[發明專利]多軸電容式加速度計及加速度檢測方法

有效

• 申請號: 201310659158.5
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103645342A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 汪建平;鄧登峰
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125;G01P15/18
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及一種探測加速度的微機電結構，尤其涉及一種多軸電容式加速度計及加速度檢測方法。

背景技術

采用表面工藝制作的微機電（Micro-Electro-Mechanic?System，簡稱MEMS）慣性傳感器是以硅片為基體，通過多次薄膜淀積和圖形加工制備的三維微機械結構。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械結構圖形，最后去除犧牲層形成可動結構單元。

加速度計，即加速度感應器，是一種能夠測量加速力的電子設備，是微機電（MEMS）慣性傳感器常用器件之一。加速度感應器主要應用在位置感應、位移感應或者運動狀態感應等。如，在手機上使用加速度感應器，就可以探測到手機的放置狀態，是平放還是傾斜等，根據狀態啟動不同的程序以達到某種效果，再如，可應用到筆記本電腦上，來探測筆記本的移動狀況，并根據這些數據，系統會智能地選擇關閉硬盤還是讓其繼續運行，這樣可以最大程度的保護由于振動，比如顛簸的工作環境，或者不小心摔了電腦所造成的硬盤損害，最大程度的保護里面的數據。另外一個用途就是目前使用的數碼相機和攝像機中也采用加速度傳感器，用于檢測拍攝時候的手部的振動，并根據這些振動自動調節相機的聚焦。

加速度計主要包括雙軸加速度計和三軸加速度計。雙軸加速度計檢測X軸和Y軸方向的加速度值。三軸加速度計檢測X軸、Y軸和Z軸三個方向的加速度值，其中，X軸和Y軸加速度計用于檢測作用在與主平面平行的兩個相互正交方向上的加速度，Z軸加速度計用于檢測作用在與主平面垂直方向上的加速度。通常，加速度計主要由可動質量塊、固定錨點、彈性結構和固定電極等組成。其中，彈性結構一端與固定錨點相連，另一端與可動質量塊相連，固定電極與可動質量塊之間形成可變電容。當外部加速度作用在可動質量塊上時形成慣性力，該慣性力對可動質量塊形成位移量，電容式加速度計通過感應固定電極與可動質量塊之間的電容變化來檢測位移變化量，從而確定外部加速度。

多軸電容式加速度計的主要指標有：靈敏度、線性度、溫度漂移以及抗沖擊能力。然而，實踐中發現，目前的多軸電容式加速度計的溫度漂移以及抗沖擊能力性能仍不能滿足要求。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種具有較強的應力釋放能力和較小溫度漂移的多軸電容式加速度計。

為解決上述技術問題，本發明提供一種多軸電容式加速度計，包括基底以及XY軸結構層，所述XY軸結構層包括可動質量塊、中心錨點、彈性結構以及多個檢測電極，所述多個檢測電極用于檢測X方向和Y方向的加速度，所述可動質量塊與中心錨點以及彈性結構相連，所述多軸電容式加速度計還包括分別位于XY軸結構層兩側的兩個Z軸結構層。

可選的，在所述的多軸電容式加速度計中，每個所述Z軸結構層均包括可動質量塊、固定錨點、彈性結構以及兩個固定電極，所述兩個固定電極固定于所述基底的表面上，所述彈性結構與所述固定錨點和可動質量塊相連。

可選的，在所述的多軸電容式加速度計中，每個所述Z軸結構層的兩個固定電極的結構相同且關于所述Z軸結構層的彈性結構對稱。

可選的，在所述的多軸電容式加速度計中，每個所述Z軸結構層的可動質量塊的質心不在所述Z軸結構層的彈性結構上。

可選的，在所述的多軸電容式加速度計中，其中一個Z軸結構層的彈性結構左側的可動質量塊的質量與另一個Z軸結構層的彈性結構左側的可動質量塊的質量相同，所述其中一個Z軸結構層的彈性結構右側的可動質量塊的質量與所述另一個Z軸結構層的彈性結構右側的可動質量塊的質量相同。

可選的，在所述的多軸電容式加速度計中，其中一個Z軸結構層中遠離中心錨點的固定電極與另一個Z軸結構層中靠近中心錨點的固定電極電學連接，所述其中一個Z軸結構層中靠近中心錨點的固定電極與另一個Z軸結構層中遠離中心錨點的固定電極電學連接。

可選的，在所述的多軸電容式加速度計中，所述Z軸結構層的可動質量塊、固定錨點以及彈性結構是通過蝕刻和熏蒸工藝一體成形的結構，所述Z軸結構層的可動質量塊、固定錨點以及彈性結構與所述XY軸結構層的可動質量塊、中心錨點、彈性結構以及檢測電極一同利用第二層多晶硅形成。

可選的，在所述的多軸電容式加速度計中，所述多軸電容式加速度計還包括形成于所述基底上的布線，所述Z軸結構層的固定電極與所述基底上的布線利用第一層多晶硅形成。