴在 硅芯 片的 中部 ，硅 芯 片正 反 两面对 称地 各粘贴 一块 ，粘接时注意切勿让牯合剂横 流^增 敏槽 内，改变钨质量块质量 的 大小 ，即可制 得不 同量程 和 不同灵敏度 的敏感硅 芯片．