電容式加速度計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電容式加速度計，包括基板及第一半導體結構層。第一半導體結構層設置在基板上，包括第一質(zhì)量塊、第一及第二支撐基座、第一及第二彈性件，及第一及第二梳狀電容組。第一及第二支撐基座分別對應第一及第二軸向。第一彈性件以垂直于第一軸向來回彎折的方式連接在第一質(zhì)量塊及第一支撐基座間。第二彈性件以垂直于第二軸向來回彎折的方式連接在第一質(zhì)量塊及第二支撐基座間。第一及第二梳狀電容組分別設置在對應第二及第一軸向的位置上且連接于第一質(zhì)量塊。第一軸向垂直于第二軸向。借此，電容式加速度計的體積可進一步地縮減。
【專利說明】電容式加速度計

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種加速度計，特別是涉及一種電容式加速度計。

【背景技術】
[0002]一般而言，傳統(tǒng)三軸電容式加速度計采用各感測軸獨立的電容感測結構設計，也就是用來感測X軸、Y軸及Z軸加速度的質(zhì)量塊與其相關感測電極組件分別獨立設置，以達到三軸獨立感測的目的。此種配置雖然可在加速度感測上具有避免各軸的線性度及靈敏度受到它軸影響而降低的功效，但是為了同時達到降低機械噪聲的目的，往往就會產(chǎn)生加速度計的整體尺寸過大的問題。因此，如何進一步地縮減其整體尺寸及提升其靈敏度與線性度為目前電容式加速度計在結構設計上的重要課題之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種電容式加速度計，以解決上述之問題。
[0004]基于上述目的，本發(fā)明提供一種電容式加速度計，所述電容式加速度計包括一基板及一第一半導體結構層。所述第一半導體結構層設置在所述基板上，所述第一半導體結構層包括一第一質(zhì)量塊、至少一第一支撐基座、一第一彈性件、至少一第一梳狀電容組、至少一第二支撐基座、一第二彈性件及至少一第二梳狀電容組。所述第一支撐基座位在所述第一質(zhì)量塊對應一第一軸向的至少一側。所述第一彈性件以垂直于所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一質(zhì)量塊及所述第一支撐基座之間，用以使所述第一質(zhì)量塊在所述第一軸向受力時沿所述第一軸向彈性平移。所述第一梳狀電容組連接在所述第一質(zhì)量塊對應一第二軸向的至少一側上。所述第二支撐基座位于所述第一質(zhì)量塊對應所述第二軸向的至少一側。所述第二彈性件以垂直于所述第二軸向來回彎折的方式連接在所述第一質(zhì)量塊及所述第二支撐基座之間，用以使所述第一質(zhì)量塊在所述第二軸向受力時沿所述第二軸向彈性平移。所述第二梳狀電容組連接在所述第一質(zhì)量塊對應所述第一軸向的至少一側上。所述第一軸向垂直于所述第二軸向。
[0005]所述基板可以具有至少一感測電極，所述電容式加速度計可以還包括一第二半導體結構層，設置在所述基板上且位于所述第一半導體結構層的一側，所述第二半導體結構層包括一第二質(zhì)量塊及至少一第三支撐基座。所述第二質(zhì)量塊沿所述第一軸向或所述第二軸向具有一轉動軸，用來與所述感測電極產(chǎn)生一感測電容。所述第三支撐基座連接于所述轉動軸，用以使所述第二質(zhì)量塊不對稱地浮置在所述感測電極的上方。當所述第二質(zhì)量塊在一第三軸向受力時，所述第二質(zhì)量塊以所述轉動軸為中心樞轉，所述第三軸向垂直于所述第一軸向及所述第二軸向。
[0006]所述第一半導體結構層可以包括二第一梳狀電容組，每一第一梳狀電容組包括多個梳狀電容板及多個固定梳狀電容板。所述多個梳狀電容板自所述第一質(zhì)量塊上延伸形成。所述多個固定梳狀電容板固定在所述基板上且與所述多個梳狀電容板相互平行并交替排列。所述二第一梳狀電容組上的梳狀電容板與固定梳狀電容板的組數(shù)彼此相異。
[0007]所述第一半導體結構層可以包括二第一支撐基座及二第一彈性件，每一第一彈性件分別以垂直于所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一質(zhì)量塊及相對應的第一支撐基座之間，所述二第一彈性件的彎折次數(shù)彼此相異。
[0008]本發(fā)明另提供一種電容式加速度計，包括一基板及一第一半導體結構層。所述第一半導體結構層設置在所述基板上，所述第一半導體結構層包括一第一質(zhì)量塊、至少二第一支撐基座、二第一彈性件、至少一第一梳狀電容組、至少二第二支撐基座、二第二彈性件及至少一第二梳狀電容組。所述至少二第一支撐基座分別位于所述第一質(zhì)量塊對應一第一軸向的至少一側。所述二第一彈性件分別以平行于所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一質(zhì)量塊及相對應的第一支撐基座之間，用以使所述第一質(zhì)量塊在一第二軸向受力時沿所述第二軸向彈性平移。所述第一梳狀電容組連接在所述第一質(zhì)量塊對應所述第一軸向的至少一側上。所述至少二第二支撐基座，分別位于所述第一質(zhì)量塊對應所述第一軸向的至少一側。所述二第二彈性件分別以平行于所述第二軸向來回彎折的方式連接在所述第一質(zhì)量塊及相對應的第二支撐基座之間，用以使所述第一質(zhì)量塊在所述第一軸向受力時沿所述第一軸向彈性平移。所述第二梳狀電容組連接在所述第一質(zhì)量塊對應所述第二軸向的至少一側上。所述二第一彈性件的彎折次數(shù)彼此相異，所述第一軸向垂直于所述第二軸向。
[0009]所述基板可以具有至少一感測電極，所述電容式加速度計可以還包括一第二半導體結構層，設置在所述基板上且位于所述第一半導體結構層的一側，所述第二半導體結構層包括一第二質(zhì)量塊及至少一第三支撐基座。所述第二質(zhì)量塊沿所述第一軸向或所述第二軸向具有一轉動軸，用來與所述感測電極產(chǎn)生一感測電容。所述第三支撐基座連接于所述轉動軸，用以使所述第二質(zhì)量塊不對稱地浮置在所述感測電極的上方。當所述第二質(zhì)量塊在一第三軸向受力時，所述第二質(zhì)量塊以所述轉動軸為中心旋轉，所述第三軸向垂直于所述第一軸向及所述第二軸向。
[0010]所述電容式加速度計可以包括二第一梳狀電容組，每一第一梳狀電容組包括多個梳狀電容板及多個固定梳狀電容板。所述多個梳狀電容板自所述第一質(zhì)量塊上延伸形成。所述多個固定梳狀電容板固定在所述基板上且與所述多個梳狀電容板相互平行并交替排列。所述二第一梳狀電容組上的梳狀電容板與固定梳狀電容板的組數(shù)彼此相異。
[0011]本發(fā)明另提供一種電容式加速度計，包括一基板及一第一半導體結構層。所述第一半導體結構層設置在所述基板上，所述第一半導體結構層包括一第一質(zhì)量塊、至少一第一支撐基座、一第一彈性件、至少一第一梳狀電容組、至少一第二支撐基座、一第二彈性件及至少一第二梳狀電容組。所述第一支撐基座位于所述第一質(zhì)量塊對應一第一軸向的至少一側。所述第一彈性件具有一第一彎折結構及一第一階梯結構，所述第一彎折結構以對應所述第一軸向來回彎折的方式連接于所述第一支撐基座，所述第一階梯結構連接在所述第一質(zhì)量塊及所述第一彎折結構之間。所述第一梳狀電容組連接在所述第一質(zhì)量塊對應所述第一軸向的至少一側上。所述第二支撐基座位于所述第一質(zhì)量塊對應一第二軸向的至少一偵U。所述第二彈性件具有一第二彎折結構及一第二階梯結構，所述第二彎折結構以對應所述第二軸向來回彎折的方式連接于所述第二支撐基座，所述第二階梯結構連接在所述第一質(zhì)量塊及所述第二彎折結構之間。所述第二梳狀電容組連接在所述第一質(zhì)量塊對應所述第二軸向的至少一側上。所述第一軸向垂直于所述第二軸向。
[0012]所述第一質(zhì)量塊在對應所述第一階梯結構及所述第二階梯結構的位置上可以分別設置有一突出塊。
[0013]所述基板可以具有至少一感測電極，所述電容式加速度計可以還包括一第二半導體結構層，設置在所述基板上且位于所述第一半導體結構層的一側，所述第二半導體結構層包括一第二質(zhì)量塊及至少一第三支撐基座。所述第二質(zhì)量塊沿所述第一軸向或所述第二軸向具有一轉動軸，用來與所述感測電極產(chǎn)生一感測電容。所述第三支撐基座連接于所述轉動軸，用以使所述第二質(zhì)量塊不對稱地浮置在所述感測電極的上方。當所述第二質(zhì)量塊在一第三軸向受力時，所述第二質(zhì)量塊以所述轉動軸為中心旋轉，所述第三軸向垂直于所述第一軸向及所述第二軸向。
[0014]所述第一半導體結構層可以包括二第一梳狀電容組，每一第一梳狀電容組包括多個梳狀電容板及多個固定梳狀電容板。所述多個梳狀電容板自所述第一質(zhì)量塊上延伸形成。所述多個固定梳狀電容板固定在所述基板上且與所述多個梳狀電容板相互平行并交替排列。所述二第一梳狀電容組上的梳狀電容板與固定梳狀電容板的組數(shù)彼此相異。
[0015]所述第一彎折結構可以垂直于所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一支撐基座及所述第一階梯結構之間，所述第二彎折結構以垂直于所述第二軸向來回彎折的方式連接在所述第二支撐基座及所述第二階梯結構之間。
[0016]所述第一彎折結構可以平行于所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一支撐基座及所述第一階梯結構之間，所述第二彎折結構以平行于所述第二軸向來回彎折的方式連接在所述第二支撐基座及所述第二階梯結構之間。
[0017]所述第一半導體結構層可以包括二第一支撐基座及二第一彈性件，每一第一彎折結構分別以對應所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一質(zhì)量塊及相對應的第一支撐基座之間，每一第一彎折結構的彎折次數(shù)彼此相異。
[0018]本發(fā)明另提供一種電容式加速度計，包括一基板及一第一半導體結構層。所述第一半導體結構層設置在所述基板上，所述第一半導體結構層包括一第一質(zhì)量塊、至少二第一梳狀電容組、至少一第一支撐基座、一第一彈性件、至少二第二梳狀電容組、至少一第二支撐基座及一第二彈性件。所述至少二第一梳狀電容組連接在所述第一質(zhì)量塊對應一第一軸向的至少一側上。所述第一支撐基座設置在所述至少二第一梳狀電容組之間。所述第一彈性件以對應所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一質(zhì)量塊及所述第一支撐基座之間。所述至少二第二梳狀電容組連接在所述第一質(zhì)量塊對應一第二軸向的至少一側上。所述第二支撐基座設置在所述至少二第二梳狀電容組之間。所述第二彈性件以對應所述第二軸向來回彎折的方式連接在所述第一質(zhì)量塊及所述第二支撐基座之間。所述第一軸向垂直于所述第二軸向。
[0019]所述基板可以具有至少一感測電極，所述電容式加速度計可以還包括一第二半導體結構層，設置在所述基板上且位于所述第一半導體結構層的一側，所述第二半導體結構層包括一第二質(zhì)量塊及至少一第三支撐基座。所述第二質(zhì)量塊沿所述第一軸向或所述第二軸向具有一轉動軸，用來與所述感測電極產(chǎn)生一感測電容。所述第三支撐基座連接于所述轉動軸，用以使所述第二質(zhì)量塊不對稱地浮置在所述感測電極的上方。當所述第二質(zhì)量塊在一第三軸向受力時，所述第二質(zhì)量塊以所述轉動軸為中心旋轉，所述第三軸向垂直于所述第一軸向及所述第二軸向。
[0020]所述第一半導體結構層可以包括二第一梳狀電容組，每一第一梳狀電容組包括多個梳狀電容板及多個固定梳狀電容板。所述多個梳狀電容板自所述第一質(zhì)量塊上延伸形成。所述多個固定梳狀電容板固定在所述基板上且與所述多個梳狀電容板相互平行并交替排列。所述二第一梳狀電容組上的梳狀電容板與固定梳狀電容板的組數(shù)彼此相異。
[0021]所述第一彈性件可以垂直于所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一支撐基座及所述第一質(zhì)量塊之間，所述第二彈性件以垂直于所述第二軸向來回彎折的方式連接在所述第二支撐基座及所述第一質(zhì)量塊之間。
[0022]所述第一彈性件可以平行于所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一支撐基座及所述第一質(zhì)量塊之間，所述第二彈性件以平行于所述第二軸向來回彎折的方式連接在所述第二支撐基座及所述第一質(zhì)量塊之間。
[0023]所述第一半導體結構層可以包括二第一支撐基座及二第一彈性件，每一第一彈性件分別以對應所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一質(zhì)量塊及相對應的第一支撐基座之間，所述二第一彈性件的彎折次數(shù)彼此相異。
[0024]根據(jù)上述技術方案，本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術至少具有下列優(yōu)點及有益效果:本發(fā)明利用改變彈性件彎折方式(如彈性件彎折次數(shù)彼此相異、改變彈性件彎折方向等)、改變梳狀電容組上的梳狀電容板與固定梳狀電容板的組數(shù)，或是改變梳狀電容組與彈性件的配置的設計，以進一步地縮減電容式加速度計的整體體積或是提升電容式加速度計在第一軸向及第二軸向上的感測線性度及靈敏度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例所提出的電容式加速度計的上視圖；
[0026]圖2是第I圖的第二半導體結構層的側視圖；
[0027]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例所提出的電容式加速度計的上視圖；
[0028]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例所提出的電容式加速度計的上視圖；
[0029]圖5是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例所提出的電容式加速度計的上視圖。
[0030]其中，附圖標記說明如下:
[0031]12基板16第二半導體結構層
[0032]18,204第一質(zhì)量塊 20、306第一支撐基座
[0033]24,304第一梳狀電容組26、312第二支撐基座
[0034]30,310第二梳狀電容組32梳狀電容板
[0035]34固定梳狀電容板36感測電極
[0036]38第二質(zhì)量塊 40第三支撐基座
[0037]42轉動軸210 第一彎折結構
[0038]212 第一階梯結構 214 第二彎折結構
[0039]216 第二階梯結構 218 突出塊
[0040]10、100、200、300 電容式加速度計
[0041]14、102、202、302 第一半導體結構層
[0042]22、104、206、308 第一彈性件
[0043]28、106、208、314 第二彈性件

【具體實施方式】
[0044]請參照圖1，圖1是根據(jù)本發(fā)明的一第一實施例所提出的一電容式加速度計10的上視圖，如第I圖所示，電容式加速度計10包括一基板12、一第一半導體結構層14及一第二半導體結構層16?；?2可由絕緣材料(如玻璃或陶瓷)所組成，用以裝載第一半導體結構層14及第二半導體結構層16于其上，第二半導體結構層16位于第一半導體結構層14的一側，以下分別針對第一半導體結構層14及第二半導體結構層16的結構設計進行說明。
[0045]首先，在第一半導體結構層14的結構設計方面，第一半導體結構層14包括一第一質(zhì)量塊18、至少一第一支撐基座20、至少一第一彈性件22、至少一第一梳狀電容組24、至少一第二支撐基座26、至少一第二彈性件28及至少一第二梳狀電容組30，上述第一支撐基座20、第一彈性件22、第一梳狀電容組24、第二支撐基座26、第二彈性件28及第二梳狀電容組30在第I圖中均顯示四個，其中第一質(zhì)量塊18可由半導體材料(如硅)所組成。
[0046]在此實施例中，第一支撐基座20位于第一質(zhì)量塊18對應第一軸向(即圖1所不的X軸方向)的兩側，第二支撐基座26位于第一質(zhì)量塊18對應與第一軸向垂直的第二軸向(即圖1所示的Y軸方向)的兩側。第一彈性件22以垂直于第一軸向來回彎折的方式連接在第一質(zhì)量塊18及第一支撐基座20之間(如圖1所示)，用以提供彈力以使第一質(zhì)量塊18在第一軸向受力時可沿第一軸向彈性平移，而第二彈性件28則是以垂直于第二軸向來回彎折的方式連接在第一質(zhì)量塊18及第二支撐基座26之間(如圖1所示)，用以提供彈力以使第一質(zhì)量塊18在第二軸向受力時可沿第二軸向彈性平移。
[0047]第一梳狀電容組24分別連接在第一質(zhì)量塊18對應第一軸向的兩側上，每一第一梳狀電容組24包括復數(shù)個梳狀電容板32及復數(shù)個固定梳狀電容板34，復數(shù)個梳狀電容板32自第一質(zhì)量塊18上延伸形成，復數(shù)個固定梳狀電容板34固定在基板12上且與復數(shù)個梳狀電容板32相互平行并交替排列，藉此，第一半導體結構層14即可利用第一梳狀電容組24的電容變化量感測第一質(zhì)量塊18在第二軸向上的加速度，而由圖1可知，在此實施例中，二第一梳狀電容組24上的梳狀電容板32與固定梳狀電容板34的組數(shù)彼此相異，以產(chǎn)生增加第一梳狀電容組24的電容變化量的效果，從而提升第一半導體結構層14在電容變化感測上的靈敏度。第二梳狀電容組30分別連接在第一質(zhì)量塊18對應第二軸向的兩側上，藉此，第一半導體結構層14即可利用第二梳狀電容組30的電容變化量感測第一質(zhì)量塊18在第一軸向上的加速度，至于第二梳狀電容組30的電容感測設計，其可參照上述針對第一梳狀電容組24的說明類推，故于此不再贅述。
[0048]接著，在第二半導體結構層16的結構設計方面，請參閱圖1及圖2，圖2是第I圖的第二半導體結構層16的側視圖。由圖1及圖2可知，基板12具有至少一感測電極36 (在圖2中顯示二個)，第二半導體結構層16包括一第二質(zhì)量塊38及至少一第三支撐基座40 (在圖2中顯示二個)。在此實施例中，第二質(zhì)量塊38沿第一軸向具有一轉動軸42，第三支撐基座40連接于轉動軸42，用以使第二質(zhì)量塊38可沿第二軸向不對稱地浮置在感測電極36的上方，而與感測電極36產(chǎn)生感測電容，藉此，當?shù)诙|(zhì)量塊38在第三軸向(即圖2的Z軸方向)受力時，第二質(zhì)量塊38就能以轉動軸42為中心進行旋轉而造成其與感測電極36之間的感測電容產(chǎn)生變化，換句話說，第二半導體結構層16可利用第二質(zhì)量塊38與感測電極36之間的電容變化量感測出第二質(zhì)量塊38在第三軸向上的加速度。上述第二質(zhì)量塊38不對稱地浮置在感測電極36的上方的設計可不限于圖1所示的配置方式，也就是說，第二質(zhì)量塊38也可采用沿第二軸向具有轉動軸42的設計，進而使第二質(zhì)量塊38可沿第一軸向不對稱地浮置在感測電極36的上方，至于采用何種設計，其端視電容式加速度計10的實際應用而定。
[0049]在上述配置下，當電容式加速度計10在空間中受力而在第一軸向上具有加速度時，第一質(zhì)量塊18就會朝第一軸向彈性平移，此時，第二梳狀電容組30上的梳狀電容板與固定梳狀電容板的間距就會隨著第一質(zhì)量塊18在第一軸向上的彈性平移而有所變化，從而導致第二梳狀電容組30的電容值發(fā)生變化，如此即可根據(jù)第二梳狀電容組30的電容變化量，進一步地感測出電容式加速度計10在第一軸向上的加速度值。
[0050]同理，當電容式加速度計10在空間中受力而在第二軸向上具有加速度時，第一質(zhì)量塊18就會朝第二軸向彈性平移，此時，第一梳狀電容組24上的梳狀電容板32與固定梳狀電容板34的間距就會隨著第一質(zhì)量塊18在第二軸向上的彈性平移而有所變化，從而導致第一梳狀電容組24的電容值發(fā)生變化，如此即可根據(jù)第一梳狀電容組24的電容變化量，進一步地感測出電容式加速度計10在第二軸向上的加速度值。
[0051]除此之外，當電容式加速度計10在空間中受力而在第三軸向上具有加速度時，第二質(zhì)量塊38就會以轉動軸42為旋轉中心而朝第三軸向樞轉，此時，第二質(zhì)量塊38與基板12上的感測電極36的間距就會隨著第二質(zhì)量塊38在第三軸向上的樞轉而有所變化，從而導致第二質(zhì)量塊38與感測電極36之間的電容值發(fā)生變化，如此即可根據(jù)第二質(zhì)量塊38與感測電極36之間的電容變化量，進一步地感測出電容式加速度計10在第三軸向上的加速度值。
[0052]綜上所述，利用第一半導體結構層14上的質(zhì)量塊與支撐基座、彈性件及梳狀電容組的配置，及第二半導體結構層16上的可不對稱旋轉的質(zhì)量塊與基板上的感測電極的配置，電容式加速度計10可具有感測三軸向加速度的功能。需注意的是，在此實施例中，由圖1可知，利用第一彈性件22垂直于第一軸向來回彎折的方式取代現(xiàn)有彈性件在質(zhì)量塊與支撐基座之間橫向地來回彎折的方式的設計，即可產(chǎn)生第一半導體結構層14在第一軸向上的寬度縮減的效果。同樣地，利用第二彈性件28垂直于第二軸向來回彎折的方式，其亦可達到第一半導體結構層14在第二軸向上的寬度縮減的效果。如此一來，就能達到節(jié)省第一半導體結構層14在電容式加速度計10上所需占用的結構空間的目的，從而進一步地縮減電容式加速度計10的整體體積。
[0053]接下來，請參照圖3，其為根據(jù)本發(fā)明的一第二實施例所提出的一電容式加速度計100的上視圖，第二實施例中所述的組件與第一實施例中所述的組件編號相同者，表示其具有相似的功能或結構，電容式加速度計100與上述實施例主要不同之處在于彈性件的彎折設計，至于電容式加速度計100在感測三軸向加速度上的設計，其可參照上述實施例類推，故于此不再贅述。由圖3可知，電容式加速度計100包括基板12、一第一半導體結構層102及第二半導體結構層16。第一半導體結構層102設置在基板12上，其包括第一質(zhì)量塊18、至少二第一支撐基座20、至少二第一彈性件104、至少一第一梳狀電容組24、至少二第二支撐基座26、至少二第二彈性件106及至少一第二梳狀電容組30，上述第一支撐基座20、第一彈性件104、第一梳狀電容組24、第二支撐基座26、第二彈性件106，及第二梳狀電容組30在圖3中均顯示四個。
[0054]在此實施例中，第一彈性件104以平行于第一軸向來回彎折的方式連接在第一質(zhì)量塊18及第一支撐基座20之間，用以提供彈力以使第一質(zhì)量塊18在第二軸向受力時可沿第二軸向彈性平移，其中第一彈性件104的彎折次數(shù)彼此相異，舉例來說，如圖3所示，位于第一質(zhì)量塊18的左上及右上邊角處的第一彈性件104的彎折次數(shù)小于位于第一質(zhì)量塊18的左下及右下邊角處的第一彈性件104的彎折次數(shù)，以使第一質(zhì)量塊18在第二軸向受力時可更靈敏地在第二軸向上產(chǎn)生平移運動。同理，第二彈性件106亦可以平行于第二軸向來回彎折的方式連接在第一質(zhì)量塊18及第二支撐基座26之間，用以提供彈力以使第一質(zhì)量塊18在第一軸向受力時可沿第一軸向彈性平移，而第二彈性件106的彎折次數(shù)亦可彼此相異，以使第一質(zhì)量塊18在第一軸向受力時可更靈敏地在第一軸向上產(chǎn)生平移運動。如此一來，透過上述彈性件的彎折次數(shù)彼此相異以輔助質(zhì)量塊在第一軸向上及第二軸向上的彈性平移更加地靈敏及順暢的設計，電容式加速度計100在第一軸向及第二軸向上的感測線性度及靈敏度即可更進一步地提升。
[0055]接下來，請參照圖4，其為根據(jù)本發(fā)明的一第三實施例所提出的一電容式加速度計200的上視圖，第三實施例中所述的組件與第一實施例中所述的組件編號相同者，表示其具有相似的功能或結構，電容式加速度計200與第一實施例主要不同之處在于彈性件的彎折設計，至于電容式加速度計200在感測三軸向加速度上的設計，其可參照上述實施例類推，故于此不再贅述。如圖4所示，電容式加速度計200包括基板12、一第一半導體結構層202，及第二半導體結構層16。第一半導體結構層202設置在基板12上，其包括一第一質(zhì)量塊204、至少一第一支撐基座20、至少一第一彈性件206、至少一第一梳狀電容組24、至少一第二支撐基座26、至少一第二彈性件208，及至少一第二梳狀電容組30，上述第一支撐基座20、第一彈性件206、第一梳狀電容組24、第二支撐基座26、第二彈性件208，及第二梳狀電容組30在圖4中均顯示四個。
[0056]在此實施例中，第一彈性件206具有一第一彎折結構210及一第一階梯結構212，第一彎折結構210以垂直第一軸向來回彎折的方式連接于第一支撐基座20，第一階梯結構212連接在第一質(zhì)量塊204及第一彎折結構210之間，而第二彈性件208則是具有一第二彎折結構214及一第二階梯結構216，第二彎折結構214以垂直第二軸向來回彎折的方式連接于第二支撐基座26，第二階梯結構216連接在第一質(zhì)量塊204及第二彎折結構214之間。如此一來，利用彈性階梯結構連接于彈性彎折結構與質(zhì)量塊的設計取代公知技術僅利用彈性彎折結構連接于支撐基座與質(zhì)量塊的設計的方式，第一彈性件206及第二彈性件208在第一半導體結構層202內(nèi)所需占用的空間就能相對應地被縮減，從而使第一質(zhì)量塊204可在對應第一階梯結構212及第二階梯結構216的位置上額外延伸形成有一突出塊218，藉此，即可在不需額外擴增第一半導體結構層202的整體體積的情況下，增加第一質(zhì)量塊204的整體重量，進而使第一質(zhì)量塊204在第一軸向及第二軸向受力時所產(chǎn)生的平移運動能更加地靈敏，以達到提升電容式加速度計200在第一軸向及第二軸向上的感測線性度及靈敏度的目的。
[0057]值得一提的是，第一彈性件206與第二彈性件208的彎折方向可不限于上述實施例，以提升第一半導體結構層202在彈性件彎折設計上的彈性。舉例來說，第一彈性件206的第一彎折結構210可改以平行第一軸向來回彎折的方式連接于第一支撐基座20，而第二彈性件208的第二彎折結構214則是可相對應地改以平行第二軸向來回彎折的方式連接于第二支撐基座26。
[0058]最后，請參照圖5，圖5為根據(jù)本發(fā)明的一第四實施例所提出的一電容式加速度計300的上視圖，第四實施例中所述的組件與上述實施例中所述的組件編號相同者，表示其具有相似的功能或結構，電容式加速度計300與上述實施例主要不同之處在于支撐基座、彈性件與梳狀電容組的配置，至于電容式加速度計300在感測三軸向加速度上的設計，其可參照上述實施例類推，故于此不再贅述。如圖5所示，電容式加速度計300包括基板12、一第一半導體結構層302，及第二半導體結構層16。第一半導體結構層302設置在基板12上，其包括第一質(zhì)量塊18、至少二第一梳狀電容組304、至少一第一支撐基座306、至少一第一彈性件308、至少二第二梳狀電容組310、至少一第二支撐基座312，及至少一第二彈性件314，上述第一梳狀電容組304、第一支撐基座306、第一彈性件308、第二梳狀電容組310、第二支撐基座312，及第二彈性件314在圖5中均顯示四個。
[0059]在此實施例中，第一梳狀電容組304分別連接在第一質(zhì)量塊18對應第一軸向的兩側上，第一支撐基座306設置在第一梳狀電容組304之間，而第二梳狀電容組310則是分別連接在第一質(zhì)量塊18對應第二軸向的兩側上，第二支撐基座312設置在第二梳狀電容組310之間。另外，第一彈性件308系以平行第一軸向來回彎折的方式連接在第一質(zhì)量塊18及第一支撐基座306之間，而第二彈性件314以平行第二軸向來回彎折的方式連接在第一質(zhì)量塊18及第二支撐基座312之間。
[0060]如此一來，利用彈性件設置在梳狀電容組間的設計，其可使第一質(zhì)量塊18在第一軸向及第二軸向受力時所產(chǎn)生的平移運動能更加地靈敏，以達到提升電容式加速度計300在第一軸向及第二軸向上的感測線性度及靈敏度的目的。
[0061]值得一提的是，上述所提及的彈性件彎折次數(shù)彼此相異及梳狀電容組上的梳狀電容板與固定梳狀電容板的組數(shù)彼此相異的設計可交互應用于上述實施例中，以使本發(fā)明所提供的電容式加速度計在結構設計上更具彈性。除此之外，上述實施例中所提及的第二半導體結構層為可省略的組件，以簡化本發(fā)明的電容式加速度計的結構設計，換句話說，本發(fā)明的電容式加速度計可僅配置有第一半導體結構層而只具有感測二軸向加速度的功能。
[0062]相較于現(xiàn)有技術采用各感測軸分別獨立設置的電容感測結構設計，本發(fā)明使用第二半導體結構層(用來感測第三軸向的加速度值)位于第一半導體結構層(用來感測第一及第二軸向的加速度值)的一側的配置，以解決前述加速度計的整體尺寸過大的問題。除此之外，本發(fā)明亦可利用改變彈性件彎折方式(如彈性件彎折次數(shù)彼此相異、改變彈性件彎折方向等)、改變梳狀電容組上的梳狀電容板與固定梳狀電容板的組數(shù)，或是改變梳狀電容組與彈性件的配置的設計，以進一步地縮減電容式加速度計的整體體積或是提升電容式加速度計在第一軸向及第二軸向上的感測線性度及靈敏度。
[0063]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種電容式加速度計，其特征在于，所述電容式加速度計包括: 一基板；及 一第一半導體結構層，設置在所述基板上，所述第一半導體結構層包括: 一第一質(zhì)量塊； 至少一第一支撐基座，位于所述第一質(zhì)量塊對應一第一軸向的至少一側； 一第一彈性件，具有一第一彎折結構及一第一階梯結構，所述第一彎折結構以對應所述第一軸向來回彎折的方式連接于所述第一支撐基座，所述第一階梯結構連接在所述第一質(zhì)量塊及所述第一彎折結構之間； 至少一第一梳狀電容組，連接在所述第一質(zhì)量塊對應所述第一軸向的至少一側上； 至少一第二支撐基座，位于所述第一質(zhì)量塊對應一第二軸向的至少一側； 一第二彈性件，具有一第二彎折結構及一第二階梯結構，所述第二彎折結構以對應所述第二軸向來回彎折的方式連接于所述第二支撐基座，所述第二階梯結構連接在所述第一質(zhì)量塊及所述第二彎折結構之間；及 至少一第二梳狀電容組，連接在所述第一質(zhì)量塊對應所述第二軸向的至少一側上； 其中所述第一軸向垂直于所述第二軸向。
2.如權利要求1所述的電容式加速度計，其特征在于，所述第一質(zhì)量塊在對應所述第一階梯結構及所述第二階梯結構的位置上分別設置有一突出塊。
3.如權利要求1所述的電容式加速度計，其特征在于，所述基板具有至少一感測電極，所述電容式加速度計還包括: 一第二半導體結構層，設置在所述基板上且位于所述第一半導體結構層的一側，所述第二半導體結構層包括: 一第二質(zhì)量塊，沿所述第一軸向或所述第二軸向具有一轉動軸，用來與所述感測電極產(chǎn)生一感測電容；及 至少一第三支撐基座，連接于所述轉動軸，用以使所述第二質(zhì)量塊不對稱地浮置在所述感測電極的上方； 其中當所述第二質(zhì)量塊在一第三軸向受力時，所述第二質(zhì)量塊以所述轉動軸為中心旋轉，所述第三軸向垂直于所述第一軸向及所述第二軸向。
4.如權利要求1所述的電容式加速度計，其特征在于，所述第一半導體結構層包括二第一梳狀電容組，每一第一梳狀電容組包括: 多個梳狀電容板，自所述第一質(zhì)量塊上延伸形成；及 多個固定梳狀電容板，固定在所述基板上且與所述多個梳狀電容板相互平行并交替排列； 其中所述二第一梳狀電容組上的梳狀電容板與固定梳狀電容板的組數(shù)彼此相異。
5.如權利要求1所述的電容式加速度計，其特征在于，所述第一彎折結構以垂直于所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一支撐基座及所述第一階梯結構之間，所述第二彎折結構以垂直于所述第二軸向來回彎折的方式連接在所述第二支撐基座及所述第二階梯結構之間。
6.如權利要求1所述的電容式加速度計，其特征在于，所述第一彎折結構以平行于所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一支撐基座及所述第一階梯結構之間，所述第二彎折結構以平行于所述第二軸向來回彎折的方式連接在所述第二支撐基座及所述第二階梯結構之間。
7.如權利要求1所述的電容式加速度計，其特征在于，所述第一半導體結構層包括二第一支撐基座及二第一彈性件，每一第一彎折結構分別以對應所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一質(zhì)量塊及相對應的第一支撐基座之間，每一第一彎折結構的彎折次數(shù)彼此相異。
8.一種電容式加速度計，其特征在于，所述電容式加速度計包括: 一基板；及 一第一半導體結構層，設置在所述基板上，所述第一半導體結構層包括: 一第一質(zhì)量塊； 至少二第一梳狀電容組，連接在所述第一質(zhì)量塊對應一第一軸向的至少一側上； 至少一第一支撐基座，設置在所述至少二第一梳狀電容組之間； 一第一彈性件，以對應所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一質(zhì)量塊及所述第一支撐基座之間； 至少二第二梳狀電容組，連接在所述第一質(zhì)量塊對應一第二軸向的至少一側上；至少一第二支撐基座，設置在所述至少二第二梳狀電容組之間；及一第二彈性件，以對應所述第二軸向來回彎折的方式連接在所述第一質(zhì)量塊及所述第二支撐基座之間； 其中所述第一軸向垂直于所述第二軸向。
9.如權利要求8所述的電容式加速度計，其特征在于，所述基板具有至少一感測電極，所述電容式加速度計還包括: 一第二半導體結構層，設置在所述基板上且位于所述第一半導體結構層的一側，所述第二半導體結構層包括: 一第二質(zhì)量塊，沿所述第一軸向或所述第二軸向具有一轉動軸，用來與所述感測電極產(chǎn)生一感測電容；及 至少一第三支撐基座，連接于所述轉動軸，用以使所述第二質(zhì)量塊不對稱地浮置在所述感測電極的上方； 其中當所述第二質(zhì)量塊在一第三軸向受力時，所述第二質(zhì)量塊以所述轉動軸為中心旋轉，所述第三軸向垂直于所述第一軸向及所述第二軸向。
10.如權利要求8所述的電容式加速度計，其特征在于，所述第一半導體結構層包括二第一梳狀電容組，每一第一梳狀電容組包括: 多個梳狀電容板，自所述第一質(zhì)量塊上延伸形成；及 多個固定梳狀電容板，固定在所述基板上且與所述多個梳狀電容板相互平行并交替排列； 其中所述二第一梳狀電容組上的梳狀電容板與固定梳狀電容板的組數(shù)彼此相異。
11.如權利要求8所述的電容式加速度計，其特征在于，所述第一彈性件以垂直于所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一支撐基座及所述第一質(zhì)量塊之間，所述第二彈性件以垂直于所述第二軸向來回彎折的方式連接在所述第二支撐基座及所述第一質(zhì)量塊之間。
12.如權利要求8所述的電容式加速度計，其特征在于，所述第一彈性件以平行于所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一支撐基座及所述第一質(zhì)量塊之間，所述第二彈性件以平行于所述第二軸向來回彎折的方式連接在所述第二支撐基座及所述第一質(zhì)量塊之間。
13.如權利要求8所述的電容式加速度計，其特征在于，所述第一半導體結構層包括二第一支撐基座及二第一彈性件，每一第一彈性件分別以對應所述第一軸向來回彎折的方式連接在所述第一質(zhì)量塊及相對應的第一支撐基座之間，所述二第一彈性件的彎折次數(shù)彼此相異。
【文檔編號】G01P15/125GK104316726SQ201410561451
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2012年3月20日 優(yōu)先權日:2012年3月20日
【發(fā)明者】沈靖凱 申請人:立積電子股份有限公司