УДК 621.586.32; 621.396
ПАНКРАТОВ О.В., ПОГАЛОВ А.И.,
корпуса. На свободном конце кристалла закрепляется дополнительная
ШЕЛЕПИН Н.А.
инерционная масса. Выбор необходимого сочетания чувствительности и

диапазона рабочих частот акселерометров обеспечивается за счет
ПЬЕЗОРЕЗИСТИВНЫЕ МИКРОАКСЕЛЕРОМЕТРЫ
изменения величины инерционной массы и толщины рабочего участка

ТКБ-5.
ГНЦ РФ ГУ НПК Технологический центр, МИЭТ,
Во всех модификациях применено жидкостное демпфирование.
103498, Москва, К-498, тел. : (095) 5328987, 5329926, факс. (095) 9132192
Демпфирующей жидкостью заполняется рабочий зазор, сформированный

между инерционной массой и основанием. Оптимальная величина
Представлены разработанные и освоенные в опытном производстве
демпфирования обеспечивается соответствующим выбором размеров
конструкции кремниевых пьезорезистивных чувствительных элементов и
рабочего зазора и вязкости жидкости.
микроакселерометров на их основе.
Различные модификации акселерометры АВИ и МТА, рассчитанные
Датчики различного назначения с пьезорезистивными и емкостными
на разные диапазоны измерения, имеют чувствительность от 0,01 мВ/g до 9
чувствительными
элементами
(ЧЭ),
изготавливаемыми
методами
мВ/g и диапазон рабочих частот от 0...150 Гц до 0...2000 Гц.
микромеханики из монокристаллического кремния, широко используются
На рис.2,а представлена фотография кристалла ЧЭ с консольным
в современной измерительной технике. Практически идеальные упругие
подвесом инерционной массы на четырех упругих балках. Размеры
характеристики материала позволяют создавать сенсоры с высокими
кристалла составляют 8,0 2,5 0,44мм. Инерционная масса около 2 мг
метрологическими характеристиками, а групповые методы обработки
ограничена четырьмя (111) плоскостями, а балки размером 600х20х12 мкм
обеспечивают хорошую воспроизводимость и сравнительно низкую
расположены вдоль направления {110}.
стоимость изготовления.

В ГУ НПК Технологический центр разработан ряд конструкций
кремниевых чувствительных элементов (ЧЭ) для микроакселерометров.
На рис.1 представлена фотография кремниевого ЧЭ балочного типа
(ТКБ-5), выполненного в виде кремниевой балки размером 7,5 х 2,0 х 0,44
мм с утонением рабочего участка до требуемой величины (0,040...0,120
мм). В поверхностном слое рабочего участка сформированы интегральная
схема тензорезистивного моста, а вне рабочей зоны - схема температурной
компенсации чувствительности.


а)
б)
Рис.2. Кремниевые ЧЭ с консольной а) и симметричной схемой
подвеса инерционной массы

На рис.2,б представлена конструкция ЧЭ микроакселерометра с
симметричной схемой подвеса инерционной массы на четырех упругих
балках. Размеры кристалла 5,8х5,2х0,44мм Кремниевая инерционная масса

Рис.1. Кристалл ТКБ-5
около 2,8мг подвешена к основанию в виде прямоугольной рамки на

четырех кремниевых балках размером 600х160мкм и толщиной 10-15 мкм.
На основе ЧЭ ТКБ-5 в ГУ НПК Технологический центр
Пьезорезисторы р-типа проводимости, сформированные на каждой
разработаны несколько модификаций малогабаритных пьезорезистивных
балке чувствительных элементов, образуют полную мостовую схему.
акселерометров типа АВИ, МТА для измерения виброускорений.
Пьезорезисторы соединены с контактными площадками, расположенными
В акселерометрах АВИ и МТА кристалл ТКБ-5 консольно
по периферийной области кристалла. Для защиты чувствительного
устанавливается на основании, размещенном внутри герметичного
элемента от механических воздействий и образования демпфирующего

зазора к кристаллу ЧЭ крепятся верхняя и нижняя кремниевые крышки.
Технологические зазоры между инерционной массой и крышками
образуют воздушный демпфер.
Чувствительность микроакселерометра с консольным подвесом
инерционной массы составляет 1,9 мВ/g при напряжении питания 9 В,
резонансная частота 1200 Гц. Микроакселерометр с симметричной схемой
подвеса инерционной массы имеет чувствительность 0,54 мВ/g при
напряжении питания 9В и резонансную частоту 2900Гц. Нелинейность
нагрузочной характеристики менее 0,2%.
Разработанные
пьезорезистивные
акселерометры
находят
применение в различных областях техники. Низкий уровень собственных
шумов позволяет использовать их в сейсморазведке, а также в составе
многоканальных систем модального анализа колебаний на сверхнизких
частотах и малых вибрационных перегрузках.