[发明专利]一种低交叉轴灵敏度的面外轴向检测MEMS电容式加速度计

权利要求书

1.一种低交叉轴灵敏度的面外轴向检测MEMS电容式加速度计，其特征在于，包括：敏感结构、硅基板和硅盖板；所述硅基板位于敏感结构的下方，通过锚点与敏感结构键合，并为敏感结构提供固定和支撑；所述敏感结构位于硅基板和硅盖板中间，作为实现加速度检测的核心结构；所述硅盖板位于敏感结构的上方，用于保护敏感结构；

所述敏感结构包括四组敏感质量单元以及一块不平衡质量块；所述敏感结构的排布具有高度对称性，以垂直于加速度计芯片平面的轴向为Z轴，X轴与Y轴均平行于加速度计芯片平面，四组敏感质量单元在芯片面内各自朝向X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向、Y轴负方向，相邻两组敏感质量单元相互垂直分布；所有敏感质量单元均连接到不平衡质量块；

所述的敏感质量单元采用跷跷板式原理工作，包括一个检测质量块、两条连接梁、一个或两个锚点、两条或四条弹性扭转梁、第一检测电极、第二检测电极、第一加力电极、第二加力电极；所述敏感质量单元采用弹性扭转梁内置或弹性扭转梁外置结构；

所述弹性扭转梁内置结构，锚点位于检测质量块中心且固定于硅基板上，弹性扭转梁收于检测质量块内部，连接锚点与检测质量块；若采用单锚点双弹性扭转梁结构，单锚点位于检测质量块几何中心，两条弹性扭转梁将敏感质量单元悬挂在锚点上；若采用双锚点四弹性扭转梁结构，双锚点并列位于检测质量块中线上，四条弹性扭转梁将敏感质量单元悬挂在两个锚点上；

所述连接梁用于实现敏感质量块与不平衡质量块的机械连接，同组敏感质量单元的两条连接梁相互平行，相邻敏感质量单元的连接梁相互垂直，以限制水平轴输入引起敏感结构的形变；

所述第一加力电极、第二加力电极关于锚点对称排布，且固定在硅基板上；

所述第一检测电极、第二检测电极关于锚点对称固定在硅基板上，且分别位于第一加力电极、第二加力电极外侧；

各组敏感质量单元的第一检测电极、第二检测电极分别各自通过引线形成电学连接并引出至压焊座；第一检测电极、第二检测电极分别与检测质量块形成一组检测电容，当敏感方向加速度输入时，两组检测电容差动变化；

所述的弹性扭转梁外置结构，两个锚点分别位于检测质量块两外侧，锚点中线与检测质量块中线重合，各自通过一条弹性扭转梁连接至检测质量块；

所述连接梁用于实现敏感质量块与不平衡质量块的机械连接，同组敏感质量单元的两条连接梁相互平行，相邻敏感质量单元的连接梁相互垂直，提升了敏感结构在水平方向上的刚度，以限制水平轴输入引起敏感结构的形变；

所述第一加力电极、第二加力电极关于锚点对称排布，且固定在硅基板上；

所述第一检测电极、第二检测电极关于锚点对称固定在硅基板上，且分别位于第一加力电极、第二加力电极外侧；

各组敏感质量单元的第一检测电极、第二检测电极分别各自通过引线形成电学连接并引出至压焊座；第一检测电极、第二检测电极分别与检测质量块形成一组检测电容，当敏感方向加速度输入时，两组检测电容差动变化。

2.根据权利要求1所述的一种低交叉轴灵敏度的面外轴向检测MEMS电容式加速度计，其特征在于：所述的不平衡质量块，使得扭转梁两侧的结构质量不相等，用于为各敏感质量单元提供不平衡力矩；不平衡质量块位于整个敏感结构的中心，当Z轴方向加速度输入时，不平衡质量块沿敏感方向，即Z轴方向平动，同时带动各组敏感质量单元绕弹性扭转梁做扭摆运动。