[发明专利]一种电容式MEMS双轴加速度计

说明书

本发明公开了一种电容式MEMS双轴加速度计，所述加速度计由下到上依次包括：基片、绝缘层、敏感器件层；敏感器件层包括：固定框架、折叠梁、敏感质量块、梳齿组合、锚点；其中，固定框架通过绝缘层固定在基片上，敏感质量块的4个端角分别设有一对折叠梁，每对折叠梁的中线正交，折叠梁的一端与固定框架连接，折叠梁的另一端与敏感质量块连接；敏感质量块四周分布有多个梳齿组合，梳齿组合包括：固定梳齿和可动梳齿，固定梳齿一端与固定框架连接，可动梳齿一端与敏感质量块连接，实现了电容式MEMS双轴加速度计灵敏度高、正交误差小的技术效果。

技术领域

本发明涉及MEMS加速度计设计研究领域，具体地，涉及一种电容式MEMS双轴加速度计。

背景技术

MEMS加速度计被广泛应用在消费电子、汽车工业、航空军事等诸多领域，并且随着微电子技术的发展以及微机械制造技术的不断进步，MEMS加速度计在可穿戴设备、无人机、物联网(IoT)、振动及导航等传感领域也体现出了极为重要的价值，具有广阔的市场前景。

加速度计主要用于测量运动物体相对于惯性空间的加速度，根据其检测原理不同可分为压阻式、压电式、谐振式、隧穿电流式和电容式，对于温度系数、分辨率、精度等要求较高的低g加速度计一般采用电容式检测。

电容式加速度计主要分为梳齿式和平板式两种，平板式加速度计主要存在以下几个问题：需要双面光刻、键合，加工难度大，若降低器件热噪声，提高精度，还必须进行真空封装，封装成本高，重复性差，器件成品率低。梳齿式加速度计(变面积型/变间距型)无需双面光刻，加工工艺简单，可通过在质量块上制作阻尼孔降低器件热噪声，可进行常压封装，制造成本低，工艺成熟，可实现批量生产。

传统的加速度计多为单矢量检测的单轴传感器，随着传感器应用环境的不断改变，单轴加速度计已不能满足应用需求，需要采用双轴的加速度计，而传统的双轴加速度计采用将两个单轴加速度计正交地封装起来，这必然引入较大的正交误差，影响传感器精度，同时装配困难、器件体积大、制造成本高；已有的双轴加速度计技术方案有采用梳齿变面积型结构和采用正交蛇形支撑梁梳齿结构来进行双轴加速度测量，这两种方案不足的是：前者构成的加速度计灵敏度较低，分辨率较差，后者构成的加速度计会产生较大的交叉灵敏度，稳定性差。

发明内容

本发明提供了一种电容式MEMS双轴加速度计，解决了现有的双轴加速度计灵敏度低、交叉灵敏大的技术问题，实现了电容式MEMS双轴加速度计灵敏度高、正交误差小的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种电容式MEMS双轴加速度计，所述加速度计由下到上依次包括：

基片、绝缘层、敏感器件层；敏感器件层包括：固定框架、折叠梁、敏感质量块、梳齿组合、锚点；其中，固定框架通过锚点固定在基片上，敏感质量块的4个端角分别设有一对折叠梁，每对折叠梁的中线正交，折叠梁的一端与固定框架连接，折叠梁的另一端与敏感质量块连接；敏感质量块四周分布有多个梳齿组合，梳齿组合包括：固定梳齿和可动梳齿，固定梳齿一端与固定框架连接，可动梳齿一端与敏感质量块连接。

其中，所述敏感质量块可通过设计改变腔体的大小和数量来实现质量调节，可根据实际应用需要，调节所述敏感质量块质量，实现较高灵敏度检测。

其中，所述折叠梁在敏感轴方向刚度相对较小，容易变形，在非敏感轴方向刚度很大，不易变形，可抑制交叉灵敏度，防止正交误差影响，同时所述折叠梁非线性非常小，可以释放结构残余应力，降低残余应力和温度对器件的影响。

其中，4对折叠梁关于敏感质量块的几何中心对称，多个梳齿组合关于敏感质量块的中心线对称。