[發明專利]不等高梳齒電容式三軸加速度傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201110190985.5
• 申請日: 2011-07-08
• 公開（公告）號: CN102401842A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 許高斌
• 申請（專利權）人: 上海亞尚電子科技有限公司;王長青;楊懷軍
• 主分類號: G01P15/18
• 分類號: G01P15/18;B81C1/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，具體地說，涉及的是一種不等高梳齒電容式三軸加速度傳感器及其制作方法。

背景技術

在汽車安全控制系統中，其關鍵技術在于高性能傳感器的研制和應用程度。“沒有傳感器技術就沒有現代汽車”已成為業內共識，這意味著汽車電子化越發達，自動化程度越高，對傳感器的依賴性就越大。對此，業內專家認為，未來新型汽車應用系統將催生新的汽車傳感器與之配套。傳感器產業作為國內外公認的具有發展前途的高技術產業，以其技術含量高、經濟效益好、滲透能力強、市場前景廣等特點為世人矚目。由于MEMS微型傳感器在降低汽車電子系統成本及提高其性能方面的優勢，它們已開始逐步取代基于傳統機電技術的傳感器，汽車?MEMS傳感器將成為世界汽車電子的重要構成部分。在未來5年～7年內，包括發動機運行管理、廢氣與空氣質量控制、剎車防抱死系統、車輛動力學控制、自適應導航、車輛行駛安全系統等在內的汽車電子系統應用將為MEMS技術提供廣闊的市場。MEMS技術的日趨成熟完善，可滿足汽車環境苛刻、可靠性高、精度準確、成本低的要求，極大地推動了MEMS傳感技術在汽車電子上的應用。

隨著MEMS加工技術的日漸成熟，MEMS加速度傳感器在傳感器市場中也占據了重要的地位。MEMS電容式加速度傳感器以其小型化、可集成性、高精度、低噪聲、低溫漂、低價格等優點，逐漸成為微加速度計中的主流產品。MEMS電容加速度傳感器也以這些優點被廣泛的應用于汽車領域，MEMS加速度傳感器可廣泛用于安全氣囊監測、翻轉監測、ESC、GPS導航、防翻滾系統、胎壓監測系統及電子懸掛控制系統等。近些年來，MEMS電容式加速度傳感器也被用于筆記本電腦的硬盤保護裝置和游戲中的運動感應裝置。由于技術的進步和價格的下降，現在的MEMS電容加速度傳感器也被用于手機中的重力感應裝置等消費領域。

傳統方案的三軸電容式加速度傳感器很難解決加速度檢測的三軸交叉干擾，且器件的制備多采用MEMS體硅深刻蝕工藝技術和復雜的CMOS后處理工藝，傳感器的制備工藝復雜，芯片面積大，器件的一致性和重復性差，可靠性和穩定性低，交叉測試靈敏度低。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的上述不足，提供一種不等高梳齒電容式三軸加速度傳感器及其制作方法，在同一芯片上集成三個獨立的加速度敏感單元和不等高梳齒結構，采用MEMS體硅和淺刻蝕工藝，很好解決了制備工藝方面的難題，交叉測試靈敏度高。

為實現上述的目的，本發明采用的技術方案是：?

本發明提供一種不等高梳齒電容式三軸加速度傳感器，該傳感器包括位于硅襯底上的X、Y軸向加速度的檢測單元和Z軸向加速度的檢測單元，其中：

所述X、Y軸向加速度的檢測單元包括：檢測X、Y軸向加速度的敏感質量塊、L型支撐彈簧梁、等高梳齒差分電容敏感可動梳齒電極對以及固定梳齒電極對；所述檢測X、Y軸向加速度的敏感質量塊與四個L型支撐彈簧梁連接在一起，并通過錨體固定在硅襯底上；所述固定梳齒電極對通過錨體固定在所述硅襯底上，所述固定梳齒電極為單側梳齒式結構；與所述固定梳齒電極對相對應的，在所述敏感質量塊上設有分別檢測X、Y軸向加速度的多組等高梳齒差分電容敏感可動梳齒電極對，每個所述可動梳齒電極與相鄰兩個所述固定梳齒電極交錯配置；

所述Z軸向加速度的檢測單元包括：兩個用于檢測Z軸向加速度的敏感質量塊、兩個一字型支撐彈簧梁以及不等高梳齒差分電容敏感電極對；所述檢測Z軸方向加速度的敏感質量塊和一字型支撐彈簧梁通過錨體分別固定在硅襯底上，所述硅襯底上設有不等高梳齒差分電容敏感電極對，該電極對中的固定梳齒電極對通過錨體固定在所述硅襯底上。

進一步的，所述X、Y軸向加速度的檢測單元采用定齒偏置式，當有加速度時X、Y向質量塊沿著平面左右或上下運動，梳齒間間距的發生變化則電容發生變化，以實現對X、Y軸向加速度的檢測。

進一步的，所述X、Y軸向加速度的檢測單元以所述敏感質量塊的橫、縱向對稱軸為界，左右、上下結構對稱，上下相對的固定梳齒電極是電連通的，且左側固定梳齒電極的電極性與右側固定梳齒電極的電極性相反。敏感元件的每一個等高梳齒差分電容敏感可動梳齒電極與相鄰兩個固定梳齒電極間的梳齒交錯配置，結構整體是左右、上下對稱，形成差分電容。當存在Z軸方向的加速度時，總的電容變化量一致，中間無信號輸出。

進一步的，所述Z軸向加速度的檢測單元的兩塊敏感質量塊沿著平面的內外運動，兩邊的梳齒采用不等高處理，不等高梳齒采用MEMS濕法淺刻加工制備技術來實現。