MEMS加速度计及其提高抗冲击能力的方法技术

本发明专利技术提供了一种MEMS加速度计及其提高抗冲击能力的方法，所述MEMS加速度计包括阻尼梳齿，所述阻尼梳齿包括可动梳齿和固定梳齿，在所述可动梳齿和所述固定梳齿上加载电信号以产生适于两者相吸的静电力，所述可动梳齿适于在所述静电力作用下产生形变，以使所述可动梳齿较形变前更靠近所述固定梳齿。

【技术实现步骤摘要】
MEMS加速度计及其提高抗冲击能力的方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种MEMS加速度计及其提高抗冲击能力的方法。
技术介绍
MEMS(MicroElectroMechanicalSystem，微机电系统)器件由于其体积小、成本低、集成性好等特点，已被越来越广泛地应用在如消费电子、医疗、汽车等产品中。MEMS加速度计是目前最常见的MEMS器件之一，广泛应用于智能手机、无人机、智能手环、衡车、体感遥控器等等。当前最主流的MEMS加速度计采用电容式检测原理，通常包含敏感单元部分和电容信号处理电路部分，敏感单元部分处于外界加速度环境中时，将加速度变化转化成电容变化，再通过电容信号处理电路将电容信号转化成电压信号，再经过模数转换成数字形式以兼容各种应用环境。敏感单元部分通常包含下列组件：固定锚点、可动质量块、弹性梁、检测梳齿。可动质量块通过弹性梁连接于固定锚点上，当处于外界加速度环境中时，由于惯性力的影响可动质量块会产生位移，通过调节刚度可控制可动质量块在不同方向上的的运动幅度。检测梳齿包含可动部分和固定部分，可动部分与固定部分交叠，交叠部分产生电容，可动部分直接连接在可动质量块上，固定部分连接在与可动质量块所连接的锚点电位不同的固定锚点上。当检测到外界加速度时，检测梳齿可动部分随可动质量块产生位移，固定部分不动，检测梳齿两部分间电容发生对应于加速度幅度的变化，其灵敏度表现为检测梳齿间的电容随外加加速度的变化率。为了提高上述这类电容式MEMS加速度计的灵敏度，显而易见的可选方法包括增加可动质量块的质量、增加检测梳齿的对数或降低弹性梁的刚度。其中前两种方法都需要增加结构的尺寸，而受限于芯片尺寸要求和成本控制需求，尺寸不可能无止境的增大，故实际的器件中往往会采用降低弹性梁的刚度。当弹性梁的刚度较低时，加速度计检测到外界加速度时，可动质量块的运动幅度较大，导致的一个副作用是当芯片处于过载加速度时，可动质量块运动幅度往往会过大，而导致结构间撞击或弹性梁过度弯曲而损坏。针对以上问题，业内常采用的一种解决方法是将敏感单元加工于密封空腔内，提高空腔内的气压以增加检测梳齿交叠部分的空气阻尼，通过反向阻尼力来减少一部分的外界冲击导致的位移，如图1所示。有的敏感单元结构设计中更会增加额外的阻尼梳齿，也是可动部分连接于可动质量块上，固定部分连接于锚点上，来进一步增加阻尼力，提高抵抗外界冲击的能力。然而阻尼梳齿的阻尼力也与梳齿正对面积成比例，也会占用额外的芯片面积，不可能设计的太大。另一方面，已知上述MEMS加速度计的敏感单元结构，包括阻尼梳齿在内通常由深反应例子刻蚀(DeepReactiveIonEtching，DRIE)在硅结构上加工形成，该工艺对加工目标结构的深/宽比有一定要求，如50/1、100/1。电容式MEMS加速度计的敏感单元结构为了增加可动质量块的质量和检测梳梳齿的电容，对结构厚度也有要求，通常为10-60um。综合考虑DRIE工艺的深宽比和刻蚀侧壁形貌，通常结构间距≥1.5um。对阻尼梳齿而言，相对运动时，在其相对运动方向的间距越小时阻尼越大，这个间距又受限于上述的DRIE加工最小间距。
技术实现思路
鉴于现有技术中的问题，本专利技术旨在于提高MEMS加速度计的抗冲击能力，具体是在不额外增加阻尼梳占用面积的情况下提高阻尼梳齿的实际有效阻尼。为实现以上目的，本专利技术提供了一种MEMS加速度计，其包括阻尼梳齿，所述阻尼梳齿包括可动梳齿和固定梳齿，在所述可动梳齿和所述固定梳齿上加载适于两者相吸的电信号。进一步地，所述MEMS加速度计还包括限位结构，所述限位结构限定了所述可动梳齿靠近与其对应的所述固定梳齿的极限位置。进一步地，所述限位结构加载与所述可动梳齿相同的电信号。进一步地，所述可动梳齿包括第一部分和第二部分，所述第一部分相对于所述第二部分更接近相对应的所述固定梳齿，所述第二部分用于与所述限位结构相配合，以限定所述可动梳齿靠近与其对应的所述固定梳齿的极限位置。进一步地，所述固定梳齿加载直流电压。进一步地，所述MEMS加速度计与陀螺仪同时被装置应用时，所述固定梳齿加载的直流电压与所述陀螺仪共用。进一步地，所述MEMS加速度计和所述陀螺仪被设置在同一封装内。进一步地，所述陀螺仪的直流电压引脚连接至所述固定梳齿的电信号输入端。进一步地，同一条所述固定梳齿对应两条所述可动梳齿，分别用于提供互为相反方向的阻尼力。本专利技术还提供了一种提高MEMS加速度计抗冲击能力的方法，在阻尼梳齿的可动梳齿和固定梳齿上加载电信号以产生适于两者相吸的静电力，所述可动梳齿适于在所述静电力作用下产生形变，以使所述可动梳齿较形变前更靠近所述固定梳齿。进一步地，设置限位结构，通过所述限位结构限定所述可动梳齿靠近与其对应的所述固定梳齿的极限位置。进一步地，所述限位结构加载与所述可动梳齿相同的电信号。进一步地，所述可动梳齿包括第一部分和第二部分，所述第一部分相对于所述第二部分更接近相对应的所述固定梳齿，所述第二部分用于与所述限位结构相配合，以限定所述可动梳齿靠近与其对应的所述固定梳齿的极限位置。进一步地，所述固定梳齿加载直流电压。进一步地，所述MEMS加速度计与陀螺仪同时被装置应用时，所述固定梳齿加载的直流电压与所述陀螺仪共用。进一步地，所述MEMS加速度计和所述陀螺仪被设置在同一封装内。进一步地，将所述陀螺仪的直流电压引脚连接至所述固定梳齿的电信号输入端。进一步地，设置同一条所述固定梳齿对应两条所述可动梳齿，分别用于提供互为相反方向的阻尼力。技术效果：本专利技术的MEMS加速度计及其提高抗冲击能力的方法，相比于现有技术，在不新增芯片面积的前提下，利用现有阻尼梳齿进一步提高了MEMS加速度计的抗冲击能力；同时可以弥补加工工艺极限对于梳齿间距的限制，为工艺制程提供了更宽的工艺窗口；整体方案易于实现。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是梳齿间空气阻尼的示意图；图2是本专利技术的一个实施例的MEMS加速度计的结构示意图；图3是本专利技术的一个实施例中阻尼梳齿的可动部分发生形变时的结构示意图；图4是图2的局部放大示意图。具体实施方式在本专利技术的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对专利技术的限制。附图为原理图或者概念图，各部分厚度与宽度之间的关系，以及各部分之间的比例关系等等，与其实际值并非完全一致。图2示出了本专利技术的一个实施例的MEMS加速度计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS加速度计，其特征在于，包括阻尼梳齿，所述阻尼梳齿包括可动梳齿和固定梳齿，在所述可动梳齿和所述固定梳齿上加载电信号以产生适于两者相吸的静电力，所述可动梳齿适于在所述静电力作用下产生形变，以使所述可动梳齿较形变前更靠近所述固定梳齿。/n

【技术特征摘要】
1.一种MEMS加速度计，其特征在于，包括阻尼梳齿，所述阻尼梳齿包括可动梳齿和固定梳齿，在所述可动梳齿和所述固定梳齿上加载电信号以产生适于两者相吸的静电力，所述可动梳齿适于在所述静电力作用下产生形变，以使所述可动梳齿较形变前更靠近所述固定梳齿。


2.如权利要求1所述的MEMS加速度计，其特征在于，还包括限位结构，所述限位结构用于避免所述可动梳齿与所述固定梳齿相接触。


3.如权利要求2所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述限位结构加载与所述可动梳齿相同的电信号。


4.如权利要求2所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述可动梳齿包括第一部分和第二部分，所述第一部分相对于所述第二部分更接近所述固定梳齿，所述第二部分用于与所述限位结构相配合，以避免所述可动梳齿与所述固定梳齿相接触。


5.如权利要求1所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述固定梳...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹波，郭梅寒，
申请(专利权)人：深迪半导体上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31