基于单质量块的三轴加速度计制造技术

本发明专利技术公开了一种三轴加速度计，其包括：基板；固定设置于所述基板上的锚块；固定设置于基板上的第一X轴电极、第二X轴电极、第一Y轴电极、第二Y轴电极、第一Z轴电极和第二Z轴电极；悬置于所述基板上方的框架，其包括相对设置的第一梁柱和第二梁柱，第一梁柱形成第三Z轴电极，第二梁柱形成第四Z轴电极；悬置于所述基板上方的质量块，所述质量块上形成有第三X轴电极和第三Y轴电极；和弹性连接组件，被配置的弹性连接于所述锚块、所述连接梁以及所述质量块上。本发明专利技术的三轴加速度计只需要一个质量块，就可以实现三个轴的高精度加速度检测，尤其是可以对Z轴提供全差分检测信号，大大的提高了检测精度。

【技术实现步骤摘要】
基于单质量块的三轴加速度计
本专利技术涉及MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)领域，尤其是涉及一种基于单质量块的三轴加速度计。
技术介绍
MEMS加速度计作为一种运动传感器被普遍应用，与常规的加速度计相比，具有体积小、重量轻、功耗小、成本低、可靠性好、易集成、过载能强、可批量生产等优点，现已成为加速度计的主要发展方向之一，可以广泛地运用于航空航天、汽车工业、工业自动化及机器人等领域。常见的MEMS加速度计的工作原理是基于牛顿的经典力学，一般由敏感质量块、固定支架和检测电路三部分组成。质量块借助于一个或多个弹性元件附于固定支架上，当有外部加速度输入时，敏感质量块在惯性力的作用下发生位移，位移的变化大小和方向与输入加速度的大小和方向有着确定的对应关系，而该位移会引起某些相关物理量(电容、压力、电阻、谐振频率等)发生相应变化，故倘若能通过检测电路将这些物理量的变化转化为容易测量的电学量，比如电压、电流、频率等，就可以测得质量块位移变化的情况，从而间接获取待测加速度的信息。另外，根据测得的加速度，经过一次积分运算可得到敏感质量块的速度，经过二次积分运算就可得到敏感质量块运动的距离。然而，目前常用的都是利用一个质量块来测量两个轴的加速度，即便有的可以利用一个质量块来测量三个轴的加速度，但是其中对于Z轴的检测精度很低。因此，有必要提供一种新的改进方案来克服上述问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种三轴加速度计，其基于一个质量块可以提供三个轴的高精度加速度检测。为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种三轴加速度计，其包括：基板；固定设置于所述基板上的锚块；固定设置于所述基板上的第一X轴电极、第二X轴电极、第一Y轴电极、第二Y轴电极、第一Z轴电极和第二Z轴电极；悬置于所述基板上方的框架，其包括相对设置的第一梁柱和第二梁柱、连接第一梁柱和第二梁柱的连接梁，第一梁柱形成第三Z轴电极，第二梁柱形成第四Z轴电极，其中第一Z轴电极和第三Z轴电极相对设置以形成第一Z轴电容，第二Z轴电极和第四Z轴电极相对设置以形成第二Z轴电容；悬置于所述基板上方的质量块，所述质量块上形成有第三X轴电极和第三Y轴电极，其中第一X轴电极和第三X轴电极相对设置以形成第一X轴电容，第二X轴电极和第三X轴电极相对设置以形成第二X轴电容，第一Y轴电极和第三Y轴电极相对设置以形成第一Y轴电容，第二Y轴电极和第三Y轴电极相对设置以形成第二Y轴电容；和弹性连接组件，被配置的弹性连接于所述锚块、所述连接梁以及所述质量块上。在一个优选的实施例中，所述框架、所述质量块、所述弹性连接组件以及所述锚块一起形成质量块电极。在一个优选的实施例中，在X轴上具有加速度时，所述弹性连接组件弹性形变，所述质量块沿X移动，第一X轴电极和第三X轴电极之间的间隙变化导致第一X轴电容变化，第二X轴电极和第三X轴电极之间的间隙变化导致第二X轴电容变化，第一X轴电容和第二X轴电容变化相反，通过检测所述第一X轴电容和第二X轴电容的变化差，进而检测得到X轴上的加速度，在Y轴上具有加速度时，所述弹性连接组件弹性形变，所述质量块沿Y移动，第一Y轴电极和第三Y轴电极之间的间隙变化导致第一Y轴电容变化，第二Y轴电极和第三Y轴电极之间的间隙变化导致第二Y轴电容变化，通过检测所述第一Y轴电容和第二Y轴电容的变化差，进而检测得到Y轴上的加速度，在Z轴上具有加速度时，所述弹性连接组件弹性形变，所述质量块沿Z轴移动，带动所述框架转动，第一Z轴电极和第三Z轴电极之间的间隙变大或变小导致第一Z轴电容变小或变大，第二Z轴电极和第四Z轴电极之间的间隙变小或变大导致第二Z轴电容变大或变小，通过检测所述第一Z轴电容和所述第二Z轴电容的变化差，进而检测得到Z轴上的加速度。相对于现有技术，本专利技术的三轴加速度计只需要一个质量块，就可以实现三个轴的高精度加速度检测，尤其是可以对Z轴提供全差分检测信号，大大的提高了检测精度。关于本专利技术的其他目的，特征以及优点，下面将结合附图在具体实施方式中详细描述。【附图说明】结合参考附图及接下来的详细描述，本专利技术将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中：图1为本专利技术中的三轴加速度计在一个实施例中的俯视结构示意图；图2为本专利技术中的三轴加速度计沿图1中的剖面线A-A的剖视结构示意图；图3为图1中的三轴加速度计的部分结构的放大示意图；图4为图3中的三轴加速度计的进一步放大的示意图；图5为本专利技术中的三轴加速度计在X轴上有加速度时在预定时刻的结构示意图；图6为本专利技术中的三轴加速度计在Y轴上有加速度时在预定时刻的结构示意图；图7为本专利技术中的三轴加速度计在Z轴上有加速度时在预定时刻的结构示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本专利技术至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。本专利技术中的“多个”、“若干”表示两个或两个以上。本专利技术中的“和/或”表示“和”或者“或”。本专利技术提供一种三轴加速度计，该三轴加速度计基于一个质量块可以提供三个轴的高精度加速度检测。图1为本专利技术中的三轴加速度计在一个实施例中的俯视结构示意图。图2为本专利技术中的三轴加速度计沿图1中的剖面线A-A的剖视结构示意图。图3为图1中的三轴加速度计的部分结构的放大示意图。图4为图3中的三轴加速度计的进一步放大的示意图。如图1-2所示的，所述三轴加速度计100，其包括：基板10；固定设置于所述基板10上的第一锚块1a和第二锚块1b；固定设置于所述基板10上的第一X轴电极3a、第二X轴电极3b、第一Y轴电极4a、第二Y轴电极4b、第一Z轴电极6a和第二Z轴电极6b；悬置于所述基板10上方的框架60，其包括相对设置的第一梁柱61和第二梁柱62、连接第一梁柱和第二梁柱的第一连接梁63和第二连接梁64，第一梁柱61形成第三Z轴电极5a，第二梁柱62形成第四Z轴电极5b，其中第一Z轴电极6a和第三Z轴电极5a相对设置以形成第一Z轴电容，第二Z轴电极6b和第四Z轴电极5b相对设置以形成第二Z轴电容；悬置于所述基板10上方的质量块2，其中所述框架60围成一个空间，所述质量块2位于所述框架60中，所述质量块2上形成有第三X轴电极3c和第三Y轴电极4c，其中第一X轴电极3a和第三X轴电极3c相对设置以形成第一X轴电容，第二X轴电极3b和第三X轴电极3c相对设置以形成第二X轴电容，第一Y轴电极4a和第三Y轴电极4c相对设置形成以第一Y轴电容，第二Y轴电极4b和第三Y轴电极4c相对设置形成以第二Y轴电容；和第一弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三轴加速度计，其特征在于，其包括：/n基板；/n固定设置于所述基板上的锚块；/n固定设置于所述基板上的第一X轴电极、第二X轴电极、第一Y轴电极、第二Y轴电极、第一Z轴电极和第二Z轴电极；/n悬置于所述基板上方的框架，其包括相对设置的第一梁柱和第二梁柱、连接第一梁柱和第二梁柱的连接梁，第一梁柱形成第三Z轴电极，第二梁柱形成第四Z轴电极，其中第一Z轴电极和第三Z轴电极相对设置以形成第一Z轴电容，第二Z轴电极和第四Z轴电极相对设置以形成第二Z轴电容；/n悬置于所述基板上方的质量块，所述质量块上形成有第三X轴电极和第三Y轴电极，其中第一X轴电极和第三X轴电极相对设置以形成第一X轴电容，第二X轴电极和第三X轴电极相对设置以形成第二X轴电容，第一Y轴电极和第三Y轴电极相对设置以形成第一Y轴电容，第二Y轴电极和第三Y轴电极相对设置以形成第二Y轴电容；和/n弹性连接组件，被配置的弹性连接于所述锚块、所述连接梁以及所述质量块上。/n

【技术特征摘要】
1.一种三轴加速度计，其特征在于，其包括：
基板；
固定设置于所述基板上的锚块；
固定设置于所述基板上的第一X轴电极、第二X轴电极、第一Y轴电极、第二Y轴电极、第一Z轴电极和第二Z轴电极；
悬置于所述基板上方的框架，其包括相对设置的第一梁柱和第二梁柱、连接第一梁柱和第二梁柱的连接梁，第一梁柱形成第三Z轴电极，第二梁柱形成第四Z轴电极，其中第一Z轴电极和第三Z轴电极相对设置以形成第一Z轴电容，第二Z轴电极和第四Z轴电极相对设置以形成第二Z轴电容；
悬置于所述基板上方的质量块，所述质量块上形成有第三X轴电极和第三Y轴电极，其中第一X轴电极和第三X轴电极相对设置以形成第一X轴电容，第二X轴电极和第三X轴电极相对设置以形成第二X轴电容，第一Y轴电极和第三Y轴电极相对设置以形成第一Y轴电容，第二Y轴电极和第三Y轴电极相对设置以形成第二Y轴电容；和
弹性连接组件，被配置的弹性连接于所述锚块、所述连接梁以及所述质量块上。


2.根据权利要求1所述的三轴加速度计，其特征在于，所述框架、所述质量块、所述弹性连接组件以及所述锚块一起形成质量块电极。


3.根据权利要求1所述的三轴加速度计，其特征在于，
在X轴上具有加速度时，所述弹性连接组件弹性形变，所述质量块沿X移动，第一X轴电极和第三X轴电极之间的间隙变化导致第一X轴电容变化，第二X轴电极和第三X轴电极之间的间隙变化导致第二X轴电容变化，第一X轴电容和第二X轴电容变化相反，通过检测所述第一X轴电容和第二X轴电容的变化差，进而检测得到X轴上的加速度，
在Y轴上具有加速度时，所述弹性连接组件弹性形变，所述质量块沿Y移动，第一Y轴电极和第三Y轴电极之间的间隙变化导致第一Y轴电容变化，第二Y轴电极和第三Y轴电极之间的间隙变化导致第二Y轴电容变化，通过检测所述第一Y轴电容和第二Y轴电容的变化差，进而检测得到Y轴上的加速度，
在Z轴上具有加速度时，所述弹性连接组件弹性形变，所述质量块沿Z轴移动，带动所述框架转动，第一Z轴电极和第三Z轴电极之间的间隙变大或变小导致第一Z轴电容变小或变大，第二Z轴电极和第四Z轴电极之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋乐跃，赵阳，
申请(专利权)人：美新半导体无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32