隔振组合梁结构及其低应力MEMS加速度计的制作方法

本发明涉及mems加速度计，具体涉及隔振组合梁结构及其低应力mems加速度计。

背景技术：

1、mems加速度计传感器作为惯性导航装备领域的核心器件之一，其指标和误差大小直接影响设备导航精度的高低，特别是在具备高精度应用要求的航空、航天、军事装备领域，对mems加速度计传感器的指标等提出了更高要求。

2、在现有产品技术中，mems加速度计的全温特性指标差、振动整流误差大等成为了加速度计产品应用的技术瓶颈，严重妨碍及限制了mems加速度计在高精度领域的应用，mems加速度计器件由于受工艺制造、封装贴片等引入的残余应力、热应力导致加速度计的温度灵敏度指标随着环境温度的变化而显著变差，器件本身由于受外界环境冲击、振动的干扰，振动整流误差偏大的现象依然存在。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供隔振组合梁结构及其低应力mems加速度计，可以有效解决外界有振动、冲击、以及传感器环境温度变化时，会引起结构晃动以及工艺制造过程中的残余应力和封装贴片过程中胶与衬底的热应力产生变化，这将会使得敏感结构在内部梁和固定锚点的作用下产生结构抖动、倾斜及热形变，从而引起加速度计敏感梳齿电容发生改变，最终导致加速度计发生非响应性的输出信号，形成误差源，以致影响器件的振动整流误差值和全温特性指标的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的其中一个技术方案为：隔振组合梁结构，该结构用于对外界环境振动、冲击和残余热应力进行有效的减震、隔离和释放，以及对mems加速度计的衬底层引入的热应力进行隔离、释放，抑制封装贴片的热应力对mems加速度计的固定梳齿电极的影响，防止敏感结构和电极在工作时受外界环境干扰产生抖动、倾斜及热形变，防止器件振动和温度误差源的产生，其结构包括：

3、外部类环形隔离机构和内部矩形环双环嵌套机构，共同作用于对外界环境振动、冲击和残余热应力进行有效的减震、隔离和释放；

4、左固定梳齿锚点双环嵌套机构和右固定梳齿锚点双环嵌套机构，用于对衬底层引入的热应力进行隔离、释放，抑制封装贴片的热应力对相对应的固定梳齿电极的影响；

5、其中，内部矩形环双环嵌套机构位于外部类环形隔离机构形成的内部；

6、左固定梳齿锚点双环嵌套机构和右固定梳齿锚点双环嵌套机构结构相同，关于该结构的竖向中心线左右对称；

7、内部矩形环双环嵌套机构、外部类环形隔离机构、左固定梳齿锚点双环嵌套机构和右固定梳齿锚点双环嵌套机构均安装于衬底层上。

8、进一步的，所述外部类环形隔离机构包括：

9、至少八组外环折叠梁，八组所述外环折叠梁首尾相连，形成矩形折叠框；矩形折叠框通过外层固定锚定锚定其四个顶角安装在衬底层上；

10、至少四根内侧双端固支梁，且两两对称于矩形折叠框中心部位；至少两根外侧双端固支梁，其位于矩形折叠框框内的左右两侧；

11、其中，每根内侧双端固支梁一端与内部矩形环双环嵌套机构相连；

12、每根外侧双端固支梁的一端与矩形折叠框相连。

13、进一步的，所述内部矩形环双环嵌套机构包括：

14、内层固定锚点，其用于将内部矩形环双环嵌套机构固定安装衬底层上；

15、内层第一隔离矩形环，其外套于内层固定锚点的外部；

16、至少四个内层第一隔离短梁，其用于连接内层固定锚点和内层第一隔离矩形环的四角；

17、内层第二隔离矩形环，其外套于内层第一隔离矩形环的外部；

18、至少四个内层第二隔离短梁，用于连接内层第一隔离矩形环和内层第二隔离矩形环的四角；

19、其中，内层第二隔离矩形环的外框与每根内侧双端固支梁的一端相连。

20、进一步的，所述左固定梳齿锚点双环嵌套机构包括：

21、左固定梳齿锚点，其用于将左固定梳齿锚点双环嵌套机构固定安装衬底层上；

22、左固定梳齿第一隔离矩形环，其外套于左固定梳齿锚点的外部；

23、至少四个左固定梳齿第一隔离短梁，其用于连接左固定梳齿锚点和左固定梳齿第一隔离矩形环的四角；

24、左固定梳齿第二隔离矩形环，其外套于左固定梳齿第一隔离矩形环的外部；

25、至少四个左固定梳齿第二隔离短梁，用于连接左固定梳齿第一隔离矩形环和左固定梳齿第二隔离矩形环的四角；

26、其中，左固定梳齿第二隔离矩形环的外框与mems加速度计的左固定梳齿相连。

27、进一步的，所述右固定梳齿锚点双环嵌套机构包括：

28、右固定梳齿锚点，其用于将右固定梳齿锚点双环嵌套机构固定安装衬底层上；

29、右固定梳齿第一隔离矩形环，其外套于右固定梳齿锚点的外部；

30、至少四个右固定梳齿第一隔离短梁，其用于连接右固定梳齿锚点和右固定梳齿第一隔离矩形环的四角；

31、右固定梳齿第二隔离矩形环，其外套于右固定梳齿第一隔离矩形环的外部；

32、至少四个右固定梳齿第二隔离短梁，用于连接右固定梳齿第一隔离矩形环和右固定梳齿第二隔离矩形环的四角；

33、其中，右固定梳齿第二隔离矩形环的外框与mems加速度计的右固定梳齿相连。

34、为实现上述目的，本发明采取的另一个技术方案为：低应力mems加速度计，该加速度计用于检测导航设备的加速度，该加速度计包括：

35、衬底层，其材料为硅；

36、器件层，其位于衬底层上方，并通过相应的锚定固定安装衬底层上；

37、其中，器件层包括上述的隔振组合梁结构、至少两个可动质量块、左检测电级单元和右检测电级单元。

38、进一步的，左检测电级单元和右检测电级单元结构相同，关于隔振组合梁结构的竖向中心线左右对称；

39、进一步的，所述左检测电级单元包括：

40、左可动框架；

41、左固定框架；

42、多个左固定检测梳齿，每个所述左固定检测梳齿安装在左固定框架上；

43、多个左可动检测梳齿，每个所述左可动检测梳齿安装在左可动框架上，通过外部加速度驱动左可动框架左右运动，带动左可动检测梳齿左右运动；

44、其中，左固定检测梳齿和左可动检测梳齿相互穿插设置；

45、左固定梳齿第二隔离矩形环的外框与左固定框架的竖梁相连。

46、进一步的，所述右检测电级单元包括：

47、右可动框架；

48、右固定框架；

49、多个右固定检测梳齿，每个所述右固定检测梳齿安装在右固定框架上；

50、多个右可动检测梳齿，每个所述右可动检测梳齿安装在右可动框架上，通过外部加速度驱动右可动框架左右运动，带动右可动检测梳齿左右运动；

51、其中，右固定检测梳齿和右可动检测梳齿相互穿插设置；

52、右固定梳齿第二隔离矩形环的外框与右固定框架相连。

53、进一步的，每个所述可动质量块关于隔振组合梁结构的竖向中心线左右对称；

54、且分别位于相对应的右可动框架、左可动框架和内侧双端固支梁另一端的交接处。

55、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

56、1.解决了mems加速度计在工艺制造环节、封装贴片环节等引入的残余应力、热应力对器件温度灵敏度的影响，提升了加速度计全温特性指标；

57、2.实现了mems加速度计对周围环境解耦，有效地抑制环境冲击、振动对器件测量精度的影响，使加速度计输出更加稳定；

58、3.降低了加速度计器件振动整流误差值，有效地降低了导航载体对于额外减震设计的依赖程度，并有利于提高器件导航精准度；

59、4.本发明整体结构工艺加工易实现，芯片尺寸小，可批量生产制造，可以广泛地应用于航空、军事等高端领域。