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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110531114A(43)申请公布日2019.12.03(21)申请号201910683519.7(22)申请日2019.07.26(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人赵立波于明智马银涛贾琛皇咪咪杨萍王久洪蒋庄德(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人安彦彦(51)Int.Cl.G01P15/12(2006.01)B81B7/02(2006.01)B81C1/00(2006.01)权利要求书3页说明书10页附图5页(54)发明名称一种纯轴向变形的MEMS三轴压阻式加速度计芯片及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种纯轴向变形的MEMS三轴压阻式加速度计芯片及其制备方法,该传感器中的X测量单元、Y测量单元和Z测量单元分别用于测量X方向、Y方向和Z方向的加速度,实现三个方向加速度的分离测量;每个测量单元包括质量块、支撑梁和敏感梁,无论是哪个测量单元,支撑梁和敏感梁均通过质量块分离设置,支撑梁支撑质量块运动,而应力主要集中于敏感梁,使得敏感梁上的压敏电阻条阻值发生变化,两者各司其职,极大地弱化了灵敏度与谐振频率之间的直接耦合关系;同时由于两质量块的同步运动,与其固定的敏感梁两端也同步运动,从而敏感梁始终满足纯轴向变形条件,在相同谐振频率下,传感器的灵敏度达到最优,使得该传感器芯片具有良好的性能指标。CN110531114ACN110531114A权利要求书1/3页1.一种纯轴向变形的MEMS三轴压阻式加速度计芯片,其特征在于,包括:固定设置在芯片外框(5)中的X测量单元、Y测量单元和Z测量单元,三个测量单元通过芯片外框(5)隔离;Z测量单元的竖向中心线平行于X测量单元的竖向中心线,Y测量单元的竖向中心线垂直于Z测量单元的竖向中心线;所述芯片外框(5)键合在底层玻璃板(19)上;Z测量单元包括第三质量块(6-1)和第四质量块(6-2),第三质量块(6-1)和第四质量块(6-2)的外侧边均通过一个第二支撑梁(8)和芯片外框(5)连接;第三质量块(6-1)的内侧边上设置有第一凸起(6-3),第一凸起(6-3)的两侧分别设置有一个第一凹槽(6-4);第四质量块(6-2)的内侧边上设置有第二凹槽(6-6),第二凹槽(6-6)的两侧分别设置有一个第二凸起(6-5);第一凸起(6-3)啮合在第二凹槽(6-6)中,每一个第二凸起(6-5)啮合在一个第二凹槽(6-6)中;每一个第二凸起(6-5)通过第三敏感梁(4-3)和第一凸起(6-3)连接;第三质量块(6-1)和第四质量块(6-2)内侧边的两个外端部分别通过一个第二敏感梁(4-2)连接;第二敏感梁(4-2)和第三敏感梁(4-3)上的压敏电阻通过金属引线(16)连接形成惠斯通全桥。2.根据权利要求1所述的一种纯轴向变形的MEMS三轴压阻式加速度计芯片,其特征在于,所述第二支撑梁(8)的平面平行于XY平面,第二支撑梁(8)的平面设置在第三质量块(6-1)或第四质量块(6-2)z方向的中心线处;第二支撑梁(8)上固定设置有蛇形梁(7)。3.根据权利要求2所述的一种纯轴向变形的MEMS三轴压阻式加速度计芯片,其特征在于,所述蛇形梁(7)包括若干个蛇形单元(7-1);每一个蛇形单元(7)固定设置在第三质量块(6-1)和芯片外框(5)之间,或者固定设置在第四质量块(6-2)和芯片外框(5)之间;所述蛇形单元(7-1)包括相互垂直的第一平面(7-2)和第二平面(7-3),第一平面(7-2)平行于Z测量单元的横向中心线,第二平面(7-3)平行于Z测量单元的竖向中心线,每一个第一平面(7-2)的两端分别连接有一个第二平面(7-3)。4.根据权利要求1所述的一种纯轴向变形的MEMS三轴压阻式加速度计芯片,其特征在于,所述第一凸起(6-3)包括一体连接的第一连接段(6-3-1)和第一凸出端(6-3-2),第一连接段(6-3-1)将第三质量块(6-3)主体和第一凸出端(6-3-2)一体连接,第一凸出端(6-3-2)的宽度大于第一连接段(6-3-1)的宽度;第二凸起(6-5)包括第二连接段(6-5-1)和第二凸出端(6-5-2),第二连接段(6-5-1)将第四质量块(6-4)主体和第二凸出端(6-5-2)连接,第二凸出端(6-5-2)的宽度大于第二连接段(6-5-1)的宽度;每一个第二凸出端(6-5-2)通过一个第三敏感梁(4-3)和第一凸出端(6-3-2)连接。5.根据权利要求4所述的一种纯轴向变形的MEMS三轴压阻式加速度计芯片,其特征在于,两个第二敏感梁(4-2)分别设置在一个第二连接段(6-5-1)的外侧。6.根据权利要求1所述的一种纯轴向变形的MEMS三轴压阻式加速