一种双轴型石英谐振加速度计芯片的制作方法

本发明涉及石英谐振加速度计，具体涉及一种双轴型石英谐振加速度计芯片。

背景技术：

1、石英谐振加速度计是基于mems结构设计的加速度计，它可以实现较高精度的输出；石英谐振加速度计的测量原理是：其内部的谐振梁通过逆压电效应在谐振电路的驱动下起振，外部输入加速度作用在质量块上，通过挠性支撑改变谐振梁振动频率，电路通过谐振梁频率的改变从而得到外部加速度计的输入信息；

2、石英谐振加速度计的优点在于通过直接输出数字信号代替传统的模数转换输出，由于其不需要经过模数转换环节，从而降低了由模数转换等环节带来的误差；同时石英谐振加速度计还具有体积小、成本低、大量程、耐冲击、高精度等优点，目前已被应用于高精度惯性制导产品中。

3、惯性制导产品的精度大部分取决于惯性导航的精度，石英谐振加速度计作为惯性导航系统中的核心部件，其精度直接决定了整个系统的精度水平；随着对高精度惯性制产品的工艺、精度的要求进一步提高，需要对石英谐振加速度计的适应性能进行加强。

4、现有的石英谐振加速度计大致采用集成式石英谐振加速度计，其主要是将石英谐振梁贴在质量块上实现测量，该但该集成式石英谐振加速度计目前只能实现对一个方向的测量，加速度计芯片占用空间较大，不利于集成化、小型化的发展，且无法克服温度变化对单表应力的影响，导致加速度计温度特性下降，测量精度低，特别在大过载力学冲击条件下，加速度计对力学环境适应性较差，无法满足实际应用需求。

技术实现思路

1、本发明为解决现有石英谐振加速度计存在测量方向较为单一、芯片占用空间较大、测量精度低、无法克服温度变化对单表应力的影响，以及力学环境适应性较差等技术问题，而提出一种双轴型石英谐振加速度计芯片。

2、为实现上述目的，本发明提出的技术解决方案为：

3、一种双轴型石英谐振加速度计芯片，包括中空的芯片安装板和设置在芯片安装板中心位置处的质量块，其特殊之处在于：

4、沿x轴方向，所述芯片安装板内侧位于厚度方向的中部且靠近质量块的两侧位置分别设置有x向挠性支撑片，每个所述x向挠性支撑片沿y向的中部与质量块连接，其两侧与质量块之间均设置有挠性间隙；所述x向挠性支撑片的上方设置有x向谐振梁，x向谐振梁的一端与芯片安装板上表面连接，另一端与质量块上表面连接连接；

5、沿y轴方向，所述芯片安装板内侧位于厚度方向的中部且靠近质量块的两侧位置分别设置有y向挠性支撑片，每个所述y向挠性支撑片的沿x向的中部与质量块连接，其两侧与质量块之间均设置有挠性间隙；所述y向挠性支撑片的上方设置有y向谐振梁，所述y向谐振梁的一端与芯片安装板上表面连接，另一端与质量块上表面连接；

6、所述芯片安装板上沿x轴方向靠近与x向谐振梁和沿y轴方向靠近y向谐振梁的位置均设置有应力隔离区。

7、进一步地，所述x向挠性支撑片和y向挠性支撑片的上方还设置有谐振梁限位板，谐振梁限位板的一端与芯片安装板连接，另一端与质量块连接，用于对x向挠性支撑片和y向挠性支撑片上方的x向谐振梁和y向谐振梁进行固定。

8、进一步地，所述质量块为方形结构或圆形结构。

9、进一步地，所述挠性间隙为矩形间隙，其长度l与宽度w的比值满足：60:1，挠性间隙的长度为3mm，宽度为0.05mm。

10、进一步地，所述芯片安装板与质量块上均设置有谐振梁安装槽，x向谐振梁和y向谐振梁的两端嵌入谐振梁安装槽内分别与芯片安装板和质量块贴合连接。

11、其中，设计挠性间隙可以有效减小气体阻尼干扰，同时保证了挠性支撑片的大刚度设计。

12、进一步地，所述芯片安装板为石英玻璃，x向谐振梁和y向谐振梁均为z切型石英玻璃。

13、进一步地，所述应力隔离区为圆心角为45°的环形隔离区，其外环半径r外与内环半径r内之间满足：r外-r内＝0.5±0.05mm。

14、进一步地，所述应力隔离区的外环半径r外为10.5mm，内环半径r内为10.0mm。

15、本发明的有益效果：

16、【1】本发明一种双轴型石英谐振加速度计芯片的结构稳定性高、易于装配、成本低、力学环境适应性较强，可以实现多个方向的测量，集成度较高，同时通过设置的应力隔离区，消除了应力干扰，提高了石英谐振加速度计芯片的测量精度，降低了温度变化对应力的影响，有效提高了芯片的测量效率。

17、【2】本发明通过双轴设计实现了双轴型石英谐振加速度计芯片的双向测量，适应了加速度计小型化、集成化的发展趋势，降低了生产成本，提高了双轴型石英谐振加速度计芯片的稳定性和实用性。

18、【3】本发明通过在x向挠性支撑片和y向挠性支撑片与质量块之间设置有挠性间隙，可有效减少石英谐振加速度计芯片的双向耦合误差，提高了单向线性度，增强了石英谐振加速度计芯片的灵敏度，设计挠性间隙可以有效减小气体阻尼干扰，同时保证了挠性支撑片的大刚度设计。

19、【4】本发明通过两个x向谐振梁差动输出实现x向加速度测量；两个y向谐振梁差动输出实现y向加速度测量，有效地提高了石英谐振加速度计芯片的测量速度和测量精度。

20、【5】本发明的石英谐振加速度计芯片和多个谐振梁均采用石英玻璃材料，大大降低了异性材料之间的不匹配性，提高了石英谐振加速度计芯片温度特性的稳定。

21、【6】本发明通过设计应力隔离结构，大大降低了交叉耦合干扰，提高了石英谐振加速度计芯片的力学环境适应性，降低了外界干扰，避免了温度变化对单表应力的影响，保证了石英谐振加速度计芯片温度特性的稳定和环境适应性能的稳定。

22、【7】本发明通过在芯片安装板和质量块之间设置谐振梁限位板，保证了谐振梁的稳定性。

技术特征：

1.一种双轴型石英谐振加速度计芯片，包括中空的芯片安装板(1)和设置在芯片安装板(1)中心位置处的质量块(2)，其特征在于：

2.根据权利要求1所述一种双轴型石英谐振加速度计芯片，其特征在于：

3.根据权利要求1或2所述一种双轴型石英谐振加速度计芯片，其特征在于：

4.根据权利要求3所述一种双轴型石英谐振加速度计芯片，其特征在于：

5.根据权利要求4所述一种双轴型石英谐振加速度计芯片，其特征在于：

6.根据权利要求5所述一种双轴型石英谐振加速度计芯片，其特征在于：

7.根据权利要求6所述一种双轴型石英谐振加速度计芯片，其特征在于：

8.根据权利要求7所述一种双轴型石英谐振加速度计芯片，其特征在于：

技术总结本发明涉及石英谐振加速度计，为解决现有加速度计存在测量方向单一、精度低、无法克服温度变化对单表应力的影响，以及力学环境适应性差等问题，而提出一种双轴型石英谐振加速度计芯片，包括芯片安装板和质量块；沿X轴方向，质量块的两侧均设置有X向挠性支撑片，每个X向挠性支撑片的上方设置有一个X向谐振梁，其两端分别与质量块和芯片安装板的上表面连接；沿Y轴方向，质量块的两侧均设置有Y向挠性支撑片，每个Y向挠性支撑片的上方设置有一个Y向谐振梁，其两端分别与质量块和芯片安装板的上表面连接；X向挠性支撑片和Y向挠性支撑片与质量块之间均设置有挠性间隙；芯片安装板上靠近X向谐振梁和Y向谐振梁的位置处均设置有应力隔离区。技术研发人员：张宇航,李思源,王文一,秦琦,熊鑫,刘嘉威受保护的技术使用者：西安航天精密机电研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/16