[實(shí)用新型]多軸電容式加速度計(jì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320805308.4
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN203630155U
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪建平;鄧登峰
• 申請（專利權(quán)）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
• 代理公司: 上海思微知識產(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

本實(shí)用新型涉及一種探測加速度的微機(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，來探測筆記本的移動狀況，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會智能地選擇關(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，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，用于檢測拍攝時候的手部的振動，并根據(jù)這些振動自動調(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X軸和Y軸方向的加速度值。三軸加速度計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)主要由可動質(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，另一端與可動質(zhì)量塊相連，固定電極與可動質(zhì)量塊之間形成可變電容。當(dāng)外部加速度作用在可動質(zhì)量塊上時形成慣性力，該慣性力對可動質(zhì)量塊形成位移量，電容式加速度計(jì)通過感應(yīng)固定電極與可動質(zhì)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(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。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于，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，本實(shí)用新型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)層包括可動質(zhì)量塊、中心錨點(diǎn)、彈性結(jié)構(gòu)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(zhì)量塊與中心錨點(diǎn)以及彈性結(jié)構(gòu)相連，所述多軸電容式加速度計(jì)還包括分別位于XY軸結(jié)構(gòu)層兩側(cè)的兩個Z軸結(jié)構(gòu)層。

可選的，在所述的多軸電容式加速度計(jì)中，每個所述Z軸結(jié)構(gòu)層均包括可動質(zhì)量塊、固定錨點(diǎn)、彈性結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與所述固定錨點(diǎn)和可動質(zhì)量塊相連。

可選的，在所述的多軸電容式加速度計(jì)中，每個所述Z軸結(jié)構(gòu)層的兩個固定電極的結(jié)構(gòu)相同且關(guān)于所述Z軸結(jié)構(gòu)層的彈性結(jié)構(gòu)對稱。

可選的，在所述的多軸電容式加速度計(jì)中，每個所述Z軸結(jié)構(gòu)層的可動質(zhì)量塊的質(zhì)心不在所述Z軸結(jié)構(gòu)層的彈性結(jié)構(gòu)上。

可選的，在所述的多軸電容式加速度計(jì)中，其中一個Z軸結(jié)構(gòu)層的彈性結(jié)構(gòu)左側(cè)的可動質(zhì)量塊的質(zhì)量與另一個Z軸結(jié)構(gòu)層的彈性結(jié)構(gòu)左側(cè)的可動質(zhì)量塊的質(zhì)量相同，所述其中一個Z軸結(jié)構(gòu)層的彈性結(jié)構(gòu)右側(cè)的可動質(zhì)量塊的質(zhì)量與所述另一個Z軸結(jié)構(gòu)層的彈性結(jié)構(gòu)右側(cè)的可動質(zhì)量塊的質(zhì)量相同。

可選的，在所述的多軸電容式加速度計(jì)中，其中一個Z軸結(jié)構(gòu)層中遠(yuǎn)離中心錨點(diǎn)的固定電極與另一個Z軸結(jié)構(gòu)層中靠近中心錨點(diǎn)的固定電極電學(xué)連接，所述其中一個Z軸結(jié)構(gòu)層中靠近中心錨點(diǎn)的固定電極與另一個Z軸結(jié)構(gòu)層中遠(yuǎn)離中心錨點(diǎn)的固定電極電學(xué)連接。

可選的，在所述的多軸電容式加速度計(jì)中，所述Z軸結(jié)構(gòu)層的可動質(zhì)量塊、固定錨點(diǎn)以及彈性結(jié)構(gòu)是通過蝕刻和熏蒸工藝一體成形的結(jié)構(gòu)，所述Z軸結(jié)構(gòu)層的可動質(zhì)量塊、固定錨點(diǎn)以及彈性結(jié)構(gòu)與所述XY軸結(jié)構(gòu)層的可動質(zhì)量塊、中心錨點(diǎn)、彈性結(jié)構(gòu)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(jì)中，所述多軸電容式加速度計(jì)還包括形成于所述基底上的布線，所述Z軸結(jié)構(gòu)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。