[发明专利]一种梳齿电容式加速度计

说明书

本发明公开一种梳齿电容式加速度计，涉及微机械加速度计技术领域，包括衬底和加速度计结构，加速度计结构设置于衬底上；加速度计结构包括固支框架、敏感质量块框架和非可动电极组件，非可动电极组件通过电极锚点固定于衬底上，敏感质量块框架上设置有可动电极组件，可动电极组件与非可动电极组件一一对应，且相对应的可动电极组件与非可动电极组件构成梳齿电容结构；固支框架通过固支框架锚点固定于衬底上，且固支框架通过弹性结构与敏感质量块框架连接，弹性结构使敏感质量块框架能够沿敏感轴方向移动。本发明可以有效降低加速度计结构内部的热应力，从而保证加速度计在环境温度变化时性能稳定。

技术领域

本发明涉及微机械加速度计技术领域，特别是涉及一种梳齿电容式加速度计。

背景技术

微机械系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)加速度计具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点，已经广泛应用于汽车、消费类电子、军工等领域。随着智能驾驶汽车技术的发展，高精度微机械加速度计的需求也日益旺盛。

微机械系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)加速度计主要有三种结构方案：三明治摆式加速度计、梳齿电容式加速度计和扭摆式加速度计。梳齿电容式加速度计以其灵敏度高、稳定性好、温度系数低等特点，成为当下研制最多、应用最广的MEMS器件之一；梳齿电容式加速度计的检测原理为：当敏感轴方向有加速度信号时，惯性敏感质量块带动可动梳齿电极发生位移，导致梳齿电容的极板间距或者交叠面积发生改变，从而产生电容变化，再利用专门的测量电路将电容变化转换成电信号即可实现对输入线加速度信息的检测。

目前国内主要采用体硅MEMS加工技术，湿法SOG(玻璃上硅)、干法SOG、正面体硅与体硅SOI(绝缘体上硅)等几种体硅MEMS工艺，进行多种MEMS芯片的加工。在加工梳齿电容式加速度计时，由于不同材料间的热膨胀系数不同，在外部环境温度变化下，不同材料将产生热应力，从而导致加速度计结构发生形变；具体地，梳齿电容式加速度计的可动结构以及梳齿电容的非可动电极通常都通过电极锚点结构与衬底相连，由于电极锚点是加速度计结构同衬底的唯一连接，所以外界热应力会从电极锚点处传递至加速度计结构，导致加速度计结构发生形变，检测电容发生改变，从而影响加速度计的稳定性。如不同电极锚点之间的加速度计结构受到约束不能自由伸缩，环境温度变化时，也将在结构内部产生热应变，影响器件工作的稳定性。

因此，如何通过合理的加速度计结构设计和电极锚点布局减小环境温度变化对加速度计性能的影响，是高性能微机械加速度计需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种梳齿电容式加速度计，以解决上述现有技术存在的问题，可以有效降低加速度计结构内部的热应力，从而保证加速度计在环境温度变化时性能稳定。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种梳齿电容式加速度计，包括衬底和加速度计结构，所述加速度计结构设置于所述衬底上；所述加速度计结构包括固支框架、敏感质量块框架和非可动电极组件，所述非可动电极组件通过电极锚点固定于所述衬底上，所述敏感质量块框架上设置有可动电极组件，所述可动电极组件与所述非可动电极组件一一对应，且相对应的所述可动电极组件与所述非可动电极组件构成梳齿电容结构；所述固支框架通过固支框架锚点固定于所述衬底上，且所述固支框架通过弹性结构与所述敏感质量块框架连接，所述弹性结构使所述敏感质量块框架能够沿敏感轴方向移动。

优选的，所述固支框架锚点位于所述加速度计结构的中心位置。

优选的，所述固支框架锚点有且仅设置有一个。

优选的，所述固支框架为十字型框架，所述十字型框架包括相互垂直的纵向框架和横向框架，所述横向框架的中心线与X轴共线，所述纵向框架的中心线与Y轴共线，所述纵向框架的两端关于所述X轴对称，所述横向框架的两端关于所述Y轴对称，所述固支框架锚点的中心位于所述X轴与所述Y轴的交点；其中，所述X轴与所述敏感轴平行。