[发明专利]一种转换测量方向的MEMS加速度计及其制造工艺

说明书

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种转换测量方向的MEMS加速度计及其制造工艺，包括上盖板、器件层以及下盖板；所述器件层包括：锚点、质量块以及连接所述锚点和质量块的弹性梁；所述锚点与所述上盖板以及下盖板相固定；所述质量块的一端连接有弹性梁组，所述弹性梁组包括至少两根对称设置的弹性梁；每根所述弹性梁包括末端和折叠端，所述弹性梁的末端分别与锚点和质量块相连接；每根所述弹性梁的折叠端形成有梳齿结构；两根所述弹性梁上的梳齿结构相互重叠形成加速度检测结构，所述加速度检测结构通过检测所述梳齿结构之间的间距变化来检测加速度；所述梳齿之间的间距变化与所述加速度方向相垂直。

技术领域

本发明涉及一种MEMS传感器，特别是一种转换测量方向的MEMS加速度计及其制造工艺。

背景技术

现今，加速度计可适用于诸多应用，例如在测量地震的强度并收集数据、检测汽车碰撞时的撞击强度、以及在手机及游戏机中检测出倾斜的角度和方向。而在微电子机械系统(MEMS)技术不断进步的情况下，许多微米级的小型加速度测量仪已经被商业化广泛采用。

常用的MEMS的加速度计分压阻式和电容式两种，压阻式加速度计例如申请号为200480003916.7、公开日为2006年3月15日的中国发明专利申请。压阻式加速度计一般有悬臂梁及质量块构成，并将力敏电阻设置在悬臂梁上。质量块会因加速度而运动，使得悬臂梁变形，从而引起电阻值的变化。但在没有加速度或者加速度幅度比较微小的情况下，悬臂梁不会产生巨大变形。使得电阻值没有显著变化。只有当加速度的幅度大至悬臂梁产生变形时，该加速度计才能检测到加速度。为此，该加速度计有测量不准、精确度不高等缺点。

电容式加速度计则是通过检测电容变化来检测加速度。而电容式加速度计又分为梳齿式和面板式加速度计。在面板式加速度计中，质量块和上、下盖板之间形成有电容。当质量块因外界加速度而产生位移时，质量块和上、下盖板之间间隙距离会产生变化，进而带来电容量的变化。通过测量电容量的变化可以计算出加速度。而梳齿式加速度计则是通过在质量块和框架或者锚点上分别形成梳齿结构。当质量块因加速度产生位移时，质量块和框架之间梳齿结构的间距或者重叠面积会产生变化，进而带来电容量的变化。通过测量电容量的变化可以计算出加速度。

然而，无论是压阻式、梳齿式或是面板式加速度计，其测量方向均与质量块的位移方向一致。而且加速度的检测信号强度与质量块的位移幅度基本是1:1的比例关系。换句话说，当质量块位移了1微米时，则会产生1微米相对应的信号强度。但当质量块的位移幅度小的时候，信号则比较弱。为此，其检测的灵敏度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种转换测量方向的MEMS加速度计及其制造工艺，其具有较高的灵敏度、并且检测误差小、性能稳定。

一种转换测量方向的MEMS加速度计，包括：上盖板、器件层以及下盖板；所述器件层包括：锚点、质量块、连接梁以及连接所述锚点和质量块的弹性梁；所述锚点与所述上盖板以及下盖板相固定；所述质量块的一端连接有弹性梁组，所述弹性梁组包括至少两根对称设置的弹性梁；每根所述弹性梁包括末端和折叠端，所述弹性梁的一末端与锚点相连接，另一末端与所述质量块相连接；每根所述弹性梁的折叠端形成有梳齿结构；两根所述弹性梁上的梳齿结构相互重叠形成加速度检测结构，所述加速度检测结构通过检测所述梳齿结构之间的间距变化来检测加速度；所述梳齿之间的间距变化与所述加速度方向相垂直。

本发明中的加速度计还具有以下附属特征：

所述质量块相对的一端也连接有弹性梁组，所述质量块两端的两组弹性梁组中的加速度检测结构通过差分检测加速度。

所述弹性梁包括V型、W型、U型弹性折叠梁。

所述弹性梁的折叠端的夹角在30至150度之间。

所述弹性梁的折叠端的夹角在60至120度之间。