[实用新型]一种大质量块梳齿电容式三轴加速度传感器

说明书

本实用新型涉及一种大质量块的梳齿电容式加速度传感器，包括设有衬底、大质量敏感器件、两个弹性折叠梁、固定支柱和锚点，大质量敏感器件呈“回”字形，四周和内部带有M对可动梳齿，固定支柱一侧带有固定梳齿；所述固定支柱设于大质量敏感器件四周和内部，可动梳齿和固定梳齿采用偏置放置，并有一定的活动间隙；大质量敏感器件的上侧和下侧分别与弹性折叠梁连接，每个弹性折叠梁的另一端和锚点固定连接，使大质量敏感器件和衬底悬空，用于加速度的测量；固定支柱和锚点设于衬底上。本实用新型采用大质量敏感器件来提高了器件的量程，巧妙的器件参数在减小耦合的同时还提高了器件灵敏度，有效的减少了外力对芯片的应力损伤。

技术领域

本实用新型涉及加速度传感器技术领域，具体涉及一种大质量块梳齿电容式三轴加速度传感器。

背景技术

加速度计是用于测量加速度的传感器，其典型结构包括弹簧和质量块，通过感受加速质量块受运动惯量的作用而产生位移来检测加速度。MEMS加速度计的主要特性包括测量范围、分辨率、标度因数稳定性、噪声、稳定性和带宽等。目前，加速度为传感器主要有电容式、压电式、压阻式三种，分别用于不同的技术领域发挥相应的功能优势。

变电容式加速度传感器具有较好的低频特性且具有直流响应，与其它类型的加速度传感器相比其灵敏度高、环境适应性好，尤其是受温度的影响比较小；变电容式加速度传感器非常适用于运动及稳态加速度的测量、低频低g值测量，且可耐受高g值冲击。比如电梯的加速及减速测试、飞机的颤振试验、飞行器的发射与飞行试验、发动机监测等均需测量持续时间长、g值低的振动，这些都是变电容式传感器的主要用途。

偏置梳齿式电容加速度传感器的检测模块由在敏质量块上的可动齿和固定支柱上的定齿交叉偏置放置，通过敏感惯性力的变化使质量块移动，从而使梳齿之间的间距发生变化，引起差动电容对中一个电容增大另一电容等量减小，然后转换成变化的差分电容来间接测量外加的加速度大小。

三轴MEMS加速度传感器可以根据外界施加的惯性力的大小，测量出X、Y、Z三个方向的加速度信号，精确的反应物体在三维空间中的加速度信号。

发明内容

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种大质量敏感器件电容式三轴加速度传感器，克服了现有大多数加速度传感器灵敏度低量程小、分辨率差、耦合效应高等问题，且制造、封装成本都比较便宜。

解决以上技术问题的本实用新型中的一种大质量敏感器件电容式三轴加速度传感器，其特征在于：包括设有衬底、大质量敏感器件、两个弹性折叠梁、固定支柱和锚点，大质量敏感器件呈“回”字形，四周和内部带有M对可动梳齿，固定支柱一侧带有固定梳齿；所述固定支柱设于大质量敏感器件四周和内部，可动梳齿和固定梳齿采用偏置放置，并有一定的活动间隙；大质量敏感器件的上侧和下侧分别与弹性折叠梁连接，每个弹性折叠梁的另一端和锚点固定连接，使大质量敏感器件和衬底悬空，用于加速度的测量；固定支柱和锚点设于衬底上。M>1。

所述弹性折叠梁为等长弹性折叠梁，长度、宽度、厚度等参数都进行了折中考虑使器件状态达到最优状态。

所述衬底为硅衬底，形状为长方形，上面所设结构呈对称分布。

所述大质量敏感器件为悬浮大质量敏感器件，衬底和大质量敏感器件之间有一定的间隙，减少在质量块运动过程中产生的阻力。

所述大质量敏感器件内部内设有一个固定支柱。

所述大质量敏感器件设在中间部份的固定梳齿高度不一致。采用不等高设计，进而形成差分电容，检测Z轴方向加速度大小。

所述大质量敏感质量块设有N个阻尼孔，N>1，按照一定比例或面积（数量）制作，同样减少在质量块运动过程中产生的阻力。