[实用新型]一种加速度计中的Z轴结构

说明书

技术领域

本实用新型属于微机电(MEMS)领域，更准确地说，涉及一种微机电的惯性测量模块，尤其涉及一种加速度计中的Z轴结构。

背景技术

以往的Z轴加速度计都是平板电容式的，质量块的运动模式是类似跷跷板的结构。参考图1，在质量块1下方的衬底4上，会有金属或多晶硅做的第一平板电极2、第二平板电极3，质量块1与两块电极分别形成两个电容C1、C2。在无加速度输入的情况下，质量块1与第一平板电极2、第二平板电极3之间的距离均相等，此时C1和C2的值相等。

如有加速度输入的情况下，质量块1不再平衡，会发生类似跷跷板一样的翻转，所述质量块1一边向下，一边向上，此时，质量块1到第一平板电极2之间的距离，与其到第二平板电极3之间的距离不再相等，参考图2的视图方向，C1减小，而C2增大，而C1和C2的差值与输入的加速度成正比，输出的正负号反映输入加速度的方向。

上述结构的Z轴加速度计存在以下几个缺陷：

a)工艺复杂度和成本：XY轴向的加速度计，目前都是平面内的梳齿电容方案，所以对于XY轴加速度计来说，不用引入衬底上的平板电极。上述Z轴加速度计的方案完全不同，一定要有衬底上的平板电极。也就是，为了实现Z轴加速度计的设计，要多加一层平板电极，增加工艺的复杂度和成本。

b)精度：平板电极在衬底上，所以Z轴加速度计寄生电容比较大，进而影响Z轴加速度计的精度；而XY轴加速度计，由于电容极板悬空，所以寄生电容一般会比Z轴加速度计小一半以上，所以一般XY轴加速度计的精度会比Z轴高。

c)可靠性：Z轴加速度计的可靠性一直是一个比较棘手的问题，由于下极板是Z轴加速度计必需的一部分，必须将质量块与下极板的间距控制在很小的尺寸内，结果造成质量块很容易接触到衬底或下电极，甚至粘在衬底上，不能分开，导致芯片完全的失效。

d)芯片面积：Z轴加速度计使用平板电容结构，会占用比较大的面积，一般在三轴加速度计中，Z轴加速度计占用的面积在40％以上。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种加速度计中的Z轴结构。

为了实现上述的目的，本实用新型的技术方案是：一种加速度计中的Z轴结构，包括衬底，还包括：

通过侧壁连接的弹性梁支撑在衬底上方，相对于衬底在Z轴方向上来回平动的质量块，其中所述质量块的侧壁上设置有第一可动电极极片、第二可动电极极片；

设置在衬底上的第一固定电极极片、第二固定电极极片，所述第一固定电极极片、第二固定电极极片朝由X轴、Y轴组成的平面方向延伸；

所述第一可动电极极片与第一固定电极极片的侧壁相对，构成第一Z轴检测电容；所述第二可动电极极片与第二固定电极极片的侧壁相对，构成第二Z轴检测电容；

其中，初始状态下，第一固定电极极片其中一端的端面低于第一可动电极极片相同端的端面；而第二固定电极极片中与第一固定电极极片相同端的端面高于第二可动电极极片中与第一固定电极极片相同端的端面。

优选的是，所述质量块上设置有通孔，第一可动电极极片、第二可动电极极片设置在质量块通孔的侧壁上。

优选的是，初始状态下，第一固定电极极片的上端面低于第一可动电极极片的上端面；第二固定电极极片的上端面高于第二可动电极极片的上端面。

优选的是，初始状态下，第一固定电极极片的下端面与第一可动电极极片的下端面齐平；第二固定电极极片的下端面与第二可动电极极片的下端面齐平。

优选的是，初始状态下，所述第一固定电极极片、第一可动电极极片、第二固定电极极片、第二可动电极极片的下端面均齐平。

优选的是，初始状态下，所述第一固定电极极片的下端面低于第一可动电极极片的下端面；所述第二固定电极极片的下端面高于第二可动电极极片的下端面。

优选的是，所述第一固定电极极片、第一可动电极极片设有多个，多个第一可动电极极片沿着质量块的侧壁分布；多个第一固定电极极片、第一可动电极极片构成梳齿电容结构。

优选的是，所述第二固定电极极片、第二可动电极极片分别有多个，多个第二可动电极极片沿着质量块的侧壁分布；多个第二固定电极极片、第二可动电极极片构成梳齿电容结构。

优选的是，所述第一固定电极极片、第二固定电极极片在衬底上平行布置。

优选的是，所述第一可动电极极片、第二可动电极极片与质量块一体成型。