[發明專利]一種轉換測量方向的MEMS加速度計及其制造工藝

有效

• 申請號: 201710423163.4
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107389981B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 李航;于連忠;仇旭萍
• 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: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 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，尤其涉及一種轉換測量方向的MEMS加速度計及其制造工藝，包括上蓋板、器件層以及下蓋板；所述器件層包括：錨點、質量塊以及連接所述錨點和質量塊的彈性梁；所述錨點與所述上蓋板以及下蓋板相固定；所述質量塊的一端連接有彈性梁組，所述彈性梁組包括至少兩根對稱設置的彈性梁；每根所述彈性梁包括末端和折疊端，所述彈性梁的末端分別與錨點和質量塊相連接；每根所述彈性梁的折疊端形成有梳齒結構；兩根所述彈性梁上的梳齒結構相互重疊形成加速度檢測結構，所述加速度檢測結構通過檢測所述梳齒結構之間的間距變化來檢測加速度；所述梳齒之間的間距變化與所述加速度方向相垂直。

技術領域

本發明涉及一種MEMS傳感器，特別是一種轉換測量方向的MEMS加速度計及其制造工藝。

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，許多微米級的小型加速度測量儀已經被商業化廣泛采用。

常用的MEMS的加速度計分壓阻式和電容式兩種，壓阻式加速度計例如申請號為200480003916.7、公開日為2006年3月15日的中國發明專利申請。壓阻式加速度計一般有懸臂梁及質量塊構成，并將力敏電阻設置在懸臂梁上。質量塊會因加速度而運動，使得懸臂梁變形，從而引起電阻值的變化。但在沒有加速度或者加速度幅度比較微小的情況下，懸臂梁不會產生巨大變形。使得電阻值沒有顯著變化。只有當加速度的幅度大至懸臂梁產生變形時，該加速度計才能檢測到加速度。為此，該加速度計有測量不準、精確度不高等缺點。

電容式加速度計則是通過檢測電容變化來檢測加速度。而電容式加速度計又分為梳齒式和面板式加速度計。在面板式加速度計中，質量塊和上、下蓋板之間形成有電容。當質量塊因外界加速度而產生位移時，質量塊和上、下蓋板之間間隙距離會產生變化，進而帶來電容量的變化。通過測量電容量的變化可以計算出加速度。而梳齒式加速度計則是通過在質量塊和框架或者錨點上分別形成梳齒結構。當質量塊因加速度產生位移時，質量塊和框架之間梳齒結構的間距或者重疊面積會產生變化，進而帶來電容量的變化。通過測量電容量的變化可以計算出加速度。

然而，無論是壓阻式、梳齒式或是面板式加速度計，其測量方向均與質量塊的位移方向一致。而且加速度的檢測信號強度與質量塊的位移幅度基本是1:1的比例關系。換句話說，當質量塊位移了1微米時，則會產生1微米相對應的信號強度。但當質量塊的位移幅度小的時候，信號則比較弱。為此，其檢測的靈敏度不高。

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，提供一種轉換測量方向的MEMS加速度計及其制造工藝，其具有較高的靈敏度、并且檢測誤差小、性能穩定。

一種轉換測量方向的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、連接梁以及連接所述錨點和質量塊的彈性梁；所述錨點與所述上蓋板以及下蓋板相固定；所述質量塊的一端連接有彈性梁組，所述彈性梁組包括至少兩根對稱設置的彈性梁；每根所述彈性梁包括末端和折疊端，所述彈性梁的一末端與錨點相連接，另一末端與所述質量塊相連接；每根所述彈性梁的折疊端形成有梳齒結構；兩根所述彈性梁上的梳齒結構相互重疊形成加速度檢測結構，所述加速度檢測結構通過檢測所述梳齒結構之間的間距變化來檢測加速度；所述梳齒之間的間距變化與所述加速度方向相垂直。

本發明中的加速度計還具有以下附屬特征：

所述質量塊相對的一端也連接有彈性梁組，所述質量塊兩端的兩組彈性梁組中的加速度檢測結構通過差分檢測加速度。

所述彈性梁包括V型、W型、U型彈性折疊梁。

所述彈性梁的折疊端的夾角在30至150度之間。

所述彈性梁的折疊端的夾角在60至120度之間。