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1、(10)申请公布号 CN 103529240 A (43)申请公布日 2014.01.22 CN 103529240 A (21)申请号 201310506796.3 (22)申请日 2013.10.24 G01P 15/00(2006.01) (71)申请人 华东光电集成器件研究所 地址 233042 安徽省蚌埠市经济开发区财院 路 10 号 (72)发明人 王鹏 郭群英 黄斌 陈璞 何凯旋 陈博 王文婧 刘磊 汪祖民 徐栋 吕东锋 庄须叶 (74)专利代理机构 安徽省蚌埠博源专利商标事 务所 34113 代理人 杨晋弘 (54) 发明名称 一种抗高过载的加速度计 (57) 摘要 本发明涉及。
2、一种抗高过载的加速度计， 包括 连接于玻璃衬底上的硅基体 （1） ， 硅基体中设有 悬臂梁 （2） 及相连的质量块 （3） ， 其特征在于 ： 在 质量块的两侧硅基体中对称设有弹性梁 （6） ， 弹 性梁 （6） 与硅基体间设有缓冲间隙 （4） 。本发明 与现有的加速度计抗高过载结构相比具有如下优 点 ：（1） 本发明有效的将弹性碰撞面与缓冲间隙 相结合， 使得加速度计在高过载情况下， 可动结构 不易断裂， 实现了器件的高可靠性。 （2） 本发明结 构简单， 采用单晶硅片材料， 提高了加速度计产品 的一致性和可靠性 ； 加工工艺比较简单， 全部利 用公知的 MEMS 工艺技术加工， 适合大批量。
3、生产。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书2页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103529240 A CN 103529240 A 1/1 页 2 1. 一种抗高过载的加速度计， 包括连接于玻璃衬底 （5） 上的硅基体 （1） ， 硅基体 （1） 中 的空腔中设有悬臂梁 （2） 及相连的质量块 （3） ， 硅基体 （1） 上面还设有盖帽 （8） ， 其特征在 于 ： 在质量块 （3） 的两侧硅基体 （1） 中对称设有弹性梁 （6） ， 质量块 （3） 与弹性梁 （6）。
4、 之间有 活动间隙， 弹性梁 （6） 与硅基体间设有缓冲间隙 （4） 。 权 利 要 求 书 CN 103529240 A 2 1/2 页 3 一种抗高过载的加速度计 0001 技术领域 0002 本发明属于微机械电子技术领域， 具体是一种 MEMS 加速度计抗高过载结构。 背景技术 0003 MEMS 加速度计因其体积小， 质量轻， 测量精度高等优点， 广泛应用于冲击测试、 消 费类电子产品、 地震波检测、 惯性技术导航等领域。其中在高强度振动、 高冲击环境等苛刻 情况下， 加速度计受到冲击加速度可达几万 g 甚至几十万 g， 对于具有可动结构的 MEMS 加 速度计， 其可动结构所承受的冲。
5、击加速度具有一定范围， 当冲击加速度超过该范围时， 即发 生 “过载” 。可动结构在无过载保护的情况下容易受到破坏而引起失效， 从而影响芯片乃至 整个系统的可靠性， 因此加速度计可动结构需要过载保护来实现敏感结构在高强度冲击下 的安全性。 目前加速度计敏感结构只通过盖帽控制运动间隙或者通过制作防撞凸点限制运 动距离， 从而达到抗过载的目的， 不论是控制运动间隙还是制作防撞凸点， 其保护结构均为 硬性碰撞面而非弹性碰撞面， 可动结构在硬性碰撞的情况下容易断裂， 无法实现器件的抗 高过载特性。 发明内容 0004 本发明的目的就是为了解决现有 MEMS 加速度计在高过载情况下可动部件容易断 裂的问。
6、题， 提供一种结构简单， 易加工， 稳定性好的抗高过载的加速度计。 0005 为实现上述目的， 本发明采用的技术方案如下 ： 一种抗高过载的加速度计， 包括连接于玻璃衬底上的硅基体， 硅基体的空腔中设有悬 臂梁及相连的质量块， 硅基体上面还设有盖帽， 其特征在于 ： 在质量块的两侧硅基体中对称 设有弹性梁， 质量块与弹性梁之间有活动间隙， 弹性梁与硅基体间设有缓冲间隙。 0006 当整体结构受到 XY 平面内任意方向的冲击时， 中间硅基可动结构的质量块受力， 引起悬臂梁发生弯曲变形， 使得质量块和抗过载结构中的弹性碰撞面接触， 由于该抗高过 载结构具有弹性碰撞面和缓冲间隙， 使得可动部件在冲击。
7、弹性碰撞面时， 弹性碰撞面发生 弯曲将冲击力转换为弹性力， 保护了可动部件。 0007 该加速度计抗高过载结构中， 所述的质量块通过悬臂梁单端固支于传感器的中间 区域， 或通过桥梁结构将质量块利用两根固支梁固定于传感器中间区域。 0008 该加速度计抗高过载结构采用单晶硅为主材料， 进行加工。 0009 该加速度计抗高过载结构从工艺制造上可分为三层 ： 衬底层、 结构层和盖帽层。 质 量块、 悬臂梁、 弹性碰撞面和缓冲间隙同属于结构层 ； 衬底层构成碰撞底面 ； 盖帽层构成碰 撞顶面。 0010 该加速度计抗高过载结构的制造工艺为 ： 首先结构层背面刻蚀台阶 ； 盖帽层在衬 底玻璃上制作电极 。
8、； 通过硅玻静电键合把结构层和衬底键合在一起 ； 正面刻蚀结构层， 形 说 明 书 CN 103529240 A 3 2/2 页 4 成悬臂梁、 质量块、 弹性碰撞面以及缓冲间隙 ； 盖帽层背面刻蚀出空腔 ； 采用苯并环丁烯 (BCB) 键合完成结构层和盖帽层的圆片封装 ； 刻蚀盖帽层正面， 露出电极。 0011 本发明与现有的加速度计抗高过载结构相比具有如下优点 ： （1） 本发明有效的将弹性碰撞面与缓冲间隙相结合， 使得加速度计在高过载情况下， 可 动结构不易断裂， 实现了器件的高可靠性。 0012 （2） 本发明结构简单， 采用单晶硅片材料， 提高了加速度计产品的一致性和可靠 性 ； 加。
9、工工艺比较简单， 全部利用公知的 MEMS 工艺技术加工， 适合大批量生产。 附图说明 0013 图 1 为本发明掉盖帽的俯视图 ； 图 2 为图 1 的 A-A 剖面图 ； 图 3 为图 1 的 B-B 剖面图 ； 图 4 为本发明制造工艺流程图。 具体实施方式 0014 下面结合附图对本发明的结构和制造工艺做进一步的说明。 0015 （一） 加速度计抗高过载结构 参照图 1、 图 2、 图 3， 本发明包括 ： 硅基体 1、 悬臂梁 2、 质量块 3、 缓冲间隙 4、 玻璃衬底 5、 弹性梁 6、 苯并环丁烯 (BCB)7 以及盖帽 8。 0016 所述的质量块3通过悬臂梁2单端固支于硅基。
10、体1， 在质量块3的两侧对称分布有 缓冲间隙 4， 质量块 3 与弹性梁之间有活动间隙， 玻璃衬底 5 键合于结构层下方。当 XY 平面 内有过载情况时， 使得悬臂梁2发生弯曲， 导致质量块3碰撞到弹性梁6， 弹性梁6弯曲后将 冲击力抵消掉， 使得可动结构得到有效保护， 苯并环丁烯 (BCB)7 作为粘接介质将盖帽 8 进 行了圆片级键合封装。 0017 （二） 加速度计抗高过载结构的制造工艺 图 4 中图 （a）图 （d） 为加速度计抗高过载结构的主要工艺过程， 具体说明为 ： 图 （a）图 （b） 为中间敏感结构层制作 ： 将单晶硅片 1 氧化形成氧化层 9， 光刻深腔图 形 10， 利用。
11、氢氟酸和氟化铵按 6:1 比例配比而成的腐蚀液去除打开窗口中的二氧化硅， 利 用电感耦合等离子体 （ICP） 刻蚀形成深腔 10。 0018 图 （c）图 （e） 最终结构制作 ： 利用氢氟酸和氟化铵按 6:1 比例配比而成的腐蚀 液去除单晶硅片表面氧化层 9， 利用硅玻键合将中间敏感结构层与玻璃衬底 5 键合于一起， 接着在单晶硅片表面光刻悬臂梁、 质量块以及缓冲间隙图形， 利用光刻胶作为阻挡层， 干法 刻蚀直至悬臂梁、 质量块以及缓冲间隙释放完全， 随后利用苯并环丁烯 (BCB) 键合完成盖 帽的圆片级封装。 说 明 书 CN 103529240 A 4 1/3 页 5 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103529240 A 5 2/3 页 6 图 3 说 明 书 附 图 CN 103529240 A 6 3/3 页 7 图 4 说 明 书 附 图 CN 103529240 A 7 。