一種mems三軸加速度計的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微機電(MEMS)領域，更準確地說，涉及一種微機電的加速度計，尤其涉及一種三軸加速度計。
【背景技術】
[0002]目前，隨著消費電子和可穿戴設備的發展，對MEMS慣性傳感器的性能提出了越來越高的要求，眾多系統廠商希望MEMS慣性器件在保持現有性能的基礎上，進一步縮小芯片的尺寸。所以，現有的MEMS三軸加速度計都傾向于三軸集成的設計。但是，由于其Z軸結構原理的限制，大多數MEMS三軸加速度計都采用在某個方向上偏心的設計，來完成通過單一結構對三個軸向加速度的同時檢測。這樣的結構設計，一方面對工藝有著特殊的要求，另一方面，不對稱的偏心設計使得無法完全消除外界的干擾。
【發明內容】
[0003]本發明的一個目的是提供一種MEMS三軸加速度計的新技術方案。
[0004]根據本發明的第一方面，提供了一種MEMS三軸加速度計，包括位于襯底上方的質量塊，以及固定在襯底上的錨定部，所述質量塊通過其兩側對稱的彈性扭梁連接在錨定部上，且，所述錨定部位于質量塊的結構中心，彈性扭梁長度方向上的中線與質量塊的中線重合；其中，彈性扭梁的長度方向記為X軸方向，與X軸方向垂直且位于質量塊所在平面內的方向記為Y軸方向，垂直于質量塊所在平面的方向記為Z軸方向，其中，所述質量塊在Y軸方向上位于彈性扭梁兩側的部分的質量不相等；
[0005]所述襯底上設置有第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元，所述質量塊上設有與第一 X軸固定電極單元構成第一 X軸檢測電容的第一 X軸可動電極單元，與第二 X軸固定電極單元構成第二 X軸檢測電容的第二 X軸可動電極單元；其中，所述第一 X軸檢測電容、第二X軸檢測電容構成差分電容結構；
[0006]所述襯底上設置有分布在彈性扭梁兩側的第一 Z軸固定電極單元、第二 Z軸固定電極單元，所述質量塊上設有與第一 Z軸固定電極單元構成第一 Z軸檢測電容的第一 Z軸可動電極單元，與第二 Z軸固定電極單元構成第二 Z軸檢測電容的第二 Z軸可動電極單元；其中，所述第一 Z軸檢測電容、第二 Z軸檢測電容構成差分電容結構；
[0007]所述襯底上還分別設置有沿X軸方向延伸的第一 Y軸固定電極單元、第二 Y軸固定電極單元，所述第一 Y軸固定電極單元、第二 Y軸固定電極單元位于質量塊Y軸的中線上，且對稱分布在錨定部的兩側；所述質量塊上設有與第一 Y軸固定電極單元構成第一 Y軸檢測電容的第一 Y軸可動電極單元，與第二 Y軸固定電極單元構成第二 Y軸檢測電容的第二 Y軸可動電極單元；其中，所述第一 Y軸檢測電容、第二 Y軸檢測電容構成差分電容結構。
[0008]優選地，所述第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元沿著Y軸方向延伸，所述第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元相對于質量塊Y軸方向的中線軸對稱或相對于銷定部中心對稱，且第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元不在質量塊X軸方向的中線上。
[0009]優選地，所述第一 X軸固定電極單元包括平行設置的第一 X軸固定電極a、第一 X軸固定電極b，且，所述第一 X軸固定電極a、第一 X軸固定電極b與質量塊上設置的第一 X軸可動電極a、第一 X軸可動電極b共同構成了 X軸檢測的差分電容結構；
[0010]所述第二 X軸固定電極單元包括平行設置的第二 X軸固定電極a、第二 X軸固定電極b，且，所述第二 X軸固定電極a、第二 X軸固定電極b與質量塊上設置的第二 X軸可動電極a、第二 X軸可動電極b共同構成了 X軸檢測的差分電容結構。
[0011]優選地，所述第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元沿著X軸方向延伸，且所述第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元對稱分布在質量塊Y軸中線的兩側，或分布在質量塊Y軸中線的兩側且沿著錨定部中心對稱。
[0012]優選地，所述第一 X軸固定電極單元、第二 X軸固定電極單元位于質量塊X軸的中線上。
[0013]優選地，所述第一 X軸固定電極單元包括平行布置的第一 X軸固定電極a、第一 X軸固定電極b，且，所述第一 X軸固定電極a、第一 X軸固定電極b與質量塊上設置的第一 X軸可動電極a、第一 X軸可動電極b共同構成了 X軸檢測的差分電容結構；
[0014]所述第二 X軸固定電極單元包括平行設置的第二 X軸固定電極a、第二 X軸固定電極b，且，所述第二 X軸固定電極a、第二 X軸固定電極b與質量塊上設置的第二 X軸可動電極a、第二 X軸可動電極b共同構成了 X軸檢測的差分電容結構；
[0015]其中，所述第一 X軸固定電極單元中其中一側的第一 X軸固定電極與第二 X軸固定電極單元中相反一側的第二 X軸固定電極連接在一起。
[0016]優選地，第一 Z軸固定電極單元、第二 Z軸固定電極單元分別為第一 Z軸檢測電容、第二 Z軸檢測電容的下電極，所述第一 Z軸可動電極單元、第二 Z軸可動電極單元分別為第一 Z軸檢測電容、第二 Z軸檢測電容的上電極。
[0017]優選地，所述質量塊其中一側設置有減重孔，以使質量塊兩側的質量不相等。
[0018]優選地，所述減重孔設置在質量塊上位于第一 Z軸可動電極單元的位置。
[0019]優選地，在所述第二 Z軸固定電極單元上設置有與第一 Z軸可動電極單元上減重孔對應的工藝孔。
[0020]本發明的三軸加速度計，將XYZ三個軸向的加速度檢測結構集成在單個結構上，結構中心為可動質量塊的錨點，通過彈性扭梁將質量塊連接在錨點上，使質量塊隨加速度的輸入，在各個方向上發生位移，從而實現各個方向的加速度信號的檢測。當X軸方向有加速度輸入時，質量塊會繞錨點在Z軸方向上發生轉動，從而實現X軸方向加速度的檢測；當Z軸方向有加速度輸入時，質量塊會繞彈性梁在X軸方向上發生的扭轉，從而實現Z軸方向加速度的檢測，當Y軸方向加速度輸入時，質量塊在Y軸方向發生平移運動，從而實現Y軸方向加速度的檢測。
[0021]本發明的發明人發現，在現有技術中，由于其Z軸結構原理的限制，大多數MEMS三軸加速度計都采用在某個方向上偏心的設計，來完成通過單一結構對三個軸向加速度的同時檢測。這樣的結構設計，一方面對工藝有著特殊的要求，另一方面，不對稱的偏心設計使得無法完全消除外界的干擾。因此，本發明所要實現的技術任務或者所要解決的技術問題是本領域技術人員從未想到的或者沒有預期到的，故本發明是一種新的技術方案。
[0022]通過以下參照附圖對本發明的示例性實施例的詳細描述，本發明的其它特征及其優點將會變得清楚。
【附圖說明】
[0023]被結合在說明書中并構成說明書的一部分的附圖示出了本發明的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本發明的原理。
[0024]圖1是本發明三軸加速度計的結構示意圖。
[0025]圖2是本發明三軸加速度計另一實施方式的結構示意圖。
[0026]圖3、圖4是本發明三軸加速度計在受到Z軸方向加速度時的動作原理圖。
【具體實施方式】
[0027]現在將參照附圖來詳細描述本發明的各種示例性實施例。應注意到:除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數字表達式和數值不限制本發明的范圍。
[0028]以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。
[0029]對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為說明書的一部分。
[0030]在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。
[0031]應注意到:相似的標號和字母在下面的