一种硅微机械倾角传感器和制作方法 【技术领域】
本发明涉及自动化机器人控制的传感器领域，特别涉及一种用于姿态监测和控制的硅微机械倾角传感器。背景技术
倾角传感器是一种用于姿态监测和控制的传感器，在卫星、导弹、坦克、火炮、飞机、汽车、舰船、地质石油勘探、建筑施工、机器人的陆地和水下作业等各种军事及民用领域有极为广泛的应用。传统的倾角传感器尺寸较大，不适用于对体积和重量有一定限制的领域，目前国内外已经研制出一种热对流式硅倾角传感器，但这种传感器功耗较大，抗侧向耦合干扰能力弱，响应较慢。发明内容
本发明的目的是研制出一种新的、抗侧向耦合干扰能力强、灵敏度高的微机械硅倾角传感器。
本发明的技术方案是：一种硅微机械倾角传感器，传感器包括硅质量块(1)A、硅质量块(1)B、具有一级台阶的玻璃衬底(2)、电极(3)、压敏电阻(4)A、压敏电阻(4)B、硅应变梁(5)，其特征在于：
传感器结构是由两个大小不同的硅质量块(1)A、硅质量块(1)B和连接它们地两个相互平行的硅应变梁(5)和下面的具有一级台阶的玻璃衬底(2)构成，玻璃台阶的高度等于硅应变梁的最大变形量；
其中传感器上面的硅质量块(1)A、硅质量块(1)B表面均有电极(3)，两个走向相互垂直的压敏电阻(4)A、压敏电阻(4)B分布在硅应变梁(5)的两端且四个压敏电阻交叉对称，传感器下面玻璃衬底(2)的上级台阶可选任一个硅质量块(1)A、硅质量块(1)B作为固定质量块与其固定封接在一起；
当选左质量块(1)A作为自由端时，右边的硅质量块(1)B作为固定质量块与玻璃衬底(2)的上级台阶固定封接，反之当选右质量块(1)B作为自由端时，左边的硅质量块(1)A作为固定质量块与玻璃衬底(2)的上级台阶固定封接；
由于硅质量块(1)A、硅质量块(1)B表面均有电极(3)，因此压敏电阻(4)A、压敏电阻(4)B的信号可以从选作固定硅质量块的一端上输出。
所述的硅质量块(1)A、硅质量块(1)B是两个平面尺寸不等、厚度相同、具有不同质量的硅质量块，硅质量块(1)A、硅质量块(1)B的厚度为300～500微米。
所述的两个硅应变梁(5)的厚度均为5～30微米，它们之间相距400微米～3毫米，其平面尺寸完全相同，相互平行且完全对称，均沿着硅晶体的方向。
所述的具有一级台阶的玻璃衬底(2)选用与硅的热膨胀系数较为接近的硼硅玻璃。
所述的硅微机械倾角传感器制作的方法是：
1)硅质量块(1)A、硅质量块(1)B所在硅片的清洗及双面热氧化；
2)硅质量块(1)A、硅质量块(1)B所在硅片正面光刻出两个硅应变梁(5)上的压敏电阻(4)A、压敏电阻(4)B的离子注入区窗口；
3)正面第一次离子注入形成电阻区；
4)正面匀胶并光刻出电阻头区窗口；
5)光刻胶作为掩膜，进行第二次离子注入以形成欧姆接触区；
6)采用LPCVD在双面上淀积一层氮化硅；
7)正面光刻出分离槽结构窗口和引线孔窗口；
8)背面光刻出分离槽结构窗口；
9)正面溅射Cr-Au复合金属；
10)正面光刻出Cr-Au引线和电极；
11)采用各向异性湿法腐蚀或干法硅深刻蚀技术加工出硅敏感单元结构；
12)采用掩模抛光技术加工出具有一级台阶的硼硅玻璃衬底，玻璃台阶的高度等于硅应变梁的最大变形量；
13)硅敏感单元结构与玻璃衬底(2)的上级台阶表面进行静电封接；
14)用金丝球焊机将作为固定端硅质量块表面的电极(3)用引线引出，并对传感器进行外壳封装。
本发明的有益效果是：该传感器是一种具有双应变梁的微机械倾角传感器，能够显著提高抗侧向冲击能力并减轻侧向耦合的干扰。硅应变梁两端的质量块采用不对称设计，可根据不同需要选择其中一个质量块作为自由端，另一个硅质量块与玻璃衬底封接在一起。不同硅应变梁对应位置上的两个压敏电阻相互垂直，分别沿着硅晶体的两个不同晶向，可构成差动输出以提高灵敏度。两个硅质量块上均有电极，压敏电阻的信号可从任一端的硅质量块上表面引出，降低了局部引线断裂造成信号断路的风险，因而可提高成品率。附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是硅微机械倾角传感器的结构图；
图2是硅微机械倾角传感器制作工艺流程图。
图中1.(1A、1B)硅质量块，2.具有一级台阶的玻璃衬底，3.电极，4.(4A、4B)压敏电阻，5.硅应变梁。具体实施方式
硅微机械倾角传感器由两个不同大小的硅质量块1A、硅质量块1B和连接它们的两个相互平行的硅应变梁5和下面具有一级台阶的玻璃衬底2构成，玻璃台阶的高度等于硅应变梁的最大变形量。硅质量块1A、硅质量块1B表面均有电极3。
两个走向相互垂直的压敏电阻4A、压敏电阻4B，布置在硅应变梁5的两端，压敏电阻4A、压敏电阻4B的信号可以从任一端的硅质量块上输出，安装在两个硅应变梁5上的四个压敏电阻4A、压敏电阻4B交叉对称。
传感器上面的硅质量块1A、硅质量块1B其中任一个可与下面的玻璃衬底2的上级台阶封接在一起，玻璃衬底2选用与硅的热膨胀系数较为接近的硼硅玻璃。
当左质量块1A作为自由端时，右边的硅质量块1B与玻璃衬底2的上级台阶封接，反之当右质量块1B作为自由端时，左边的硅质量块1A与玻璃衬底2的上级台阶封接。即当一端的硅质量块悬空时，硅应变梁5处于应变状态，其应变大小及其分布随着倾角的不同而相应改变。
两个硅应变梁5的厚度均为5～30微米，其平面尺寸完全相同，它们之间相距400微米～3毫米，相互平行且完全对称，均沿着硅晶体的方向。
硅质量块1A、硅质量块1B是两个平面尺寸不等、厚度相同、具有不同质量的硅质量块，硅质量块1A、硅质量块1B的厚度为300～500微米。硅微机械倾角传感器制作的方法是：
硅质量块(1)A、硅质量块1B所在硅片的清洗及双面热氧化；硅质量块1A、硅质量块1B所在硅片正面光刻出两个硅应变梁5上的压敏电阻4A、压敏电阻4B的离子注入区窗口；正面第一次离子注入形成电阻区；正面匀胶并光刻出电阻头区窗口；以光刻胶作为掩膜，进行第二次离子注入以形成欧姆接触区；采用LPCVD在双面上淀积一层氮化硅；正面光刻出分离槽结构窗口和引线孔窗口；背面光刻出分离槽结构窗口；正面溅射Cr-Au复合金属；正面光刻出Cr-Au引线和电极3；采用各向异性湿法腐蚀或干法硅深刻蚀技术加工出硅敏感单元结构；采用掩模抛光技术加工出具有一级台阶的硼硅玻璃衬底2，玻璃台阶的高度等于硅应变粱的最大变形量；硅敏感单元结构与玻璃衬底2的上级台阶表面进行静电封接；用金丝球焊机将作为固定端硅质量块表面的电极3用引线引出，并对传感器进行外壳封装。