[发明专利]电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器及制作方法

权利要求书

1.一种电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，其特征是：它包括基底(1)、感应机构(4)和信号输出机构(18)，所述基底(1)上竖向固定设置有外围支撑(8)和多个固定支撑(36)，其中外围支撑(8)位于基底(1)之上的外边缘处；

所述的感应机构(4)包括质量块(5)、梳齿结构和弹簧机构(6)，所述质量块(5)、梳齿结构和弹簧机构(6)至基底中心向外围分布，质量块(5)和梳齿结构位于同一平面内，所述质量块(5)为单质量块，质量块(5)悬浮在所述基底中心的上方，其四周分别与梳齿结构相连，所述的梳齿结构为由x轴梳齿结构(31)、y轴梳齿结构(32)和z轴梳齿结构(33)构成的三轴全梳齿结构电极，其中，所述的x轴梳齿结构(31)有两组，沿x轴在xy平面内以质量块(5)为中心对称分布，用于测量x轴加速度，所述y轴梳齿结构(32)有两组，沿y轴在xy平面内以质量块(5)为中心对称分布，用于测量y轴加速度，所述z轴梳齿结构(33)有四组，沿与x轴或者y轴呈45°线和135°线夹角的位置在xy平面内以质量块(5)为中心对称分布，用于测量z轴加速度，各轴梳齿结构均包括固定梳齿和活动梳齿，各轴梳齿结构的固定梳齿通过固定支撑(36)支撑于所述基底(1)上，x轴和y轴梳齿结构的活动梳齿一端连接于质量块(5)，另一端于与所述的弹簧机构(6)的一端相连，z轴疏齿结构的活动疏齿一端连接于质量块(5)，另一端呈悬臂状，质量块(5)通过活动梳齿和弹簧机构(6)可以实现在x、y、z轴上的运动，弹簧机构(6)的另一端与外围支撑(8)相连，通过外围支撑(8)支撑在所述基底(1)上，所述各轴梳齿结构的固定梳齿和活动梳齿分别与电源电连接且导电后构成梳齿电容的两极；

所述的信号输出机构(18)包括固定在所述的固定支撑(36)和外围支撑(8)上用于与外部信号电路相连的多个金属连接点(20)，该多个金属连接点(20)分别与所述各轴梳齿结构的固定梳齿电连接。

2.根据权利要求1所述的电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，其特征是：所述的弹簧机构(6)共四组，沿x轴和y轴对称分布于所述质量块(5)四周，每一组弹簧机构(6)包括至少两根位于中部起到梁支撑作用的梁结构(22)以及对称分布于梁结构(22)两边的U型弹簧(21)，U型弹簧(21)开口端朝向梁结构(22)且两端口分开连接在相邻的两根梁结构(22)上，梁结构(22)的一端分别与相应的各轴梳齿结构的活动梳齿相连，另一端与所述的外围支撑(8)相连。

3.根据权利要求2所述的电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，其特征是：所述弹簧机构(6)的梁结构(22)为工字梁或矩形梁。

4.根据权利要求1所述的电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，其特征是：所述各轴梳齿结构的梳齿均为竖向板状，其中固定梳齿和活动梳齿呈相互交错状交替分布，并且相邻的梳齿间间隔一定间距。

5.根据权利要求1所述的电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，其特征是：所述质量块(5)上设计有用于降低空气阻尼的竖向释放孔(9)。

6.根据权利要求1所述的电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，其特征是：所述的基底(1)包括衬底(2)和沉积在所述衬底之上的介质绝缘层(3)，所述衬底(2)的材料为单晶硅，所述介质绝缘层(3)的材料为氧化硅或氮化硅。

7.一种实现权利要求1所述的电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器的制作方法，其包括如下步骤：

(1)提供一衬底，并在所述衬底上沉积介质绝缘层来形成基底；

(2)采用干法蚀刻介质绝缘层，保留用以形成x、y、z三轴梳齿结构的活动梳齿的凸台；

(3)在所述介质绝缘层上再沉积单晶硅层用于形成感应机构，并对所沉积的单晶硅进行重度参杂，使单晶硅具有导电性；

(4)采用深反应离子蚀刻工艺，蚀刻所述沉积的单晶硅层和介质绝缘层，形成感应机构的各个部分，包括质量块，梳齿结构和弹簧机构，并且形成固定支撑和外围支撑；

(5)蚀刻x、y、z三轴梳齿结构的固定梳齿；

(6)沉积金属以形成各个金属连接点，形成信号输出机构。