[發明專利]一種微機電電容式角速度傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201010288795.2
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN102012434A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 孫博華;張渤
• 申請（專利權）人: 孫博華
• 主分類號: G01P3/44
• 分類號: G01P3/44;B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑

1.一種微機電電容式角速度傳感器，其特征在于：包括基底和設置在所述基底上的襯底，在所述襯底上設有中心立柱及電容極板，所述中心立柱位于所述襯底的中心部位，所述電容極板為四個，均圍繞所述中心立柱呈中心對稱分布；在所述電容極板的上方設有質量塊和彈簧機構，所述質量塊為四個，與所述電容極板上下相對應，其中一對質量塊位于X軸上，另一對質量塊位于Y軸上，所述質量塊與中心立柱通過彈簧機構連接，所述質量塊與所述電容極板之間的間距可隨X、Y軸輸入角速度大小而作相應的線性變化；在所述襯底與質量塊之間設有可供質量塊以中心立柱為中心沿其軸向左右擺動的驅動梳齒機構；還包括信號輸入輸出結構，所述信號輸入輸出結構與所述驅動梳齒機構連接用于輸入驅動信號，所述信號輸入輸出結構還與電容極板連接用于輸出X、Y軸角速度的檢測信號；當X、Y軸有角速度輸入時，與X、Y軸正交的質量塊在驅動梳齒機構作用下沿Z軸上下運動，使質量塊與相應電容極板之間形成差模電容輸出。

2.根據權利要求1所述的微機電電容式角速度傳感器，其特征在于：在所述質量塊上分別開有通槽，所述通槽豎向貫穿所述質量塊，在所述基底上錨定有固定電容板，所述固定電容板穿過所述電容極板上的通孔伸出至所述通槽內，所述固定電容板與電容極板上的通孔的孔壁不接觸，所述固定電容板與所述通槽的槽壁之間具有可隨Z軸角速度輸入而產生相應變化的間距，所述驅動梳齒機構可供質量塊沿其徑向伸縮位移；所述信號輸入輸出結構還與固定電容板連接用于輸出Z軸角速度的檢測信號；當Z軸有角速度輸入時，通槽的槽壁與所述固定電容板之間形成差模電容輸出。

3.根據權利要求1或2所述的微機電電容式角速度傳感器，其特征在于：所述驅動梳齒機構包括固定驅動梳齒和活動驅動梳齒，所述固定驅動梳齒設于所述襯底上并位于相鄰的電容極板之間，所述固定驅動梳齒為多個沿徑向排列的凸塊，所述活動驅動梳齒位于所述質量塊的兩邊側部位，形成與所述凸塊相適配的凸齒，所述凸塊與凸齒相卡合，二者之間具有可供質量塊沿其軸向及徑向位移的間隙。

4.根據權利要求3所述的微機電電容式角速度傳感器，其特征在于：所述彈簧機構由連接梁與“口”字型彈簧連接構成，所述彈簧機構的一端連接在所述中心立柱上，另一端與質量塊相連。

5.根據權利要求4所述的微機電電容式角速度傳感器，其特征在于：所述質量塊上開有數個釋放孔，所述釋放孔豎向貫穿質量塊，所述釋放孔集中分布于所述質量塊的中部區域。

6.根據權利要求5所述的微機電電容式角速度傳感器，其特征在于：所述信號輸入輸出結構包括金屬走線和設于金屬走線上作為接口的金屬連接點，所述金屬走線與所述固定驅動梳齒、活動驅動梳齒及所述電容極板連接，所述金屬連接點與外部信號處理電路相連以分別提供驅動信號輸入和檢測信號輸出。

7.根據權利要求1或2所述的微機電電容式角速度傳感器，其特征在于：所述驅動梳齒機構與X軸、Y軸均分別成45夾角。

8.一種如權利要求3所述微機電電容式角速度傳感器的制作方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)在基底上沉積介質絕緣層作為襯底；

(2)干法刻蝕所述襯底，形成中心立柱、電容極板及驅動梳齒機構中的固定驅動梳齒；

(3)在所述襯底上沉積單晶硅；

(4)對完成步驟(3)的單晶硅進行重度摻雜；

(5)通過深硅離子反應刻蝕工藝對完成步驟(4)的單晶硅進行刻蝕，形成質量塊、驅動梳齒機構中的活動驅動梳齒及彈簧機構；

(6)在襯底上沉積金屬，刻蝕形成信號輸入輸出結構，同時分別形成襯底及質量塊表面上的電容電極；制作完畢。

9.根據權利要求8所述的微機電電容式角速度傳感器的制作方法，其特征在于：在所述步驟(4)中，所述的重度摻雜為P型或者N型摻雜。

10.一種如權利要求3所述的微機電電容式角速度傳感器的制作方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)在基底上沉積介質絕緣層作為襯底；

(2)干法刻蝕所述襯底，形成中心立柱、電容極板、驅動梳齒機構中的固定驅動梳齒及固定電容板；

(3)在所述襯底上沉積單晶硅；

(4)對完成步驟(3)的單晶硅進行重度摻雜；

(5)通過深硅離子反應刻蝕工藝對單晶硅進行刻蝕，形成質量塊、驅動梳齒機構中的活動驅動梳齒、彈簧機構及通槽；

(6)在襯底上沉積金屬，刻蝕形成信號輸入輸出結構，同時分別形成襯底、質量塊表面上的電容電極；制作完畢。