电容Z轴加速度计制造技术

公开了一种电容ｚ轴加速度计，包括固定电极、可移动电极和支撑梁。固定电极具有与绝缘板的顶面平行安置的矩形固定电极板。固定电极板经柱使一个位于另一个之上以及安置在绝缘板的电极固定部上。可移动电极具有与固定电极板交错的矩形可移动电极板。可移动电极板经位于贯穿固定电极板的导向孔内的接插件柱一个位于另一个之上。多个支撑梁将可移动电极与梁固定部连接以便弹性支撑可移动电极。电容ｚ轴加速度计能与ｘ和ｙ轴加速度计一起集成为单个芯片，最大化电容的变化以便实现良好的加速度灵敏度，以及利用低成本的放大器和过滤器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电容加速度计，更具体地说，涉及能与x和y轴加速度计一起集成为单个芯片并最小化电容变化以便实现z轴方向中的良好的加速度灵敏度以及利用低成本的放大器和过滤器的电容z轴加速度计。
技术介绍
加速度计被称为微型机电系统(MEMS)设备。MEMS设备表示受电控制和测量的微刻度机械设备，其中MEMS是用于通过半导体工艺，制造机械和电子设备的技术。当前正在开发能测量加速度的各种加速度计，以及用在车辆气囊系统、防抱死制动系统(ABS)和一般振动计中。加速度计主要通过半导体工艺制作，以及划分成压电、压阻和电容加速度度。压电加速度计由于其难以在没有静电特性的情况下，配制良好属性的薄膜，因此在商业正在退步。另外，压阻加速度计根据温度变化，显示出难以补偿的各种特性变化。因此，当前技术趋势倾向于电容加速度计。电容加速度计具有非常良好的特性电容加速度计显示根据温度变化的很小程度的特性变化，允许高完整性的场效应晶体管构成信号处理电路而没有另外的处理，以及能以低成本制作。图1示意性地示例说明典型的加速度计。如图1所示，传统的电容加速度计1包括作为可移动结构的浮动主体(floating mass)10、充当机械刚度(mechanical stiffness)的弹簧的悬梁(suspension beam)，用于弹性支撑主体10的两端、从主体10延伸到图中所见的两侧对称结构中的多个可移动电极指(electrode finger)12和14、固定到两个电极固定部件030a和30b上以及与可移动电极12和14分开预定间隙的多个固定电极指32和34以及用于将悬梁22和24固定到绝缘板的底部的梁固定部20a和20b。可移动电极指12和143用来维持离固定电极指32和34的固定间隙，除非从外部施加任何加速度以便保持电容的预定值。标记19表示用于通过其引入蚀刻液的蚀刻孔。在将外力施加到加速度计1上后，在力的方向或y轴方向(即图中所见的垂直方向)中移动主体10，在y方向中推动固定到其上的可移动电极指12和14。这从而增加和减小从可移动电极指12和14到固定电极指32和34的间隙g1和g2，表示主体10的位移。这改变可移动电极指12和14与固定电极指32和34间的电容。根据施加到固定电极指32和34上的读出电压，电容的变化感应为进入可移动电极指12和14中的电流，以及将该电流转换成电压，然后用连接到可移动电极指12和14的放大器(未示出)放大以便能测量外部加速度。为通过加速度计测量相对于x、y和z轴的外部加速度，水平放置两个这种类型的加速度计以便能在x和y轴方向中移动主体10，以及垂直安置这种类型的第三加速度计，以便通过在z轴方向中主体100的移动来测量z轴加速度。这种结构的问题在于因为垂直z轴加速度计与x和y轴加速度一起，增加了占用大的空间的总的高度，使得总体积增加。如果降低z轴加速度计1的高度以便减小整体结构，可移动和固定电极指12、14、32和34间的电容变化变得极其小。因此，为检测和将电容变化的痕量(trace amount)转换成电压，有必要在加速度计1附近提供高放大率的放大器、解调器和高性能过滤器。然而，这会使加速度计的整体结构变得复杂同时增加了制作成本。此外，因为也一起放大输入信号中的噪声分量，更高放大率产生包含更多噪声和非线性分量的输出信号，从而进一步恶化加速度的性能。
技术实现思路
因此，已经做出了本专利技术来解决现有技术的上述问题。本专利技术的目的是提供能与x和y轴加速度计一起集成为单个芯片的电容z轴加速度计，从而降低传感器的大小，最小化电容变化以便在z轴方向中具有良好的加速度灵敏度，降低通过放大器放大的信号同时减小包含在信号中的噪声分量的放大以便防止恶化传感器的灵敏度，以及利用低成本放大器和过滤器。根据用于实现该目的的本专利技术的方面，提供一种电容z轴加速度计，包括固定电极，具有与绝缘板的顶面平行安置的至少两个矩形固定电极板，固定电极板经多个柱使一个位于另一个之上以及安置在绝缘板的电极固定部上；可移动电极，具有与固定电极板交错的至少两个矩形可移动电极板，可移动电极板经位于贯穿固定电极板的导向孔内的多个接插件柱一个位于另一个之上；以及多个支撑梁，用于将可移动电极与分别安置在可移动电极的两端附近的梁固定部连接，以便弹性支撑可移动电极。最好，固定电极板经多个柱，以恒定间隙使一个位于另一个之上。最好，可移动电极板经用于将可移动电极板连接在一起的多个接插件柱，以恒定间隙使一个位于另一个之上。最好，可移动电极板的每一个包括具有小于每一个固定电极板的面积的矩形板。最好，支撑梁的每一个包括用于连接可移动电极板的最上一个和最下一个的两端的预定长度的弹性构件。最好，通过蚀刻孔贯穿固定和可移动电极板以及支撑板，蚀刻孔用于引入用于牺牲层形成的蚀刻液，以便允许可移动电极的z轴位移。另外，本专利技术的电容z轴加速度计可以进一步包括从固定电极板或可移动电极板延伸的至少一个突起，以便在可移动板变形中接触固定和可移动电极板的相邻的一个。最好，突起是圆锥形以便执行与固定和可移动电极板的相邻和相应一个的点接触。最好，突起是半圆柱形，以便执行与固定和可移动电极板的相邻和相应一个的线接触。根据用于实现该目的的本专利技术的另一方面，提供一种电容z轴加速度计，包括第一和第二固定电极，每个具有与绝缘板的顶面平行安置的至少两个矩形固定电极板，固定电极板经多个柱使一个位于另一个之上，以及安置在绝缘板的电极固定部上；第一和第二可移动电极，每个具有与固定电极板交错的至少两个矩形可移动电极板，可移动电极板经位于贯穿固定电极板的导向孔内的多个接插件柱，使一个位于另一个之上；以及多个支撑梁，用于连接可移动电极和分别安置在可移动电极的外端附近以及可移动电极间的梁固定部，以便弹性支撑可移动电极。最好，与第一和第二可移动电极弹性连接的支撑梁具有彼此不同的高度以便相对于z轴位移的电容变化具有相反的极性。最好，可移动电极板的每一个包括具有小于每个固定电极板的面积的矩形板。最好，支撑梁的每一个包括用于连接可移动电极板的最上一个和最下一个的两端的预定长度的弹性构件。最好，通过蚀刻孔贯穿固定和可移动电极板以及支撑板，蚀刻孔用于引入用于牺牲层形成的蚀刻液，以便允许可移动电极的z轴位移。另外，电容z轴加速度计可以进一步包括从固定电极板或可移动电极板延伸的至少一个突起，以便在可移动板变形中接触固定和可移动电极板的相邻的一个。最好，突起是圆锥形以便执行与固定和可移动电极板的相邻和相应一个的点接触。最好，突起是半圆柱形，以便执行与固定和可移动电极板的相邻和相应一个的线接触。附图说明从下述结合附图的详细描述，将更清楚地理解本专利技术的上述和其他目的、特征和其他优点，其中图1示意性地示例说明典型的加速度计；图2是根据本专利技术的电容z轴加速度计的透视图；图3A是图2中的电容z轴加速度计的平面图；图3B是图2中的电容z轴加速度计的侧正视图；图3C是沿线A-A′所获得的图2中的电容z轴加速度计的纵向截面图；图4A是沿图3B中的线B-B′所获得的平面图；图4B是沿图3B中的线C-C′所获得的平面图；图5是根据本专利技术，具有蚀刻孔的电容z轴加速度计的侧正视图；图6是根据本专利技术，具有突起的电容z轴加速度计的侧正视图；图7A和7B是根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容ｚ轴加速度计，包括：固定电极，具有与绝缘板的顶面平行安置的至少两个矩形固定电极板，所述固定电极板经多个柱使一个位于另一个之上以及安置在所述绝缘板的电极固定部上；可移动电极，具有与所述固定电极板交错的至少两个矩形可移动 电极板，所述可移动电极板经位于贯穿所述固定电极板的导向孔内的多个接插件柱一个位于另一个之上；以及多个支撑梁，用于将所述可移动电极与分别安置在邻近所述可移动电极的两端的梁固定部连接，以便弹性支撑所述可移动电极。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朴晧埈，蔡敬洙，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]