多軸電容式加速度計(jì)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種多軸電容式加速度計(jì)，所述多軸電容式加速度計(jì)的XY軸結(jié)構(gòu)層的彈性結(jié)構(gòu)采用中間長(zhǎng)、兩邊遞減的扇形結(jié)構(gòu)，該扇形結(jié)構(gòu)具有較好的應(yīng)力釋放能力，并且相對(duì)于傳統(tǒng)的長(zhǎng)條形的折疊梁結(jié)構(gòu)而言其長(zhǎng)度較短，形成于基底上的用作布線的第一層多晶硅可不經(jīng)過(guò)所述彈性結(jié)構(gòu)正下方，可減小工藝制作過(guò)程中由于底層布線形成的臺(tái)階對(duì)所述彈性結(jié)構(gòu)性能的影響。
【專(zhuān)利說(shuō)明】多軸電容式加速度計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種探測(cè)加速度的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種多軸電容式加速度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]采用表面工藝制作的微機(jī)電(Micro-Electro-Mechanic System,簡(jiǎn)稱(chēng)MEMS)慣性傳感器是以硅片為基體，通過(guò)多次薄膜淀積和圖形加工制備的三維微機(jī)械結(jié)構(gòu)。常用的薄膜層材料包括:多晶硅、氮化硅、二氧化硅和金屬。典型的工藝步驟包括:基片準(zhǔn)備，一次氧化形成絕緣層，淀積第一層多晶硅，刻蝕多晶硅形成電極和互連線，二次氧化形成犧牲層，氧化層刻蝕形成通孔，淀積第二層多晶硅，淀積金屬層，刻蝕金屬層形成互連線，刻蝕第二層多晶硅形成機(jī)械結(jié)構(gòu)圖形，最后去除犧牲層形成可動(dòng)結(jié)構(gòu)單元。
[0003]加速度計(jì)，即加速度感應(yīng)器，是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備，是微機(jī)電(MEMS)慣性傳感器常用器件之一。加速度感應(yīng)器主要應(yīng)用在位置感應(yīng)、位移感應(yīng)或者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)感應(yīng)等。如，在手機(jī)上使用加速度感應(yīng)器，就可以探測(cè)到手機(jī)的放置狀態(tài)，是平放還是傾斜等，根據(jù)狀態(tài)啟動(dòng)不同的程序以達(dá)到某種效果，再如，可應(yīng)用到筆記本電腦上，來(lái)探測(cè)筆記本的移動(dòng)狀況，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)智能地選擇關(guān)閉硬盤(pán)還是讓其繼續(xù)運(yùn)行，這樣可以最大程度的保護(hù)由于振動(dòng)，比如顛簸的工作環(huán)境，或者不小心摔了電腦所造成的硬盤(pán)損害，最大程度的保護(hù)里面的數(shù)據(jù)。另外一個(gè)用途就是目前使用的數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)中也采用加速度傳感器，用于檢測(cè)拍攝時(shí)候的手部的振動(dòng)，并根據(jù)這些振動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)相機(jī)的聚焦。
[0004]加速度計(jì)主要包括雙軸加速度計(jì)和三軸加速度計(jì)。雙軸加速度計(jì)檢測(cè)X軸和Y軸方向的加速度值。三軸加速度計(jì)檢測(cè)X軸、Y軸和Z軸三個(gè)方向的加速度值，其中，X軸和Y軸加速度計(jì)用于檢測(cè)作用在與主平面平行的兩個(gè)相互正交方向上的加速度，Z軸加速度計(jì)用于檢測(cè)作用在與主平面垂直方向上的加速度。通常，加速度計(jì)主要由可動(dòng)質(zhì)量塊、固定錨點(diǎn)、彈性結(jié)構(gòu)和固定電極等組成。其中，彈性結(jié)構(gòu)一端與固定錨點(diǎn)相連，另一端與可動(dòng)質(zhì)量塊相連，固定電極與可動(dòng)質(zhì)量塊之間形成可變電容。當(dāng)外部加速度作用在可動(dòng)質(zhì)量塊上時(shí)形成慣性力，該慣性力對(duì)可動(dòng)質(zhì)量塊形成位移量，電容式加速度計(jì)通過(guò)感應(yīng)固定電極與可動(dòng)質(zhì)量塊之間的電容變化來(lái)檢測(cè)位移變化量，從而確定外部加速度。
[0005]多軸電容式加速度計(jì)的主要指標(biāo)有:靈敏度、線性度、溫度漂移以及抗沖擊能力。然而，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，目前的多軸電容式加速度計(jì)的溫度漂移以及抗沖擊能力性能仍不能滿足要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于，提供一種具有較強(qiáng)的應(yīng)力釋放能力和較小溫度漂移的多軸電容式加速度計(jì)。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種多軸電容式加速度計(jì)，包括基底以及XY軸結(jié)構(gòu)層，所述XY軸結(jié)構(gòu)層包括可動(dòng)質(zhì)量塊、中心錨點(diǎn)、彈性結(jié)構(gòu)以及多個(gè)檢測(cè)電極，所述多個(gè)檢測(cè)電極用于檢測(cè)X方向和Y方向的加速度，所述可動(dòng)質(zhì)量塊與中心錨點(diǎn)以及彈性結(jié)構(gòu)相連，所述彈性結(jié)構(gòu)為扇形折疊梁結(jié)構(gòu)。
[0008]本實(shí)用新型還提供另一種多軸電容式加速度計(jì)，包括基底和XY軸結(jié)構(gòu)層，所述XY軸結(jié)構(gòu)層包括可動(dòng)質(zhì)量塊、中心錨點(diǎn)、彈性結(jié)構(gòu)以及多個(gè)檢測(cè)電極，所述多個(gè)檢測(cè)電極用于檢測(cè)X方向和Y方向的加速度，所述可動(dòng)質(zhì)量塊與所述中心錨點(diǎn)和彈性結(jié)構(gòu)相連，所述中心錨點(diǎn)為具有缺口的結(jié)構(gòu)，所述彈性結(jié)構(gòu)為扇形折疊梁結(jié)構(gòu)。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的多軸電容式加速度計(jì)的XY軸加速度計(jì)的彈性結(jié)構(gòu)采用中間長(zhǎng)、兩邊遞減的扇形結(jié)構(gòu)，該扇形結(jié)構(gòu)具有較好的應(yīng)力釋放能力。進(jìn)一步的，所述扇形結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)的長(zhǎng)條形的折疊梁結(jié)構(gòu)而言長(zhǎng)度較短，如此，形成于基底上的用作布線的第一層多晶硅可以不經(jīng)過(guò)彈性結(jié)構(gòu)正下方，可減小工藝制作過(guò)程中由于底層布線形成的臺(tái)階對(duì)彈性結(jié)構(gòu)性能的影響。
[0010]另外，本實(shí)用新型的多軸電容式加速度計(jì)的XY軸加速度計(jì)的中心錨點(diǎn)采用帶缺口的正方形，減小了溫度變化時(shí)由于基底和中心錨點(diǎn)的材料熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，因而減小了中心錨點(diǎn)的形變，進(jìn)而減小了溫度漂移。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一的多軸電容式加速度計(jì)的整體示意圖；
[0012]圖2a是圖1中中心錨點(diǎn)的示意圖；
[0013]圖2b是另一種中心鋪點(diǎn)的不意圖；
[0014]圖3是圖1中彈性結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0015]圖4是圖1中檢測(cè)電容的示意圖；
[0016]圖5是圖1中檢測(cè)電容對(duì)應(yīng)的底層布線的示意圖；
[0017]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例二的多軸電容式加速度計(jì)的整體示意圖；
[0018]圖7是圖6所示結(jié)構(gòu)的基底發(fā)生翹曲時(shí)沿著直線a的截面示意圖；
[0019]圖8是圖6中Z軸結(jié)構(gòu)層的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如【背景技術(shù)】所述，現(xiàn)有的多軸電容式加速度計(jì)的溫度漂移以及抗沖擊能力性能仍不能滿足要求。經(jīng)本 申請(qǐng)人:實(shí)用新型人長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的多軸電容式加速度計(jì)的彈性結(jié)構(gòu)通常是長(zhǎng)條形的折疊梁結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，一方面抗沖擊能力較弱，另一方面彈性結(jié)構(gòu)底下的布線(電極和互連線)可能會(huì)影響彈性結(jié)構(gòu)的剛度。為此，本實(shí)用新型提供一種多軸電容式加速度計(jì)，其XY軸加速度計(jì)的彈性結(jié)構(gòu)采用中間長(zhǎng)、兩邊遞減的扇形結(jié)構(gòu)，該扇形結(jié)構(gòu)具有較好的應(yīng)力釋放能力；并且相對(duì)于傳統(tǒng)的長(zhǎng)條形的折疊梁結(jié)構(gòu)而言該扇形結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度較短，如此，形成于基底上的用作布線的第一層多晶硅可以不經(jīng)過(guò)彈性結(jié)構(gòu)正下方，可減小工藝制作過(guò)程中由于底層布線形成的臺(tái)階對(duì)彈性結(jié)構(gòu)性能的影響。
[0021]此外，傳統(tǒng)的多軸電容式加速度計(jì)的XY軸加速度結(jié)構(gòu)，起支撐作用的中心錨點(diǎn)為規(guī)則的正方形，其加工過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力較難釋放。為此，本實(shí)用新型的多軸電容式加速度計(jì)中，XY軸加速度計(jì)的中心錨點(diǎn)采用帶缺口的正方形，減小了溫度變化時(shí)由于基底和中心錨點(diǎn)的材料熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，因而減小了中心錨點(diǎn)的形變，進(jìn)而減小了溫度漂移。
[0022]下面將結(jié)合示意圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本實(shí)用新型，而仍然實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本實(shí)用新型的限制。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例的目的。
[0023]【實(shí)施例一】
[0024]本實(shí)施例的多軸電容式加速度計(jì)是雙軸電容式加速度計(jì)，即X和Y軸加速度計(jì)。圖1是本實(shí)施例的多軸電容式加速度計(jì)的整體示意圖。如圖1所示，所述多軸電容式加速度計(jì)包括基底(圖1中未示出)和XY軸結(jié)構(gòu)層，所述XY軸結(jié)構(gòu)層包括可動(dòng)質(zhì)量塊31，中心錨點(diǎn)32，彈性結(jié)構(gòu)33以及檢測(cè)電極34a、34b。
[0025]繼續(xù)參考圖1,本實(shí)施例中,XY軸結(jié)構(gòu)層Ia共包含八個(gè)檢測(cè)電極，八個(gè)檢測(cè)電極對(duì)稱(chēng)分布于可動(dòng)質(zhì)量塊31的四個(gè)頂角，該放置方式有效的利用了芯片面積，有利于提高加速度計(jì)的靈敏度。詳細(xì)的，其中四個(gè)檢測(cè)電極34a對(duì)稱(chēng)分布于中心錨點(diǎn)32的左右兩側(cè)，用于檢測(cè)X方向的加速度；另外四個(gè)檢測(cè)電極34b對(duì)稱(chēng)分布于中心錨點(diǎn)32的上下兩側(cè)，用于檢測(cè)Y方向的加速度。即，所述八個(gè)檢測(cè)電極以中心錨點(diǎn)32為中心呈輻射狀分布于其四周。當(dāng)然，本實(shí)用新型并不限定檢測(cè)電極的數(shù)量和排布方式，還可設(shè)置其它數(shù)量例如四組檢測(cè)電極以及采取其它方式例如以中心錨點(diǎn)32為中心等間距排布在中心錨點(diǎn)32的周?chē)?br> [0026]圖2a是圖1的中心錨點(diǎn)的示意圖。如圖2a所示，XY軸結(jié)構(gòu)層Ia的中心錨點(diǎn)32的形狀為四角帶缺口的正方形。具體地說(shuō)，中心錨點(diǎn)32大致呈十字形，十字交叉點(diǎn)處向內(nèi)凹陷形成缺口 41、42、4 3、44，所述缺口 41、42、43、44的形狀相同，均是方形。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于基底與中心錨點(diǎn)32的材料不同，相應(yīng)的熱膨脹系數(shù)也不同，例如基底為單晶硅，其熱膨脹系數(shù)典型值為2.5E-6 (1/K)，中心錨點(diǎn)32為多晶硅，其熱膨脹系數(shù)典型值為4.7E-6 (I/K)，當(dāng)不同熱膨脹系數(shù)的材料相互接觸且溫度發(fā)生變化時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，從而產(chǎn)生形變。本實(shí)施例的多軸電容式加速度計(jì)采用帶缺口的中心錨點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該缺口有利于釋放應(yīng)力，從而減小形變，進(jìn)而減小溫度漂移?？梢岳斫獾氖牵緦?shí)用新型的中心錨點(diǎn)的形狀并不局限于十字形，其它帶缺口的形狀均在本實(shí)用新型的創(chuàng)作精神所包含的范圍內(nèi)。例如，中心錨點(diǎn)32’的形狀同樣為四角帶缺口的正方形，缺口 41’、42’、43’、44’均呈梯形，如圖2b所示，亦可實(shí)現(xiàn)釋放應(yīng)力的目的。
[0027]圖3是圖1中彈性結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖3所示，XY軸結(jié)構(gòu)層Ia的彈性結(jié)構(gòu)33為中間長(zhǎng)、兩邊遞減的扇形折疊梁結(jié)構(gòu)。這種扇形折疊梁結(jié)構(gòu)一方面具有較好的應(yīng)力釋放能力，另一方面在不影響彈性結(jié)構(gòu)剛度的條件下，扇形折疊梁結(jié)構(gòu)整體長(zhǎng)度可以比傳統(tǒng)的長(zhǎng)條形折疊梁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度短，如此，彈性結(jié)構(gòu)33布局時(shí)可以繞過(guò)基底10上的布線，即所述彈性結(jié)構(gòu)33與其底層的布線錯(cuò)開(kāi)設(shè)置，亦即，用作布線的第一層多晶硅可以不經(jīng)由彈性結(jié)構(gòu)33正下方，因而大大減小了工藝制作過(guò)程中由于底層布線形成的臺(tái)階對(duì)彈性結(jié)構(gòu)剛度的影響。
[0028]圖4是圖1中檢測(cè)電容的示意圖。結(jié)合圖1和圖4所示，每組檢測(cè)電極包括:第一檢測(cè)電極61以及第二檢測(cè)電極62和63。第一檢測(cè)電極61與可動(dòng)質(zhì)量塊31相連，可動(dòng)質(zhì)量塊31與中心錨點(diǎn)32以及彈性結(jié)構(gòu)33相連，第二檢測(cè)電極62和63分別固定于基底10表面上。當(dāng)受到Y(jié)方向的加速度時(shí)，第一檢測(cè)電極61與可動(dòng)質(zhì)量塊31 —起運(yùn)動(dòng)，因而第一檢測(cè)電極61與第二檢測(cè)電極62和63之間的電容值一個(gè)增加、一個(gè)減小，通過(guò)輸出電路對(duì)兩個(gè)電容值做差分處理即可得出相應(yīng)的加速度。輸出電路結(jié)構(gòu)以及差分處理方法是本領(lǐng)域公知技術(shù)，在此不予贅述。
[0029]本實(shí)施例中，所述多軸電容式加速度計(jì)還包括多個(gè)止動(dòng)塊35，均勻分布于所述可動(dòng)質(zhì)量塊31的周?chē)⑴c所述可動(dòng)質(zhì)量塊31相連。較佳的，共包含四個(gè)止動(dòng)塊35，四個(gè)止動(dòng)塊35對(duì)稱(chēng)分布在多軸電容式加速度計(jì)的四個(gè)頂角，用于減小外部沖擊力對(duì)多軸電容式加速度計(jì)的影響，避免影響其靈敏度。
[0030]本實(shí)施例中，所述多軸電容式加速度計(jì)還包括形成于基底10上的布線(電極和互連線)。基底10例如是硅基底，其中繪示于圖1中的可動(dòng)質(zhì)量塊31，中心錨點(diǎn)32，彈性結(jié)構(gòu)33，檢測(cè)電極34a、34b可通過(guò)蝕刻工藝而為一體成形的結(jié)構(gòu)。此外，XY軸結(jié)構(gòu)層還包括金屬層(圖中未示出)，用以將產(chǎn)生的感測(cè)信號(hào)傳遞至基底10上的布線。
[0031]具體的，所述多軸電容式加速度計(jì)可通過(guò)如下工藝步驟包括:基底準(zhǔn)備，一次氧化形成絕緣層，淀積第一層多晶硅，刻蝕第一層多晶硅形成電極和互連線，二次氧化形成犧牲層，犧牲層刻蝕形成通孔，淀積第二層多晶硅，淀積金屬層，刻蝕金屬層形成互連線，刻蝕第二層多晶硅形成機(jī)械結(jié)構(gòu)圖形即結(jié)構(gòu)層，最后去除犧牲層形成可動(dòng)結(jié)構(gòu)單元即加速度計(jì)。
[0032]圖5是圖1中檢測(cè)電容對(duì)應(yīng)的底層連線示意圖。結(jié)合圖1和圖5所示，本實(shí)施例中，中心錨點(diǎn)32位于中心，四個(gè)止動(dòng)塊35均勻分布于四角，中心錨點(diǎn)32與位于四角的止動(dòng)塊35相連。具體地說(shuō)，所述基底10上的布線包括四條止動(dòng)塊連線35’和四組第二檢測(cè)電極連線62’、63’(共八條第二檢測(cè)電極連線)。中心錨點(diǎn)32與四個(gè)止動(dòng)塊35均通過(guò)第二層多晶硅形成，第二檢測(cè)電極連線62’、63’與止動(dòng)塊連線35’均通過(guò)第一層多晶硅形成。四個(gè)止動(dòng)塊35通過(guò)四條 止動(dòng)塊連線35’與中心錨點(diǎn)32連接，大致呈X形分布于基底10上。第二檢測(cè)電極連線62’與第二檢測(cè)電極連線63’均是彎折成三段的折線，每組第二檢測(cè)電極連線62’、63’平行分布于兩條止動(dòng)塊連線35’之間的基底空白處，第二檢測(cè)電極連線62’在內(nèi)側(cè)，第二檢測(cè)電極連線63 ’位于第二檢測(cè)電極連線62 ’外側(cè)，彈性結(jié)構(gòu)33正對(duì)于第二檢測(cè)電極連線63’的外側(cè)。即，第二檢測(cè)電極62和63的連線未分布在彈性結(jié)構(gòu)33正下方，可以避免工藝制作過(guò)程中連線上方的彈性結(jié)構(gòu)形成臺(tái)階，從而消除了其對(duì)彈性結(jié)構(gòu)剛度的影響。
[0033]【實(shí)施例二】
[0034]本實(shí)施例的多軸電容式加速度計(jì)是三軸電容式加速度計(jì)，即，包括如實(shí)施例一所述的X和Y軸加速度計(jì)，還包括Z軸加速度計(jì)。具體如圖6所示，所述的X和Y軸加速度計(jì)包括XY軸結(jié)構(gòu)層la，所述Z軸加速度計(jì)包括位于XY軸結(jié)構(gòu)層Ia兩側(cè)的扭擺式Z軸結(jié)構(gòu)層lb、lc，所述XY軸結(jié)構(gòu)層Ia整體呈正方形，所述Z軸結(jié)構(gòu)層lb、lc整體呈長(zhǎng)方形，以盡可能節(jié)省面積。
[0035]圖7是圖6所示結(jié)構(gòu)的基底發(fā)生翹曲時(shí)沿著直線a的截面示意圖，圖8是圖6中Z軸結(jié)構(gòu)層Ib的示意圖。如圖6至圖8所示，Z軸結(jié)構(gòu)層lb、Ic包括:可動(dòng)質(zhì)量塊17、18,固定錨點(diǎn)15b、15c，彈性結(jié)構(gòu)16b、16c，固定電極11、12、13、14。
[0036]繼續(xù)參考圖6、圖7和圖8，固定電極11、12、13、14分別固定于基底10表面上。固定電極11和固定電極12寬度相同，且關(guān)于Z軸結(jié)構(gòu)層Ib的彈性結(jié)構(gòu)16b對(duì)稱(chēng)。固定電極13和固定電極14寬度相同，且關(guān)于Z軸加速度計(jì)Ic的彈性結(jié)構(gòu)16c對(duì)稱(chēng)。彈性結(jié)構(gòu)16b與固定錨點(diǎn)15b和可動(dòng)質(zhì)量塊17相連,如此,可動(dòng)質(zhì)量塊17可浮置于基底10上方，固定電極11、12與可動(dòng)質(zhì)量塊17之間形成可變電容；類(lèi)似的，彈性結(jié)構(gòu)16c與固定錨點(diǎn)15c和可動(dòng)質(zhì)量塊18相連,如此,可動(dòng)質(zhì)量塊18可浮置于基底10上方，固定電極13、14與可動(dòng)質(zhì)量塊18之間形成可變電容。所述彈性結(jié)構(gòu)16b、16c可以是彈片或者彈簧或及其等效的構(gòu)件。Z軸結(jié)構(gòu)層lb、lc對(duì)應(yīng)的可動(dòng)質(zhì)量塊17、18通過(guò)固定錨點(diǎn)15b、15c下的第一層多晶硅電學(xué)上相連，固定電極11和固定電極13電學(xué)上相連，固定電極12和固定電極14電學(xué)上相連。
[0037]優(yōu)選的，Z軸結(jié)構(gòu)層Ib的可動(dòng)質(zhì)量塊17的質(zhì)心不在彈性結(jié)構(gòu)16b上，Z軸加速度計(jì)Ic的可動(dòng)質(zhì)量塊18的質(zhì)心不在彈性結(jié)構(gòu)16c上。即，固定錨點(diǎn)15b、15c左右兩側(cè)的可動(dòng)質(zhì)量塊寬度不同，因而對(duì)應(yīng)的質(zhì)量不同。Z軸結(jié)構(gòu)層Ib的彈性結(jié)構(gòu)16b左側(cè)的可動(dòng)質(zhì)量塊的質(zhì)量與Z軸結(jié)構(gòu)層Ic的彈性結(jié)構(gòu)16c左側(cè)的可動(dòng)質(zhì)量塊的質(zhì)量相同，所述Z軸結(jié)構(gòu)層Ib的彈性結(jié)構(gòu)16b右側(cè)的可動(dòng)質(zhì)量塊的質(zhì)量與所述Z軸結(jié)構(gòu)層Ic的彈性結(jié)構(gòu)16c右側(cè)的可動(dòng)質(zhì)量塊的質(zhì)量相同。也就是說(shuō)，XY軸加速度計(jì)左側(cè)的Z軸可動(dòng)質(zhì)量塊較寬部分靠近XY軸加速度計(jì)，XY軸加速度計(jì)右側(cè)的Z軸可動(dòng)質(zhì)量塊較窄部分靠近XY軸加速度計(jì)。
[0038]本實(shí)施例還提供一種多軸電容式加速度計(jì)進(jìn)行加速度檢測(cè)的方法，當(dāng)存在沿Z軸的外部加速度時(shí)，兩個(gè)Z軸結(jié)構(gòu)層的可動(dòng)質(zhì)量塊分別繞與其連接的彈性結(jié)構(gòu)做扭擺運(yùn)動(dòng)；其中一個(gè)Z軸結(jié)構(gòu)層的可動(dòng)質(zhì)量塊與該Z軸結(jié)構(gòu)層的一個(gè)固定電極之間的電容值為Cl，另一個(gè)Z軸結(jié)構(gòu)層的可動(dòng)質(zhì)量塊與該Z軸結(jié)構(gòu)層的一個(gè)固定電極之間的電容值為C2，所述其中一個(gè)Z軸結(jié)構(gòu)層的可動(dòng)質(zhì)量塊與該Z軸結(jié)構(gòu)層的另一個(gè)固定電極之間的電容值為C3，所述另一個(gè)Z軸結(jié)構(gòu)層的可動(dòng)質(zhì)量塊與該Z軸結(jié)構(gòu)層的另一個(gè)固定電極之間的電容值為C4，通過(guò)檢測(cè)所述電容值C3與C4之和與所述電容值Cl與C2之和的差值確定Z軸的外部加速度。
[0039]詳細(xì)的，當(dāng)存在沿Z軸的外部加速度時(shí)，則在慣性力的作用下可動(dòng)質(zhì)量塊17、18會(huì)繞彈性結(jié)構(gòu)16b、16c做扭擺運(yùn)動(dòng)。若外部加速度指向Z軸負(fù)方向時(shí)，則可動(dòng)質(zhì)量塊17靠近固定電極12，遠(yuǎn)離固定電極11，相應(yīng)地，可動(dòng)質(zhì)量塊17與固定電極12之間的電容值增加，可動(dòng)質(zhì)量塊17與固定電極11之間的電容值減小。類(lèi)似地，可動(dòng)質(zhì)量塊18靠近固定電極14，遠(yuǎn)離固定電極13，相應(yīng)地，可動(dòng)質(zhì)量塊18與固定電極14之間的電容值增加，可動(dòng)質(zhì)量塊18與固定電極13之間的電容值減小。固定電極11和13電學(xué)上相連，固定電極12和14電學(xué)上相連，若可動(dòng)質(zhì)量塊17與固定電極11之間的電容值Cl和可動(dòng)質(zhì)量塊18與固定電極13之間電容值C2之和為Ca，可動(dòng)質(zhì)量塊17與固定電極12之間的電容值C3和可動(dòng)質(zhì)量塊18與固定電極14之間電容值C4之和為Cb，則兩者之差Λ C=Cb-Ca= (C3+C4) - (C1+C2)，通過(guò)檢測(cè)AC即可獲得外部加速度。
[0040]更詳細(xì)地，當(dāng)封裝等應(yīng)力較大時(shí)，基底10可能會(huì)向上或者向下翹曲，以向上翅曲為例，若Z軸加速度計(jì)的可動(dòng)質(zhì)量塊17、18如圖6所示放置，則可動(dòng)質(zhì)量塊17與固定電極12之間的應(yīng)力形變引起的電容值變化量AC3近似于可動(dòng)質(zhì)量塊18與固定電極13之間的應(yīng)力形變引起的電容值變化量AC2 ;類(lèi)似地，可動(dòng)質(zhì)量塊17與固定電極11之間的應(yīng)力形變引起的電容值變化量ACl近似于可動(dòng)質(zhì)量塊18與固定電極14之間的應(yīng)力形變引起的電容值變化量AC4，則Δ C=Cb-Ca= ((C3+ Δ C3) + (C4+ Δ C4))-((C1+AC1) + (C2+AC2)) ^ (C3+C4)-(C1+C2);即上述放置可以基本消除基底翹曲引起的檢測(cè)電容值變化量。[0041]所述Z軸結(jié)構(gòu)層的可動(dòng)質(zhì)量塊17、18，固定錨點(diǎn)15b、15c，彈性結(jié)構(gòu)16b、16c可通過(guò)蝕刻和熏蒸工藝而為一體成形的結(jié)構(gòu)(刻蝕工藝形成相應(yīng)的圖形，熏蒸工藝將可動(dòng)質(zhì)量塊下的犧牲層移除)，可與XY軸結(jié)構(gòu)層的可動(dòng)質(zhì)量塊31，中心錨點(diǎn)32，彈性結(jié)構(gòu)33，檢測(cè)電極34a、34b —同利用第二層多晶硅形成，所述固定電極11、12、13、14與基底上的布線同是利用第一層多晶硅形成，所述固定電極11與固定電極13通過(guò)基底上的固定電極連線(圖中未示出)電學(xué)上相連，所述固定電極12與固定電極14通過(guò)基底上的固定電極連線(圖中未示出)電學(xué)上相連。詳細(xì)的，所述固定電極11、12、13、14與固定電極連線、第二檢測(cè)電極連線62’、63’以及止動(dòng)塊連線35’均通過(guò)第一層多晶硅形成。
[0042]需要說(shuō)明的是，本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)于實(shí)施例二公開(kāi)的電容式加速度計(jì)的XY軸結(jié)構(gòu)層而言，由于與實(shí)施例一公開(kāi)的電容式加速度計(jì)的XY軸結(jié)構(gòu)層相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)實(shí)施例一對(duì)應(yīng)部分即可。
[0043]上述描述僅是對(duì)本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本實(shí)用新型范圍的任何限定，本實(shí)用新型領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多軸電容式加速度計(jì)，其特征在于，包括基底和XY軸結(jié)構(gòu)層，所述XY軸結(jié)構(gòu)層包括可動(dòng)質(zhì)量塊、中心錨點(diǎn)、彈性結(jié)構(gòu)以及多個(gè)檢測(cè)電極，所述多個(gè)檢測(cè)電極用于檢測(cè)X方向和Y方向的加速度，所述可動(dòng)質(zhì)量塊與所述中心錨點(diǎn)和彈性結(jié)構(gòu)相連，所述彈性結(jié)構(gòu)為扇形折疊梁結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的多軸電容式加速度計(jì)，其特征在于，所述多軸電容式加速度計(jì)還包括形成于所述基底上的布線，所述XY軸結(jié)構(gòu)層的彈性結(jié)構(gòu)與所述布線錯(cuò)開(kāi)設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的多軸電容式加速度計(jì)，其特征在于，所述XY軸結(jié)構(gòu)層包括八個(gè)檢測(cè)電極，所述八個(gè)檢測(cè)電極以所述中心錨點(diǎn)為中心呈輻射狀分布于其四周；其中四個(gè)檢測(cè)電極對(duì)稱(chēng)分布于中心錨點(diǎn)的左右兩側(cè)，用于檢測(cè)X方向的加速度；另外四個(gè)檢測(cè)電極對(duì)稱(chēng)分布于中心錨點(diǎn)的上下兩側(cè)，用于檢測(cè)Y方向的加速度。
4.如權(quán)利要求3所述的多軸電容式加速度計(jì)，其特征在于，每個(gè)所述檢測(cè)電極均包括第一檢測(cè)電極以及兩個(gè)第二檢測(cè)電極，所述第一檢測(cè)電極與所述XY軸結(jié)構(gòu)層的可動(dòng)質(zhì)量塊相連，所述兩個(gè)第二檢測(cè)電極固定于所述基底上。
5.如權(quán)利要求1所述的多軸電容式加速度計(jì)，其特征在于，所述XY軸結(jié)構(gòu)層還包括固定于所述基底上的多個(gè)止動(dòng)塊，所述多個(gè)止動(dòng)塊均勻分布于所述XY軸結(jié)構(gòu)層的可動(dòng)質(zhì)量塊的周?chē)⑴c所述XY軸結(jié)構(gòu)層的可動(dòng)質(zhì)量塊相連。
6.一種多軸電容式加速度計(jì)，其特征在于，包括基底和XY軸結(jié)構(gòu)層，所述XY軸結(jié)構(gòu)層包括可動(dòng)質(zhì)量塊、中心錨點(diǎn)、彈性結(jié)構(gòu)以及多個(gè)檢測(cè)電極，所述多個(gè)檢測(cè)電極用于檢測(cè)X方向和Y方向的加速度，所述可動(dòng)質(zhì)量塊與所述中心錨點(diǎn)和彈性結(jié)構(gòu)相連，所述中心錨點(diǎn)為具有缺口的結(jié)構(gòu)，所述彈性結(jié)構(gòu)為扇形折疊梁結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的多軸電容式加速度計(jì)，其特征在于，所述中心錨點(diǎn)呈十字形，其十字交叉點(diǎn)處向內(nèi)凹陷形成缺口。
8.如權(quán)利要求7所述的多軸電容式加速度計(jì)，其特征在于，所述缺口為方形缺口或梯形缺口。
9.如權(quán)利要求6所述的多軸電容式加速度計(jì)，其特征在于，所述多軸電容式加速度計(jì)還包括形成于所述基底上的布線，所述XY軸結(jié)構(gòu)層的彈性結(jié)構(gòu)與所述布線錯(cuò)開(kāi)設(shè)置。
10.如權(quán)利要求6所述的多軸電容式加速度計(jì)，其特征在于，所述XY軸結(jié)構(gòu)層包括八個(gè)檢測(cè)電極，所述八個(gè)檢測(cè)電極以所述中心錨點(diǎn)為中心呈輻射狀分布于其四周；其中四個(gè)檢測(cè)電極對(duì)稱(chēng)分布于中心錨點(diǎn)的左右兩側(cè)，用于檢測(cè)X方向的加速度；另外四個(gè)檢測(cè)電極對(duì)稱(chēng)分布于中心錨點(diǎn)的上下兩側(cè)，用于檢測(cè)Y方向的加速度。
11.如權(quán)利要求10所述的多軸電容式加速度計(jì)，其特征在于，每個(gè)所述檢測(cè)電極均包括第一檢測(cè)電極以及兩個(gè)第二檢測(cè)電極，所述第一檢測(cè)電極與所述XY軸結(jié)構(gòu)層的可動(dòng)質(zhì)量塊相連，所述兩個(gè)第二檢測(cè)電極固定于所述基底上。
12.如權(quán)利要求6所述的多軸電容式加速度計(jì)，其特征在于，所述XY軸結(jié)構(gòu)層還包括固定于所述基底上的多個(gè)止動(dòng)塊，所述多個(gè)止動(dòng)塊均勻分布于所述XY軸結(jié)構(gòu)層的可動(dòng)質(zhì)量塊的周?chē)⑴c所述XY軸結(jié)構(gòu)層的可動(dòng)質(zhì)量塊相連。
【文檔編號(hào)】G01P15/18GK203720199SQ201320802751
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】汪建平, 鄧登峰 申請(qǐng)人:杭州士蘭微電子股份有限公司