隨著硅基mems加工技術的日益成熟,mems高g值加速度計憑借其體積小、成本低、性能高和適于量產等優勢,目前已廣泛應用于汽車碰撞試驗、航天導航、軍用慣性導航等領域。為真實再現碰撞、起飛等過程中的加速度信號細節,盡可能地減小信號失真,高g值加速度計不僅要具備高抗沖擊性及足夠的靈敏度,還要具備較高的諧振頻率及工作帶寬。三軸集成高g值加速度計可同時檢測同一位置xyz三軸的加速度信號,可實現加速度矢量信號實時輸出,相比于三個檢測軸正交的單軸高g加速度計,芯片安裝更加簡易,信號讀取更加準確,制造成本更加低廉。
目前國內應用較廣的懸臂梁式高g值加速度計,多為雙拋片雙面微機械加工后鍵合制作而成,這類加速度計有一些明顯的缺點:工藝復雜、尺寸較大、成本較高、殘余應力大。中科院上海微系統與信息技術研究所(以下簡稱上海微系統所)高g值加速度計研究組通過改進工藝,使用單拋片通過單面微機械加工制造出性能更優的懸臂梁式高g值加速度計,同時具備制造工藝簡單、制造成本低廉、芯片尺寸較小、結構強度高等優點。
隨著該項技術的進步和推廣,上海微系統所研發出基于單拋片單面工藝的三軸懸臂梁式高g值加速度計,在性能、制造工藝復雜度、成本、芯片尺寸、結構強度等指標上,幾近做到了懸臂梁式高g值加速度計的極致。然而,由于懸臂梁結構自身的限制,這類加速度計無法同時獲得高靈敏度和高諧振頻率。
改用直拉直壓梁作為高g值加速度的檢測結構,可同時獲得高靈敏度及高諧振頻率。鑒于此,上海微系統所又開發出了基于單晶硅基底的高諧振頻率高沖擊加速度計,在不失工藝簡單、制造成本低廉、芯片尺寸較小、結構強度高等優勢的前提下,在保持較高靈敏度的同時,大大提高了傳感器的一階諧振頻率,即大大提高了工作帶寬。
然而,三邊固支板與直拉直壓梁的組合結構僅適用于檢測硅片表面內二軸(xy軸)的加速度,而垂直硅片表面一軸(z軸)加速度計目前并不能同時獲得高靈敏度及高諧振頻率。
來源:微迷網
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