[發明專利]一種MEMS加速度計及其制造工藝

有效

• 申請號: 201710140855.8
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN107064555B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 胡宗達;李航;于連忠;楊燕
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01P15/08
• 分類號: G01P15/08;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 北京金之橋知識產權代理有限公司 11137
• 代理人: 林建軍;耿慕白

本發明涉及傳感器領域，尤其涉及一種MEMS加速度計，上蓋板、器件層以及下蓋板；所述器件層包括：錨點、質量塊、解耦梁以及加速度檢測結構；所述解耦梁用于連接所述錨點以及所述質量塊，所述加速度檢測結構軸對稱設置在所述質量塊中，所述加速度檢測結構包括：諧振梁以及驅動電極；所述諧振梁的兩側形成有梳齒；所述諧振梁一側的梳齒與所述驅動電極相疊加；另一側的梳齒與所述質量塊上的梳齒相疊加；所述驅動電極向所述諧振梁施加電驅動信號，所述加速度檢測結構通過檢測諧振梁的諧振頻率來檢測加速度。

技術領域

本發明涉及一種MEMS傳感器，特別是一種MEMS加速度計。

背景技術

現今，加速度計可適用于諸多應用，例如在測量地震的強度并收集數據、檢測汽車碰撞時的撞擊強度、以及在手機及游戲機中檢測出傾斜的角度和方向。而在微電子機械系統(MEMS)技術不斷進步的情況下，許多納米級的小型加速度測量儀已經被商業化廣泛采用。

通常加速度計只能夠測量X、Y、Z軸中一個平面方向上的加速度，如果需要測量三個維度的加速度的話則需要分別設置三個加速度計。為此，設計者也應需要設計出可以直接檢測三個維度的加速度。例如公開號為CN102798734的中國發明專利申請，其使用了三個獨立的質量塊，并在每個質量塊和支撐框體直接形成梳齒結構，每個質量塊負責檢測一個平面方向上的加速度。

雖然這種結構可以直接檢測出三個方向上的加速度，但其需要設置三個獨立的質量塊，質量塊和框架并不能重復利用，以至于整體的芯片面積非常的大。此外，在現實情況中，加速度經常是X、Y、Z軸三個向量的組合。在檢測時，三個獨立的質量塊都會產生位移，質量塊與質量塊之間的串擾和噪音也會影響檢測結果的精度。此外，通過檢測質量塊和框架之間梳齒的間距和/或重疊面積變化的方式的精度本身就比較低。而由于設置了三個不同的質量塊，為了達到準確的檢測結果，其對各個質量塊以及彈性梁之間的一致性要求非常高，以至于其對整體的加工工藝上要求也會非常高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服上述現有技術之不足，提供一種具有較高的精度，并且檢測誤差小，性能穩定的MEMS加速度計。

一種MEMS加速度計，包括：上蓋板、器件層以及下蓋板；所述器件層包括：錨點、質量塊、解耦梁以及加速度檢測結構；所述錨點與所述上蓋板以及下蓋板相固定；所述解耦梁用于連接所述錨點以及所述質量塊，所述加速度檢測結構軸對稱設置在所述質量塊中，所述加速度檢測結構包括：諧振梁以及驅動電極；所述諧振梁的兩個末端分別與錨點相連接；所述諧振梁的兩側形成有梳齒；所述諧振梁一側的梳齒與所述驅動電極相疊加；諧振梁另一側的梳齒與所述質量塊上的梳齒相疊加；所述驅動電極向所述諧振梁施加電驅動信號，使得所述諧振梁振動，所述加速度檢測結構通過檢測諧振梁的振動頻率來檢測加速度。

本發明還包括以下附屬特征：

所述驅動電極的電驅動信號包括：正弦波、方波、三角波；所述電驅動信號的頻率在：10赫茲至10兆赫茲之間。

所述質量塊中分別設置有三組加速度檢測結構組，每組加速度檢測結構組中包括至少兩個加速度檢測結構，所述加速度檢測結構組分別通過差分方式檢測所述質量塊在三個維度上的位移。

所述質量塊上形成有凹陷區，位于所述凹陷區中的質量塊側壁上形成有梳齒，所述加速度結構設置在所述凹陷區域中。

所述諧振梁的梳齒高度與所述質量塊側壁上的梳齒高度相同。

所述諧振梁的梳齒高度不大于所述質量塊側壁上的梳齒高度，所述諧振梁的梳齒的一端與所述質量塊側壁上的梳齒相平齊。

所述諧振梁的梳齒高度為所述質量塊側壁上的梳齒高度的一半，所述諧振梁的梳齒的一端與所述質量塊側壁上的梳齒相平齊。

所述解耦梁包括解耦梁框架以及音叉型解耦梁；所述解耦梁框架與所述錨點相連接，所述質量塊通過音叉型解耦梁與所述解耦梁框架相連接。