Микромеханический датчик

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в микромеханических акселерометрах и гироскопах. Датчик содержит маятник 1 и рамку 2, соединенные упругим подвесом 3. С двух сторон подвеса 3 выполнены канавки 4, которые заходят также на маятник 1 и рамку 2. На дне канавок 4 расположены проводящие дорожки 6, соединяющие контактные площадки 5, расположенные на дне канавок 4 на маятнике 1 и на рамке 2. Техническим результатом является снижение трудоемкости и повышение выхода годных изделий. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в микромеханических датчиках, например в интегральных акселерометрах и микрогироскопах.

Известен микромеханический акселерометр [1], содержащий инерционную массу в виде маятника и рамку, соединенную с маятником упругими подвесами. Упругий подвес выполнен заодно с маятником из монокристаллического кремния. Токоподвод к катушке, расположенной на маятнике, осуществляется гибкими токоподводами, например, из золота.

Недостатком данного устройства является наличие момента тяжения гибких проводников, что приводит к снижению точности прибора.

Известен также микромеханический датчик силы [2], содержащий инерционную массу в виде маятника и рамку, соединенную с маятником упругими подвесами. Упругий подвес выполнен из плавленого кварца и состоит из непроводящего элемента и элемента с двумя проводящими дорожками, выполненными как одно целое на плоских, углубленных до глубины нейтральной плоскости изгиба поверхностях с разных сторон подвеса. Проводящие элементы разделены непроводящими элементами. Причем таких упругих подвесов в устройстве как минимум два.

Недостатком этого устройства является то, что необходимо подвести напыленные токоподводы к контактной площадке на маятнике и к контактным площадкам, расположенным на рамке чувствительного элемента датчика. В известном устройстве эта задача решается за счет напыления проводящих дорожек через острые кромки между упругим подвесом и маятником, а также между упругим подвесом и рамкой, появление которых вызвано тем, что толщина упругого подвеса значительно меньше толщины как рамки, так и маятника и на переходе между ними образуется ступенька с острой кромкой. Металлизация на острых кромках в данном случае - трудноосуществимая задача, так как при проведении стандартных операций фотолитографии, а именно нанесении фоторезиста, последний “скатывается” с острых кромок. Вследствие этого происходит прокол маскирующей области и при дальнейшей обработке напыленный алюминий стравливается с острых кромок. В результате происходит разрыв в проводящей дорожке. Данный дефект можно устранить только разработкой специальных техпроцессов, требующих специальных навыков и высокой квалификации работников, а также индивидуальной обработкой каждого чувствительного элемента. В итоге выход годных чувствительных элементов резко сокращается, а трудоемкость возрастает.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение трудоемкости и повышение выхода годных изделий.

Для достижения заявленного технического результата в микромеханическом датчике, содержащем маятник, рамку и соединяющий их упругий подвес с расположенными на нем с двух сторон канавками, смещенными относительно продольной оси симметрии подвеса в разные стороны, причем дно канавок расположено на нейтральной плоскости изгиба подвеса, контактные площадки на маятнике и рамке, соединенные проводящими дорожками, проходящими по дну канавок, согласно изобретению, канавки продлены на рамку и маятник, а контактные площадки вместе с проводящими дорожками целиком расположены на дне канавок.

Существенным отличием предложенного решения от известного является то, что канавки, по которым проходят токопроводящие дорожки, продлены на рамку и маятник, и контактные площадки вместе с дорожками целиком расположены на дне канавок. За счет продления канавок на рамку и маятник устраняется ступенька с острой кромкой в местах сопряжения упругого подвеса с маятником и рамкой и, таким образом, токопроводящая дорожка проходит все время на одном уровне, т.е. на нейтральной плоскости изгиба подвеса, чем обеспечивается высокая однородность и качество ее структуры без применения специальных трудоемких техпроцессов.

Предложенный микромеханический датчик иллюстрируется чертежами, причем на фиг.1 представлена часть датчика в плане, а на фиг.2 - разрез упругого подвеса.

Микромеханический датчик содержит маятник 1 и рамку 2, которые соединены между собой упругим подвесом 3. С обоих сторон подвеса 3 расположены канавки 4, причем дно канавок 4 расположено на нейтральной плоскости изгиба подвеса 3. Канавки 4 смещены относительно продольной оси симметрии 7 подвеса 3 в разные стороны. На маятнике 1 и на рамке 2 расположены контактные площадки 5, служащие для подключения внешних проводников (не показаны). Контактные площадки 5 соединены между собой проводящими дорожками 6. Канавки 4 проходят не только с обеих сторон подвеса 3, но также продлены и на маятник 1 и рамку 2. По дну канавок 4 проходят проводящие дорожки 6, а в конце канавок 4 на маятнике 1 и на рамке 2 расположены контактные площадки 5.

Микромеханический датчик выполнен из монокристаллического кремния. Канавки 4 формируются заодно с упругим подвесом 3, после чего методом вакуумного напыления через маску наносятся проводящие дорожки 6.

Источники информации:

1. Коновалов С.Ф., и др. “Опыт разработки навигационных приборов на базе монокристалла кремния”. Микросистемная техника. №4 2001 г. с.22.

2. Патент США №4400970, выдан 30 августа 1983 г. НКИ 73/517 В, МПК G 01 P 15/13 (прототип).

Микромеханический датчик, содержащий маятник, рамку и соединяющий их упругий подвес с расположенными на нем с двух сторон канавками, смещенными относительно продольной оси симметрии подвеса в разные стороны, причем дно канавок расположено на нейтральной плоскости изгиба подвеса, контактные площадки на маятнике и рамке, соединенные проводящими дорожками, проходящими по дну канавок, отличающийся тем, что канавки продлены на рамку и маятник, а контактные площадки вместе с проводящими дорожками целиком расположены на дне канавок.