專利名稱：巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)加速度計的制作方法
巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)加速度計本發(fā)明涉及的是一種慣性參數(shù)測量器件，具體是一種巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)加速度計，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
慣性導(dǎo)航器件如手機，筆記本電腦，以及其他移動物體如飛機，汽車等需要常常要涉及到運動物體加速度的測量，以此來判斷物體的動態(tài)運動狀態(tài)及方位，因此加速度計在這方面起到了非常重要的作用。通常加速度計包括一個質(zhì)量塊，當加速度計處于加速度狀態(tài)時，質(zhì)量塊將能感受到慣性力的作用，通過與質(zhì)量塊相連的一定的力學(xué)結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生傳感器的慣性力，并對受力狀態(tài)進行分析，從而對質(zhì)量塊的加速度進行測量。懸臂梁是提供質(zhì)量塊受力作用的最常用的一種力學(xué)結(jié)構(gòu)，其撓度、彈性變形和受力狀況之間有簡單的對應(yīng)關(guān)系，可以很快地分析懸臂梁的受力狀態(tài)，從而測量出質(zhì)量塊的加速度。根據(jù)懸臂梁力、變形和電信號測量原理的不同，主要有如下幾種類型的加速度計，如電容類型，測量懸臂梁的撓度和電容之間的關(guān)系，壓阻類型，通過亞阻傳感器將懸臂梁的撓度通過電阻變化反應(yīng)出來，壓電類型，通過將變形轉(zhuǎn)變成電壓信號，磁力類型，通過在懸臂梁上撓度變形轉(zhuǎn)變成磁場傳感器和硬磁體之間距離的變化，通過磁性傳感器磁場幅度的測量反應(yīng)出來。但是。電容類型要求測量空間環(huán)境有嚴格的要求，其靜電累積受到濕度，空氣中帶電電荷的影響。而亞阻類型的材料其電阻容易受到環(huán)境溫度的影響。壓電類型一般為陶瓷類材料，其柔韌性較差。而磁力類型則需要增加高靈敏度的磁場傳感器，并且受到周圍空間磁場的影響。研究表明，當軟磁非晶合金通過高頻交流電流時，由于趨膚效應(yīng)，其電流分布在表面位置，并取決于磁導(dǎo)率的變化，對于具有高磁致伸縮效應(yīng)的Fe基非晶軟磁合金材料，當材料受到應(yīng)力的作用時，其磁導(dǎo)率將發(fā)生改變，并導(dǎo)致電流分布發(fā)生改變，從而引起合金材料阻抗發(fā)生巨大的變化，這種效應(yīng)稱為巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)。根據(jù)這種效應(yīng)制備的力敏傳感器具有高的靈敏度，高的信號幅度，非常適合于加速度計的力學(xué)敏感元件，并且還具有相應(yīng)速度快、小尺寸、低功率的特點，并且受環(huán)境影響小的特點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的內(nèi)容在于提出了加速度計設(shè)計的一種新方案，提供了一種巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)的加速度計，采用微機電系統(tǒng)MEMS技術(shù)在硅基片上實現(xiàn)懸臂梁、巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力學(xué)傳感器以及質(zhì)量塊的集成制造，當系統(tǒng)處于加速狀態(tài)時，質(zhì)量塊將處于受力狀態(tài)，懸臂梁將沿著固支端產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，具有一定的撓度，懸臂梁的彎曲作用將在巨應(yīng)力阻抗傳感器產(chǎn)生應(yīng)力作用，并使得其兩端阻抗發(fā)生變化，從而可以建立加速度和阻抗的關(guān)系，實現(xiàn)對加速度的測量。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)，本發(fā)明由硅基片⑴上的懸臂梁(2)、巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器(3)、質(zhì)量塊(4)組成。
所述的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器(3)為非晶軟磁薄帶材料；所述的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器(3)和質(zhì)量塊(4)位于硅基片(I)上；所述的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器(3)其激勵信號為高頻交流信號或脈沖信號；本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益的效果(I)本發(fā)明采用巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)來測量質(zhì)量塊的受力情況，具有靈敏度更高，反映速度更快，功率消耗少的特點，且測量結(jié)果受環(huán)境因素影響??；(2)本發(fā)明采用微細加工MEMS技術(shù)進行加工，可以實現(xiàn)其微型化生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)更為緊湊；


圖1為本發(fā)明的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)加速度計的前視圖其中1為硅基片，2為懸臂梁，3為巨應(yīng)力阻抗力敏傳感器，4為質(zhì)量塊，5為氧化硅。圖2為本發(fā)明的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)加速度計的頂視圖。其中1為硅基片，2為懸臂梁，3為巨應(yīng)力阻抗力敏傳感器，4為質(zhì)量塊
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)進一步的描述。如圖1所示，本發(fā)明由Si基片I上的懸臂梁2，質(zhì)量塊3和巨應(yīng)力阻抗力敏傳感器4組成，Si基片表面覆蓋一層絕緣Si02層5 ；所述的懸臂梁2為通過微機電系統(tǒng)MEMS技術(shù)加工而成,其表層為Si02氧化層5 ；所述的質(zhì)量塊4為軟磁薄膜非晶合金薄帶，具有優(yōu)異的磁彈性性能的Fe基軟磁非晶合金；所述的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器3為曲折結(jié)合形狀，其匝數(shù)在三匝或多匝，線條寬度為120微米，線條間距為60微米，線條長度為3-5毫米；所述的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器3的各向異性場為沿著線條寬度方向；所述的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器3表層為通過空氣中退火形成表面的硬磁層，以提聞其磁場靈敏度；所述的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器3激發(fā)電流為高頻交流電力O.1-1OOMHz0
權(quán)利要求
1.巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)加速度計，其特征在于，由Si基片上I上的懸臂梁2，巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器3，質(zhì)量塊4以及絕緣層5組成，當質(zhì)量塊4受到加速度作用時，懸臂梁2產(chǎn)生彎曲變形，巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器3將所受的力轉(zhuǎn)變成阻抗變化的信號輸出，從而實現(xiàn)對加速度的測量；
2.如權(quán)利I所述的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器3，其特征是，由具有良好磁致伸縮效應(yīng)的非晶軟磁合金Fe基帶材組成；
3.如權(quán)利I所述的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器3，其特征是其各向異性場為沿著線條的寬度方向；
4.如權(quán)利I所述的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器3，其特征在于其形狀為曲折多匝結(jié)構(gòu)，其線條長度為3-5mm，線條寬度為100-120微米，線條間距為50-60微米；
5.如權(quán)利I所述的質(zhì)量塊3，其特征是具有Cu的材料；
6.如權(quán)利I所述的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器3，其特征是信號激發(fā)電流具有O.1-1OOMHz的交流電流；
7.如權(quán)利I所述的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器3，其特征是通過MEMS加工手段和懸臂梁2，質(zhì)量塊4加工制造，其制造技術(shù)如下a雙面氧化的Si片，雙面光刻，以光刻膠為掩模，在BHF溶液中刻蝕Si02得到背面刻蝕窗口和正面的懸臂梁圖形；b在KOH溶液中刻蝕正面的Si到指定深度，得到懸臂梁的厚度；c正面粘貼薄帶,并以光刻膠為掩?？涛g成形；e濺射Cr/Cu種子層，并電鍍Cu，去種子層f正面采用夾具保護，對背面進行Si刻蝕，直至刻穿，從而得到加速度計。
全文摘要
一種屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域的巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)加速度計，本發(fā)明由硅基片上1的懸臂梁2，巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器3，質(zhì)量塊4組成，巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器3為具有高磁致伸縮系數(shù)的Fe基非晶合金薄帶，其各向異性場為沿薄帶寬度方向，形狀為曲折多匝結(jié)構(gòu)，質(zhì)量塊為Cu材料。工作時，質(zhì)量塊用于感受加速度并產(chǎn)生對懇臂梁端部的作用，使得懸臂梁發(fā)生受力變形，產(chǎn)生一定的撓度，巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)力敏傳感器將這種受力轉(zhuǎn)變成阻抗變化的信號，并通過兩端電壓信號反映出來，從而測量出整個系統(tǒng)的加速度參數(shù)，整個結(jié)構(gòu)為通過微機電系統(tǒng)MEMS技術(shù)制備，具有體積小，制作工藝簡單，靈敏度高，可以批量生產(chǎn)，反映速度快等的優(yōu)點。
文檔編號G01P15/09GK103033646SQ20111030081
公開日2013年4月10日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者周志敏 申請人:周志敏, 劉明, 胡曉東