專利名稱：能降低溫漂的硅微壓阻式加速度計的制作方法
技術領域：
本發明涉及硅微壓阻式加速度計，具體是一種能降低溫漂的硅微壓阻式加 速度計。
背景技術：
硅微壓阻式加速度計的設計思路來源于壓力傳感器，早在1977年美國 Stanford大學、加州大學Berkley分校和Draper實驗室采用微機械加工工藝生 產的硅微加速度計就是采用壓阻檢測方法，其應用體硅加工工藝在硅基上加工 出懸臂梁和質量塊，并在懸臂梁上采用離子注入工藝制作壓敏電阻，通過連接 構成惠斯通電橋。當有加速度作用于質量塊時，會導致懸臂梁發生與加速度大 小成正比的應變，而嵌在懸臂梁上的壓敏電阻的阻值會由于壓阻效應發生與懸 臂梁應變成正比的變化，進而引起惠斯通電橋輸出電壓的變化，根據輸出電壓 的大小可以直接反映加速度值的大小。
隨著對硅微壓阻式加速度計原理的研究深入以及工藝實現的多樣性，應用 于不同場合下的硅微壓阻式加速度計層出不窮。但由于目前離子注入工藝然很 難精確地控制離子注入的濃度，因此也就難以保證由離子注入工藝制得高精度 的壓敏電阻，進而導致由壓敏電阻所連接構成的惠斯通電橋存在不平衡，而直 接導致零點漂移，除此之外，采用離子注入工藝制作的壓敏電阻阻值受溫度的 影響變化較大，所以零點漂移隨著溫度的變化也在變化。這樣，硅微壓阻式加 速度計在溫度范圍較大的環境會產生更大的測量誤差。目前，為降低硅微壓阻式加速度計的零點漂移，傳統的補償方法是在硅微 壓阻式加速度計惠斯通電橋的橋臂上串聯外圍可變電阻，通過調節外圍可變電 阻使惠斯通電橋在沒有加速度輸入時其輸出為零。對于三軸加速度計來講，由 于提前并不知道惠斯通電橋的輸出為正還是負，所以一般在惠斯通電橋的兩橋 臂上分別串聯一個外圍可變電阻，也就是說需要六個外圍可變電阻才能調零X
軸、Y軸、Z軸的惠斯通電橋，從而使X軸、Y軸、Z軸的惠斯通電橋達到平 衡。以一具體四邊八梁三軸硅微壓阻式加速度計為例，如圖l-5所示，其中， 電阻R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7、 R8、 R12、 R13、 R14、 R15的阻值為 1K，電阻R9、 RIO、 R11的阻值為4K，構成三個分測三軸方向加速度的惠斯 通電橋；按照傳統方法，每個惠斯通電橋的任意兩個橋臂上分別串聯外圍可變 電阻，附圖中電阻R3鄰R4'、電阻R5'和R6'、電阻R8'和R9'分別為Z軸、X 軸、Y軸惠斯通電橋的外圍可變電阻，通過調節外圍可變電阻可使Z軸、X軸、 Y軸惠斯通電橋的+01與-Ol、 +02與-02、 +03與-03之間的輸出電壓為零， 進而消除零點漂移。
但是由于外圍可變電阻材料的溫度特性與懸臂梁上利用離子注入工藝形 成的壓敏電阻的溫度特性不同，這就導致在沒有加速度的情況下，加速度計惠 斯通電橋的輸出會隨著溫度的變化有所變化，而且隨著環境溫度與調零溫度偏 離的增大，加速度計惠斯通電橋的輸出會越大，這就限制了加速度計工作的溫 度范圍，并且增加了加速度計的誤差。因此，對硅微壓阻式加速度計溫度特性 改善方法的研究越來越受到人們的重視。
發明內容
本發明為了改善硅微壓阻式加速度計的溫度特性，減少溫度漂移，提供了一種能降低溫漂的硅微壓阻式加速度計。
本發明是采用如下技術方案實現的能降低溫漂的硅微壓阻式加速度計， 包括由體硅加工工藝在硅基上加工制作的硅基框體、懸臂梁、通過懸臂梁支懸 于硅基框體中間的質量塊，由離子注入工藝加工而成的設置于懸臂梁與質量 塊、硅基框體的固定端部(即應力最大且線性變化的區域)的應變壓敏電阻、 和設置于硅基框體上的基準壓敏電阻，以及設置于硅基框體外的外圍調零電 阻；外圍調零電阻與應變壓敏電阻、基準壓敏電阻連接構成單個測單軸方向加 速度的惠斯通電橋，或者三個分測三軸方向加速度的惠斯通電橋，外圍調零電 阻單獨作為惠斯通電橋的一個橋臂，且所述外圍調零電阻為采用離子注入工藝 在另一相同特性的硅基上制作的壓敏電阻，在制作該壓敏電阻時通過控制離子 注入速度對包含該壓敏電阻的惠斯通電橋進行調零，即當惠斯通電橋的輸出接 近零時降低制作該壓敏電阻的離子注入速度，當惠斯通電橋的輸出為零時停止 離子注入。
同樣，以一具體四邊八梁三軸硅微壓阻式加速度計為例，如圖6-10所示， 其中，電阻RIO、 R12和R14為外圍調零電阻，并分別作為Z軸、X軸、Y軸 惠斯通電橋的一個橋臂與其它壓敏電阻連接構成Z軸、X軸、Y軸惠斯通電橋， 且其制作工藝與懸臂梁上壓敏電阻的制作工藝完全相同，并在硅基上采用離子 注入工藝制作該用作外圍可變電阻的壓敏電阻同時對加速度計的惠斯通電橋 進行調零，以使Z軸、X軸、Y軸惠斯通電橋的十Ol與-Ol、 +02與-02、 +03 與-03之間的輸出電壓為零，消除零點漂移。這樣，如是單軸硅微壓阻式加速 度計，只需要制作、調節一個壓敏電阻就可以了。
與現有技術相比，本發明采用外圍調零電阻作為構成惠斯通電橋的一個橋臂，可以減小加速度計的體積；除此之外，外圍調零電阻的制作工藝與懸臂梁 上壓敏電阻的制作工藝一樣，都采用離子注入工藝形成，這就使得構成加速度 計惠斯通電橋的各電阻溫度特性完全相同，進而降低加速度計的溫度漂移，達 到減小加速度計輸出誤差、擴大加速度計工作環境溫度范圍的目的。
圖1為現有一具體壓阻式加速度計壓敏電阻的設置狀態圖； 圖2為圖1所示加速度計測Z方向加速度的惠斯通電橋； 圖3為圖1所示加速度計測X方向加速度的惠斯通電橋； 圖4為圖1所示加速度計測Y方向加速度的惠斯通電橋； 圖5為圖1所示加速度計的整體結構圖； 圖6為本發明一具體加速度計壓敏電阻的設置狀態圖； 圖7為圖6所示加速度計測Z方向加速度的惠斯通電橋； 圖8為圖6所示加速度計測X方向加速度的惠斯通電橋； 圖9為圖6所示加速度計測Y方向加速度的惠斯通電橋； 圖10為圖6所示加速度計的整體結構圖中l-硅基框體；2-懸臂梁；3-質量塊；P、 I、 O為引線鍵合焊盤。
具體實施例方式
能降低溫漂的硅微壓阻式加速度計，包括由體硅加工工藝在硅基上加工制 作的硅基框體1、懸臂梁2、通過懸臂梁2支懸于硅基框體1中間的質量塊3， 由離子注入工藝加工而成的設置于懸臂梁2與質量塊3、硅基框體1的固定端 部(即應力最大且線性變化的區域)的應變壓敏電阻、和設置于硅基框體l上 的基準壓敏電阻，以及設置于硅基框體1外的外圍調零電阻；外圍調零電阻與應變壓敏電阻、基準壓敏電阻連接構成單個測單軸方向加速度的惠斯通電橋， 或者三個分測三軸方向加速度的惠斯通電橋，外圍調零電阻單獨作為惠斯通電 橋的一個橋臂，且所述外圍調零電阻為采用離子注入工藝在另一相同特性的硅 基上制作的壓敏電阻，在制作該壓敏電阻時通過控制離子注入速度對包含該壓 敏電阻的惠斯，即當惠斯通電橋的輸出接近零時降低制作該壓敏電阻的離子注 入速度，當惠斯通電橋的輸出為零時停止離子注入。
權利要求
1、一種能降低溫漂的硅微壓阻式加速度計，包括由體硅加工工藝在硅基上加工制作的硅基框體(1)、懸臂梁(2)、通過懸臂梁(2)支懸于硅基框體(1)中間的質量塊(3)，由離子注入工藝加工而成的設置于懸臂梁(2)與質量塊(3)、硅基框體(1)的固定端部的應變壓敏電阻、和設置于硅基框體(1)上的基準壓敏電阻，以及設置于硅基框體(1)外的外圍調零電阻；外圍調零電阻與應變壓敏電阻、基準壓敏電阻連接構成單個測單軸方向加速度的惠斯通電橋，或者三個分測三軸方向加速度的惠斯通電橋，其特征在于外圍調零電阻單獨作為惠斯通電橋的一個橋臂，且所述外圍調零電阻為采用離子注入工藝在另一相同特性的硅基上制作的壓敏電阻，在制作該壓敏電阻時通過控制離子注入速度對包含該壓敏電阻的惠斯通電橋進行調零。
全文摘要
本發明涉及硅微壓阻式加速度計，具體是一種能降低溫漂的硅微壓阻式加速度計。改善了硅微壓阻式加速度計的溫度特性，減少了溫度漂移，該加速度計包括硅基框體、懸臂梁、質量塊，設置于懸臂梁與質量塊、硅基框體的固定端部的應變壓敏電阻，設置于硅基框體上的基準壓敏電阻，以及設置于硅基框體外的外圍調零電阻；外圍調零電阻與應變壓敏電阻、基準壓敏電阻連接構成惠斯通電橋，外圍調零電阻單獨作為惠斯通電橋的一個橋臂，且所述外圍調零電阻為采用離子注入工藝在另一相同特性的硅基上制作的壓敏電阻，在制作該壓敏電阻時通過控制離子注入速度對包含該壓敏電阻的惠斯通電橋進行調零。本發明調零方便，溫度漂移低，輸出誤差小，工作環境溫度范圍大。
文檔編號G01P15/12GK101430340SQ20081008005
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月6日 優先權日2008年12月6日
發明者嚴英占, 任小紅, 喆 吉, 姜國慶, 張會新, 張文棟, 張榮彥, 沈三民, 王寶花, 王少輝, 荊彥峰, 軍 趙, 閆樹斌 申請人:中北大學