一種mems三軸加速度計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微機(jī)電(MEMS)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說，涉及一種微機(jī)電的加速度計(jì)，尤其涉及一種三軸加速度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著消費(fèi)電子和可穿戴設(shè)備的發(fā)展，對(duì)MEMS慣性傳感器的性能提出了越來越高的要求，眾多系統(tǒng)廠商希望MEMS慣性器件在保持現(xiàn)有性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步縮小芯片的尺寸。所以，現(xiàn)有的MEMS三軸加速度計(jì)都傾向于三軸集成的設(shè)計(jì)。但是，由于其Z軸結(jié)構(gòu)原理的限制，大多數(shù)MEMS三軸加速度計(jì)都采用在某個(gè)方向上偏心的設(shè)計(jì)，來完成通過單一結(jié)構(gòu)對(duì)三個(gè)軸向加速度的同時(shí)檢測(cè)。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一方面對(duì)工藝有著特殊的要求，另一方面，不對(duì)稱的偏心設(shè)計(jì)使得無法完全消除外界的干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種MEMS三軸加速度計(jì)的新技術(shù)方案。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種MEMS三軸加速度計(jì)，包括位于襯底上方的質(zhì)量塊，以及固定在襯底上的錨定部，所述質(zhì)量塊通過其兩側(cè)對(duì)稱的彈性扭梁連接在錨定部上，且，所述錨定部位于質(zhì)量塊的結(jié)構(gòu)中心，彈性扭梁長(zhǎng)度方向上的中線與質(zhì)量塊的中線重合；其中，彈性扭梁的長(zhǎng)度方向記為X軸方向，與X軸方向垂直且位于質(zhì)量塊所在平面內(nèi)的方向記為Y軸方向，垂直于質(zhì)量塊所在平面的方向記為Z軸方向，其中，所述質(zhì)量塊在Y軸方向上位于彈性扭梁兩側(cè)的部分的質(zhì)量不相等；
[0005]所述襯底上設(shè)置有第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元，所述質(zhì)量塊上設(shè)有與第一 X軸固定電極單元構(gòu)成第一 X軸檢測(cè)電容的第一 X軸可動(dòng)電極單元，與第二 X軸固定電極單元構(gòu)成第二 X軸檢測(cè)電容的第二 X軸可動(dòng)電極單元；其中，所述第一 X軸檢測(cè)電容、第二X軸檢測(cè)電容構(gòu)成差分電容結(jié)構(gòu)；
[0006]所述襯底上設(shè)置有分布在彈性扭梁兩側(cè)的第一 Z軸固定電極單元、第二 Z軸固定電極單元，所述質(zhì)量塊上設(shè)有與第一 Z軸固定電極單元構(gòu)成第一 Z軸檢測(cè)電容的第一 Z軸可動(dòng)電極單元，與第二 Z軸固定電極單元構(gòu)成第二 Z軸檢測(cè)電容的第二 Z軸可動(dòng)電極單元；其中，所述第一 Z軸檢測(cè)電容、第二 Z軸檢測(cè)電容構(gòu)成差分電容結(jié)構(gòu)；
[0007]所述襯底上還分別設(shè)置有沿X軸方向延伸的第一 Y軸固定電極單元、第二 Y軸固定電極單元，所述第一 Y軸固定電極單元、第二 Y軸固定電極單元位于質(zhì)量塊Y軸的中線上，且對(duì)稱分布在錨定部的兩側(cè)；所述質(zhì)量塊上設(shè)有與第一 Y軸固定電極單元構(gòu)成第一 Y軸檢測(cè)電容的第一 Y軸可動(dòng)電極單元，與第二 Y軸固定電極單元構(gòu)成第二 Y軸檢測(cè)電容的第二 Y軸可動(dòng)電極單元；其中，所述第一 Y軸檢測(cè)電容、第二 Y軸檢測(cè)電容構(gòu)成差分電容結(jié)構(gòu)。
[0008]優(yōu)選地，所述第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元沿著Y軸方向延伸，所述第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元相對(duì)于質(zhì)量塊Y軸方向的中線軸對(duì)稱或相對(duì)于銷定部中心對(duì)稱，且第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元不在質(zhì)量塊X軸方向的中線上。
[0009]優(yōu)選地，所述第一 X軸固定電極單元包括平行設(shè)置的第一 X軸固定電極a、第一 X軸固定電極b，且，所述第一 X軸固定電極a、第一 X軸固定電極b與質(zhì)量塊上設(shè)置的第一 X軸可動(dòng)電極a、第一 X軸可動(dòng)電極b共同構(gòu)成了 X軸檢測(cè)的差分電容結(jié)構(gòu)；
[0010]所述第二 X軸固定電極單元包括平行設(shè)置的第二 X軸固定電極a、第二 X軸固定電極b，且，所述第二 X軸固定電極a、第二 X軸固定電極b與質(zhì)量塊上設(shè)置的第二 X軸可動(dòng)電極a、第二 X軸可動(dòng)電極b共同構(gòu)成了 X軸檢測(cè)的差分電容結(jié)構(gòu)。
[0011]優(yōu)選地，所述第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元沿著X軸方向延伸，且所述第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元對(duì)稱分布在質(zhì)量塊Y軸中線的兩側(cè)，或分布在質(zhì)量塊Y軸中線的兩側(cè)且沿著錨定部中心對(duì)稱。
[0012]優(yōu)選地，所述第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元位于質(zhì)量塊X軸的中線上。
[0013]優(yōu)選地，所述第一 X軸固定電極單元包括平行布置的第一 X軸固定電極a、第一 X軸固定電極b，且，所述第一 X軸固定電極a、第一 X軸固定電極b與質(zhì)量塊上設(shè)置的第一 X軸可動(dòng)電極a、第一 X軸可動(dòng)電極b共同構(gòu)成了 X軸檢測(cè)的差分電容結(jié)構(gòu)；
[0014]所述第二 X軸固定電極單元包括平行設(shè)置的第二 X軸固定電極a、第二 X軸固定電極b，且，所述第二 X軸固定電極a、第二 X軸固定電極b與質(zhì)量塊上設(shè)置的第二 X軸可動(dòng)電極a、第二 X軸可動(dòng)電極b共同構(gòu)成了 X軸檢測(cè)的差分電容結(jié)構(gòu)；
[0015]其中，所述第一 X軸固定電極單元中其中一側(cè)的第一 X軸固定電極與第二 X軸固定電極單元中相反一側(cè)的第二 X軸固定電極連接在一起。
[0016]優(yōu)選地，第一 Z軸固定電極單元、第二 Z軸固定電極單元分別為第一 Z軸檢測(cè)電容、第二 Z軸檢測(cè)電容的下電極，所述第一 Z軸可動(dòng)電極單元、第二 Z軸可動(dòng)電極單元分別為第一 Z軸檢測(cè)電容、第二 Z軸檢測(cè)電容的上電極。
[0017]優(yōu)選地，所述質(zhì)量塊其中一側(cè)設(shè)置有減重孔，以使質(zhì)量塊兩側(cè)的質(zhì)量不相等。
[0018]優(yōu)選地，所述減重孔設(shè)置在質(zhì)量塊上位于第一 Z軸可動(dòng)電極單元的位置。
[0019]優(yōu)選地，在所述第二 Z軸固定電極單元上設(shè)置有與第一 Z軸可動(dòng)電極單元上減重孔對(duì)應(yīng)的工藝孔。
[0020]本發(fā)明的三軸加速度計(jì)，將XYZ三個(gè)軸向的加速度檢測(cè)結(jié)構(gòu)集成在單個(gè)結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)中心為可動(dòng)質(zhì)量塊的錨點(diǎn)，通過彈性扭梁將質(zhì)量塊連接在錨點(diǎn)上，使質(zhì)量塊隨加速度的輸入，在各個(gè)方向上發(fā)生位移，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的加速度信號(hào)的檢測(cè)。當(dāng)X軸方向有加速度輸入時(shí)，質(zhì)量塊會(huì)繞錨點(diǎn)在Z軸方向上發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)X軸方向加速度的檢測(cè)；當(dāng)Z軸方向有加速度輸入時(shí)，質(zhì)量塊會(huì)繞彈性梁在X軸方向上發(fā)生的扭轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)Z軸方向加速度的檢測(cè)，當(dāng)Y軸方向加速度輸入時(shí)，質(zhì)量塊在Y軸方向發(fā)生平移運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)Y軸方向加速度的檢測(cè)。
[0021]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，由于其Z軸結(jié)構(gòu)原理的限制，大多數(shù)MEMS三軸加速度計(jì)都采用在某個(gè)方向上偏心的設(shè)計(jì)，來完成通過單一結(jié)構(gòu)對(duì)三個(gè)軸向加速度的同時(shí)檢測(cè)。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一方面對(duì)工藝有著特殊的要求，另一方面，不對(duì)稱的偏心設(shè)計(jì)使得無法完全消除外界的干擾。因此，本發(fā)明所要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)任務(wù)或者所要解決的技術(shù)問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員從未想到的或者沒有預(yù)期到的，故本發(fā)明是一種新的技術(shù)方案。
[0022]通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。
【附圖說明】
[0023]被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0024]圖1是本發(fā)明三軸加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明三軸加速度計(jì)另一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3、圖4是本發(fā)明三軸加速度計(jì)在受到Z軸方向加速度時(shí)的動(dòng)作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到:除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。
[0028]以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。
[0029]對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說明書的一部分。
[0030]在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它例子可以具有不同的值。
[0031]應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的