三轴加速度计制造技术

一种三轴加速度计是以单一的可动质量块来测量三个轴向的加速度，因此可获得较紧密的结构。此外，组成差分电容对的各方向检测电容相对于可动质量块的旋转轴对称配置，因此，可动质量块在检测方向运动时，在非检测方向的差分电容值保持不变，其可避免可动质量块运动所产生的检测误差。

Triaxial accelerometer

【技术实现步骤摘要】
三轴加速度计
本专利技术是有关一种加速度计，特别是一种以微机电系统(MEMS)实现的三轴加速度计。
技术介绍
自1970年代微机电系统装置概念成形起，微机电系统(MicroelectromechanicalSystem，MEMS)装置已从实验室的探索对象进步至成为高阶系统整合的对象，并已在大众消费性装置中有广泛的应用，展现了惊人且稳定的成长。微机电系统装置包含一可动的微机电系统元件，借由感测或控制可动的微机电系统元件的运动物理量可实现微机电系统装置的各项功能。加速度传感器已应用于消费型电子、汽车电子、物联网装置或其它工程、科学及工业领域。已知的三轴加速度传感器大多是以彼此独立的多个质量块来感测不同轴向的加速度，因此，已知的三轴加速度传感器通常体积庞大，且结构复杂，因而不利于制作。有鉴于此，提供一种三轴加速度传感器并满足结构尽可能紧密的要求便是目前极需努力的目标。
技术实现思路
本专利技术提供一种三轴加速度计，其是以单一的可动质量块来测量三个轴向的加速度，因此可获得较紧密的结构。本专利技术提供一种三轴加速度计，任一轴的二组差分电容对在其他轴向运动时自身的差值变化将近为零，可以减少对其他各轴向的干扰产生。本专利技术提供一种三轴加速度计，透过锚点和与固定电极固定的导电接触集中于几何中心区域的设计，可以减缓后续制程，例如封装及焊接制程等，所带来的残余应力所导致的输出信号漂移。本专利技术一实施例的三轴加速度计包含一基板、一可动质量块、四个第一轴可动电极元件、四个第二轴可动电极元件、四个第一轴固定电极元件以及四个第二轴固定电极元件。基板包含一金属层，其中金属层部分暴露于基板的一表面形成一电路图案，该表面平行于一第一轴和一第二轴所定义的一二维面，一第三轴垂直于该表面、该第一轴和该第二轴。可动质量块呈一框状结构，且可动质量块经由至少一锚点以及一弹性元件与基板连接，使该可动质量块可沿平行于该表面的一第一轴平行运动、相对于平行该表面且以该第三轴为一旋转轴进行旋转、以及相对于该第二轴进行转动。可动质量块包含四个第三轴可动电极区，其相对于垂直于第一轴以及第二轴的可动质量块的一旋转轴(第三轴)对称配置，其中四个第三轴可动电极区对应于电路图案形成四个第三轴感测电容，且相对于旋转轴对称配置的二个第三轴感测电容组成一第三轴差分电容对。四个第一轴可动电极元件连接于框状结构的内侧，并相对于旋转轴对称配置。四个第二轴可动电极元件连接于框状结构的内侧，并相对于旋转轴对称配置。四个第一轴固定电极元件与电路图案电性连接，且对应于四个第一轴可动电极元件设置，以形成四个第一轴感测电容，其中相对于旋转轴对称配置的二个第一轴感测电容组成一第一轴差分电容对。四个第二轴固定电极元件与电路图案电性连接，且对应于四个第二轴可动电极元件设置，以形成四个第二轴感测电容，其中相对于旋转轴对称配置的二个第二轴感测电容组成一第二轴差分电容对。以下借由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本专利技术的目的、
技术实现思路
、特点及其所达成的功效。附图说明为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明，其中：图1为一正面示意图，显示本专利技术第一实施例的三轴加速度计的部分元件。图2为一侧面示意图，显示本专利技术第一实施例的三轴加速度计沿图1所示的O-O线的剖面结构以及加上其他结构和元件。图3为一示意图，显示本专利技术第二实施例的三轴加速度计的部分元件。图4为一示意图，显示本专利技术第三实施例的三轴加速度计的部分元件。图5为一示意图，显示本专利技术第四实施例的三轴加速度计的部分元件。图6为一示意图，显示本专利技术第五实施例的三轴加速度计的部分元件。图7为一示意图，显示本专利技术的可动质量块的一第一轴和第二轴所定义的一二维面的几何形状实施例。图8为一示意图，显示本专利技术的可动质量块的第三轴厚度实施例。符号说明10基板11金属层11a、11e第三轴固定电极11b-11d导电接点12止动凸块20基板20a可动质量块20b环状固定结构21a-21d连接段22a-22d质量区221通孔23锚点24弹性元件311a-311d第一轴可动电极元件312a-312d第一轴固定电极元件321a-321d第二轴可动电极元件322a-322d第二轴固定电极元件331a-331d第三轴可动电极区40盖体42第一臂43介电层44第二臂45导电接触47固定接触点A1第一轴A2第二轴A3第三轴W1、W2、W3、W4宽度D1、D2厚度具体实施方式以下将详述本专利技术的各实施例，并配合附图作为例示。除了这些详细说明之外，本专利技术亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本专利技术的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本专利技术有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本专利技术可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免对本专利技术形成不必要的限制。附图中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，附图仅为示意之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求附图的简洁。请参照图1以及图2，本专利技术的一实施例的三轴加速度计包含一基板10、一可动质量块20a、四个第一轴固定电极元件312a、312b、312c、312d以及四个第二轴固定电极元件322a、322b、322c、322d。在一实施例中，本专利技术的三轴加速度计更包含一盖体40，其与基板10形成一容置空间并且和基板10共同固定可动质量块20a的固定电极部分。可动质量块20a即容置于基板10以及盖体40间的容置空间。基板10包含一金属层11，其中金属层11部分暴露于基板10的一表面形成一电路图案。举例而言，暴露出来的电路图案可作为第三轴固定电极11a和第三轴固定电极11e、作为与第一轴固定电极元件312a～312d以及第二轴固定电极元件322a～322d电性连接的导电接点11b、作为与可动质量块20a电性连接的导电接点11c、或是与盖体40电性连接的导电接点11d。电路图案可包含一互补式金氧半导体元件。换言之，基板10可为一互补式金氧半导体基板。在一实施例中，基板10可为一硅基板，而位于基板10上的另一基板20则包括可动质量块20a和环状固定结构20b。另，盖体40透过多个固定接触点47来绝缘地固定可动质量块20a的锚点23、多个各轴固定电极元件以及环绕于可动质量块20a的四周外的环状固定结构20b。盖体40、环状固定结构20b以及基板10可形成一气密腔体以保护设置于其中的内部感测元件。再者，一介电层43先形成于环状固定结构20b、可动质量块20a的上表面和固定接触点47处，然后一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三轴加速度计，包含：/n一基板，其包含一金属层，其中该金属层部分暴露于该基板的一表面形成一电路图案，其中该表面平行于一第一轴和一第二轴所定义的一二维面，一第三轴垂直于该表面、该第一轴和该第二轴；/n一可动质量块，其呈一框状结构，且该可动质量块经由至少一锚点以及一弹性元件与该基板连接，使该可动质量块可沿平行于该表面的一第一轴平行运动、平行于该表面且以该第三轴为一旋转轴进行旋转、以及相对于该第二轴进行转动，其中该可动质量块包含至少二个第三轴可动电极区，其分别设置于相对于该第二轴的二侧的一部分，该二个第三轴可动电极区对应于该电路图案形成二个第三轴感测电容，且该二个第三轴感测电容组成一第三轴差分电容对，以检测该可动质量块相对于该第二轴转动的变化量；/n至少二个第一轴可动电极元件，其连接于该框状结构的内侧，并且相对于该旋转轴对称配置；/n至少二个第二轴可动电极元件，其连接于该框状结构的内侧，并且相对于该旋转轴对称配置；/n至少二个第一轴固定电极元件，其与该电路图案电性连接，且对应于该至少二个第一轴可动电极元件设置，以形成二个第一轴感测电容，其中相对于该旋转轴对称配置的该二个第一轴感测电容组成一第一轴差分电容对，以检测该可动质量块沿该第一轴平行运动的变化量；以及/n至少二个第二轴固定电极元件，其与该电路图案电性连接，且对应于该至少二个第二轴可动电极元件设置，以形成二个第二轴感测电容，其中相对于该旋转轴对称配置的该二个第二轴感测电容组成一第二轴差分电容对，以检测该可动质量块以该第三轴为该转轴的旋转的变化量。/n...

【技术特征摘要】
1.一种三轴加速度计，包含：
一基板，其包含一金属层，其中该金属层部分暴露于该基板的一表面形成一电路图案，其中该表面平行于一第一轴和一第二轴所定义的一二维面，一第三轴垂直于该表面、该第一轴和该第二轴；
一可动质量块，其呈一框状结构，且该可动质量块经由至少一锚点以及一弹性元件与该基板连接，使该可动质量块可沿平行于该表面的一第一轴平行运动、平行于该表面且以该第三轴为一旋转轴进行旋转、以及相对于该第二轴进行转动，其中该可动质量块包含至少二个第三轴可动电极区，其分别设置于相对于该第二轴的二侧的一部分，该二个第三轴可动电极区对应于该电路图案形成二个第三轴感测电容，且该二个第三轴感测电容组成一第三轴差分电容对，以检测该可动质量块相对于该第二轴转动的变化量；
至少二个第一轴可动电极元件，其连接于该框状结构的内侧，并且相对于该旋转轴对称配置；
至少二个第二轴可动电极元件，其连接于该框状结构的内侧，并且相对于该旋转轴对称配置；
至少二个第一轴固定电极元件，其与该电路图案电性连接，且对应于该至少二个第一轴可动电极元件设置，以形成二个第一轴感测电容，其中相对于该旋转轴对称配置的该二个第一轴感测电容组成一第一轴差分电容对，以检测该可动质量块沿该第一轴平行运动的变化量；以及
至少二个第二轴固定电极元件，其与该电路图案电性连接，且对应于该至少二个第二轴可动电极元件设置，以形成二个第二轴感测电容，其中相对于该旋转轴对称配置的该二个第二轴感测电容组成一第二轴差分电容对，以检测该可动质量块以该第三轴为该转轴的旋转的变化量。


2.如权利要求1所述的三轴加速度计，其特征在于，相对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾立天，钱元晧，
申请(专利权)人：苏州明皜传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32