[發(fā)明專利]多軸電容式加速度計(jì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310659201.8
• 申請(qǐng)日: 2013-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN103645345A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪建平;鄧登峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號(hào): G01P15/18
• 分類號(hào): G01P15/18;G01P15/125
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種探測(cè)加速度的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種多軸電容式加速度計(jì)。

背景技術(shù)

采用表面工藝制作的微機(jī)電（Micro-Electro-Mechanic?System，簡(jiǎn)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(jī)械結(jié)構(gòu)。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(zhǔn)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(jī)械結(jié)構(gòu)圖形，最后去除犧牲層形成可動(dòng)結(jié)構(gòu)單元。

加速度計(jì)，即加速度感應(yīng)器，是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備，是微機(jī)電（MEMS）慣性傳感器常用器件之一。加速度感應(yīng)器主要應(yīng)用在位置感應(yīng)、位移感應(yīng)或者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)感應(yīng)等。如，在手機(jī)上使用加速度感應(yīng)器，就可以探測(cè)到手機(jī)的放置狀態(tài)，是平放還是傾斜等，根據(jù)狀態(tài)啟動(dòng)不同的程序以達(dá)到某種效果，再如，可應(yīng)用到筆記本電腦上，來探測(cè)筆記本的移動(dòng)狀況，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)智能地選擇關(guān)閉硬盤還是讓其繼續(xù)運(yùn)行，這樣可以最大程度的保護(hù)由于振動(dòng)，比如顛簸的工作環(huán)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(hù)里面的數(shù)據(jù)。另外一個(gè)用途就是目前使用的數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)中也采用加速度傳感器，用于檢測(cè)拍攝時(shí)候的手部的振動(dòng)，并根據(jù)這些振動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)相機(jī)的聚焦。

加速度計(jì)主要包括雙軸加速度計(jì)和三軸加速度計(jì)。雙軸加速度計(jì)檢測(cè)X軸和Y軸方向的加速度值。三軸加速度計(jì)檢測(cè)X軸、Y軸和Z軸三個(gè)方向的加速度值，其中，X軸和Y軸加速度計(jì)用于檢測(cè)作用在與主平面平行的兩個(gè)相互正交方向上的加速度，Z軸加速度計(jì)用于檢測(cè)作用在與主平面垂直方向上的加速度。通常，加速度計(jì)主要由可動(dòng)質(zhì)量塊、固定錨點(diǎn)、彈性結(jié)構(gòu)和固定電極等組成。其中，彈性結(jié)構(gòu)一端與固定錨點(diǎn)相連，另一端與可動(dòng)質(zhì)量塊相連，固定電極與可動(dòng)質(zhì)量塊之間形成可變電容。當(dāng)外部加速度作用在可動(dòng)質(zhì)量塊上時(shí)形成慣性力，該慣性力對(duì)可動(dòng)質(zhì)量塊形成位移量，電容式加速度計(jì)通過感應(yīng)固定電極與可動(dòng)質(zhì)量塊之間的電容變化來檢測(cè)位移變化量，從而確定外部加速度。

多軸電容式加速度計(jì)的主要指標(biāo)有：靈敏度、線性度、溫度漂移以及抗沖擊能力。然而，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，目前的多軸電容式加速度計(jì)的溫度漂移以及抗沖擊能力性能仍不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

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

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多軸電容式加速度計(jì)，包括基底以及XY軸結(jié)構(gòu)層，所述XY軸結(jié)構(gòu)層包括可動(dòng)質(zhì)量塊、中心錨點(diǎn)、彈性結(jié)構(gòu)以及多個(gè)檢測(cè)電極，所述多個(gè)檢測(cè)電極用于檢測(cè)X方向和Y方向的加速度，所述可動(dòng)質(zhì)量塊與中心錨點(diǎn)以及彈性結(jié)構(gòu)相連，所述彈性結(jié)構(gòu)為扇形折疊梁結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還提供另一種多軸電容式加速度計(jì)，包括基底和XY軸結(jié)構(gòu)層，所述XY軸結(jié)構(gòu)層包括可動(dòng)質(zhì)量塊、中心錨點(diǎn)、彈性結(jié)構(gòu)以及多個(gè)檢測(cè)電極，所述多個(gè)檢測(cè)電極用于檢測(cè)X方向和Y方向的加速度，所述可動(dòng)質(zhì)量塊與所述中心錨點(diǎn)和彈性結(jié)構(gòu)相連，所述中心錨點(diǎn)為具有缺口的結(jié)構(gòu)，所述彈性結(jié)構(gòu)為扇形折疊梁結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的多軸電容式加速度計(jì)的XY軸加速度計(jì)的彈性結(jié)構(gòu)采用中間長(zhǎng)、兩邊遞減的扇形結(jié)構(gòu)，該扇形結(jié)構(gòu)具有較好的應(yīng)力釋放能力。進(jìn)一步的，所述扇形結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)的長(zhǎng)條形的折疊梁結(jié)構(gòu)而言長(zhǎng)度較短，如此，形成于基底上的用作布線的第一層多晶硅可以不經(jīng)過彈性結(jié)構(gòu)正下方，可減小工藝制作過程中由于底層布線形成的臺(tái)階對(duì)彈性結(jié)構(gòu)性能的影響。

另外，本發(fā)明的多軸電容式加速度計(jì)的XY軸加速度計(jì)的中心錨點(diǎn)采用帶缺口的正方形，減小了溫度變化時(shí)由于基底和中心錨點(diǎn)的材料熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，因而減小了中心錨點(diǎn)的形變，進(jìn)而減小了溫度漂移。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的多軸電容式加速度計(jì)的整體示意圖；

圖2a是圖1中中心錨點(diǎn)的示意圖；

圖2b是另一種中心錨點(diǎn)的示意圖；

圖3是圖1中彈性結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖4是圖1中檢測(cè)電容的示意圖；

圖5是圖1中檢測(cè)電容對(duì)應(yīng)的底層布線的示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例二的多軸電容式加速度計(jì)的整體示意圖；

圖7是圖6所示結(jié)構(gòu)的基底發(fā)生翹曲時(shí)沿著直線a的截面示意圖；

圖8是圖6中Z軸結(jié)構(gòu)層的示意圖。

具體實(shí)施方式