一种具有应力隔离结构的扭摆式电容加速度计

作     者：李源 陈李 田颖 赵斌 王亚运 LI Yuan;CHEN Li;TIAN Ying;ZHAO Bin;WANG Yayun

作者机构：重庆大学新型微纳器件与系统技术重点学科实验室重庆400044 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044 

出 版 物：《压电与声光》 (Piezoelectrics & Acoustooptics)

年 卷 期：2016年第38卷第6期

页      面：847-850页

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：中国工程物理研究院超精密加工技术重点实验室开放课题基金资助项目(KF130006) 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20120191120022) 

主　　题：微机电系统 加速度计 温漂 隔离应力 ICP刻蚀 

摘      要：基于硅-玻璃键合工艺的扭摆式加速度计,其信号输出对扭转梁上的应力极敏感,而微加工过程中由于硅、玻璃两种材料热膨胀系数不匹配,会在扭转梁上引入较大的热应力,进而引起加速度计温度漂移。为此,提出一种具有应力隔离结构的扭摆式电容加速度计。通过缓冲折叠梁和内支撑框架的优化组合,使热应力难以传递到扭转梁上,从而有效降低加速度计的温度漂移。使用ANSYS软件对加速度计进行了模态和热应力分析,结果表明:工作模态的固有频率为1 352 Hz,远小于其他干扰模态的频率;加速度计的灵敏度为0.386pF/g(g=9.8m/s2);相同条件下,不带隔离结构的扭摆加速度计的热应力主要集中在扭转梁的末端,其最大应力约100 MPa;具有应力隔离结构的加速度计,其热应力主要集中在缓冲折叠梁上,而扭转梁上的应力约为1.7 MPa,仅为前者的1.7%。采用硅-玻璃键合和电感耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺,完成了加速度计芯片的制作。