[實用新型]多軸電容式加速度計

有效

• 申請號: 201320802751.6
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN203720199U
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 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;B81B3/00
• 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

本實用新型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。

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。

實用新型內容

本實用新型的目的在于，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，本實用新型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，所述彈性結構為扇形折疊梁結構。

本實用新型還提供另一種多軸電容式加速度計，包括基底和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，所述可動質量塊與所述中心錨點和彈性結構相連，所述中心錨點為具有缺口的結構，所述彈性結構為扇形折疊梁結構。

與現有技術相比，本實用新型的多軸電容式加速度計的XY軸加速度計的彈性結構采用中間長、兩邊遞減的扇形結構，該扇形結構具有較好的應力釋放能力。進一步的，所述扇形結構相對于傳統的長條形的折疊梁結構而言長度較短，如此，形成于基底上的用作布線的第一層多晶硅可以不經過彈性結構正下方，可減小工藝制作過程中由于底層布線形成的臺階對彈性結構性能的影響。

另外，本實用新型的多軸電容式加速度計的XY軸加速度計的中心錨點采用帶缺口的正方形，減小了溫度變化時由于基底和中心錨點的材料熱膨脹系數不同而產生的應力，因而減小了中心錨點的形變，進而減小了溫度漂移。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例一的多軸電容式加速度計的整體示意圖；

圖2a是圖1中中心錨點的示意圖；

圖2b是另一種中心錨點的示意圖；

圖3是圖1中彈性結構的示意圖；

圖4是圖1中檢測電容的示意圖；

圖5是圖1中檢測電容對應的底層布線的示意圖；

圖6是本實用新型實施例二的多軸電容式加速度計的整體示意圖；

圖7是圖6所示結構的基底發生翹曲時沿著直線a的截面示意圖；

圖8是圖6中Z軸結構層的示意圖。