[实用新型]多轴电容式加速度计

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种探测加速度的微机电结构，尤其涉及一种多轴电容式加速度计。

背景技术

采用表面工艺制作的微机电（Micro-Electro-Mechanic System，简称MEMS）惯性传感器是以硅片为基体，通过多次薄膜淀积和图形加工制备的三维微机械结构。常用的薄膜层材料包括：多晶硅、氮化硅、二氧化硅和金属。典型的工艺步骤包括：基片准备，一次氧化形成绝缘层，淀积第一层多晶硅，刻蚀多晶硅形成电极和互连线，二次氧化形成牺牲层，氧化层刻蚀形成通孔，淀积第二层多晶硅，淀积金属层，刻蚀金属层形成互连线，刻蚀第二层多晶硅形成机械结构图形，最后去除牺牲层形成可动结构单元。

加速度计，即加速度感应器，是一种能够测量加速力的电子设备，是微机电（MEMS）惯性传感器常用器件之一。加速度感应器主要应用在位置感应、位移感应或者运动状态感应等。如，在手机上使用加速度感应器，就可以探测到手机的放置状态，是平放还是倾斜等，根据状态启动不同的程序以达到某种效果，再如，可应用到笔记本电脑上，来探测笔记本的移动状况，并根据这些数据，系统会智能地选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑所造成的硬盘损害，最大程度的保护里面的数据。另外一个用途就是目前使用的数码相机和摄像机中也采用加速度传感器，用于检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动自动调节相机的聚焦。

加速度计主要包括双轴加速度计和三轴加速度计。双轴加速度计检测X轴和Y轴方向的加速度值。三轴加速度计检测X轴、Y轴和Z轴三个方向的加速度值，其中，X轴和Y轴加速度计用于检测作用在与主平面平行的两个相互正交方向上的加速度，Z轴加速度计用于检测作用在与主平面垂直方向上的加速度。通常，加速度计主要由可动质量块、固定锚点、弹性结构和固定电极等组成。其中，弹性结构一端与固定锚点相连，另一端与可动质量块相连，固定电极与可动质量块之间形成可变电容。当外部加速度作用在可动质量块上时形成惯性力，该惯性力对可动质量块形成位移量，电容式加速度计通过感应固定电极与可动质量块之间的电容变化来检测位移变化量，从而确定外部加速度。

多轴电容式加速度计的主要指标有：灵敏度、线性度、温度漂移以及抗冲击能力。然而，实践中发现，目前的多轴电容式加速度计的温度漂移以及抗冲击能力性能仍不能满足要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种具有较强的应力释放能力和较小温度漂移的多轴电容式加速度计。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多轴电容式加速度计，包括基底以及XY轴结构层，所述XY轴结构层包括可动质量块、中心锚点、弹性结构以及多个检测电极，所述多个检测电极用于检测X方向和Y方向的加速度，所述可动质量块与中心锚点以及弹性结构相连，所述多轴电容式加速度计还包括分别位于XY轴结构层两侧的两个Z轴结构层。

可选的，在所述的多轴电容式加速度计中，每个所述Z轴结构层均包括可动质量块、固定锚点、弹性结构以及两个固定电极，所述两个固定电极固定于所述基底的表面上，所述弹性结构与所述固定锚点和可动质量块相连。

可选的，在所述的多轴电容式加速度计中，每个所述Z轴结构层的两个固定电极的结构相同且关于所述Z轴结构层的弹性结构对称。

可选的，在所述的多轴电容式加速度计中，每个所述Z轴结构层的可动质量块的质心不在所述Z轴结构层的弹性结构上。

可选的，在所述的多轴电容式加速度计中，其中一个Z轴结构层的弹性结构左侧的可动质量块的质量与另一个Z轴结构层的弹性结构左侧的可动质量块的质量相同，所述其中一个Z轴结构层的弹性结构右侧的可动质量块的质量与所述另一个Z轴结构层的弹性结构右侧的可动质量块的质量相同。

可选的，在所述的多轴电容式加速度计中，其中一个Z轴结构层中远离中心锚点的固定电极与另一个Z轴结构层中靠近中心锚点的固定电极电学连接，所述其中一个Z轴结构层中靠近中心锚点的固定电极与另一个Z轴结构层中远离中心锚点的固定电极电学连接。

可选的，在所述的多轴电容式加速度计中，所述Z轴结构层的可动质量块、固定锚点以及弹性结构是通过蚀刻和熏蒸工艺一体成形的结构，所述Z轴结构层的可动质量块、固定锚点以及弹性结构与所述XY轴结构层的可动质量块、中心锚点、弹性结构以及检测电极一同利用第二层多晶硅形成。

可选的，在所述的多轴电容式加速度计中，所述多轴电容式加速度计还包括形成于所述基底上的布线，所述Z轴结构层的固定电极与所述基底上的布线利用第一层多晶硅形成。