MEMS电容式加速度计及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种MEMS电容式加速度计及其制备方法，包括基底、质量块、悬臂梁、第一电极层和第二电极层；所述质量块设置于所述基底的上方，且所述质量块与所述基底之间形成预设距离；所述悬臂梁倾斜设置；所述悬臂梁的第一端与所述基底固定连接，所述悬臂梁的第二端与所述质量块固定连接，且所述悬臂梁与所述基底之间形成预设夹角；所述基底朝向所述质量块的一侧设置有第一电极层，所述质量块朝向所述基底的一侧设置有与第一电极层相对应的第二电极层。本发明专利技术的一个技术效果在于，结构设计合理，有助于实现MEMS电容式加速度计的微型化设计，还有助于保证MEMS电容式加速度计安全、稳定的工作。工作。工作。

【技术实现步骤摘要】
MEMS电容式加速度计及其制备方法


[0001]本专利技术属于微机电
，具体涉及一种MEMS电容式加速度计及其制备方法。

技术介绍

[0002]MEMS(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，微机电系统)电容式加速度计通常采用弹性梁
‑
质量块结构，在惯性加速度作用下，弹性梁形变，质量块发生位移，质量块与临近电极板的间距改变，二者组成的电容器的电容值改变，进而将加速度信号转化为电容信号输出。MEMS电容式加速度计因其功耗低、灵敏度较高、制作工艺相对简单以及良好的可集成性成为目前中、高精度MEMS加速度计产品的主要形式。
[0003]为了追求高灵敏度的性能需求，弹性梁被设计的越来越长，从而在同等加速度下获得更大的形变，质量块的面积被设计的越来越来大，从而在同样的加速度下获得更大的电容变化量。以上两种增大灵敏度的设计，导致弹性梁
‑
质量块结构的平面面积增大，整体尺寸增大，影响了MEMS加速度计的微型化。另外，为获得较大的输出电容变化量，通常将质量块上的电极与临近电极的间距减小，在外界加速度过大时，两块电极板可能发生静电吸合效应，加速度计无法正常工作。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种MEMS电容式加速度计及其制备方法的新技术方案。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了根据本申请的第一方面，包括：
[0006]基底；<br/>[0007]质量块，所述质量块设置于所述基底的上方，且所述质量块与所述基底之间形成预设距离；
[0008]悬臂梁，所述悬臂梁倾斜设置；所述悬臂梁的第一端与所述基底固定连接，所述悬臂梁的第二端与所述质量块固定连接，且所述悬臂梁与所述基底之间形成预设夹角；
[0009]第一电极层和第二电极层，所述基底朝向所述质量块的一侧设置有第一电极层，所述质量块朝向所述基底的一侧设置有与第一电极层相对应的第二电极层。
[0010]可选地，MEMS电容式加速度计还包括底盘，所述底盘固定设置于所述基底，所述悬臂梁的第一端固定设置于所述底盘。
[0011]可选地，两根所述悬臂梁对称设置于所述质量块的相对两侧。
[0012]可选地，MEMS电容式加速度计还包括第一保护层；
[0013]在两根悬臂梁的第二端之间连接有第一保护层，所述第一保护层的上表面设置所述质量块；
[0014]在所述第一保护层的下表面设置所述第二电极层。
[0015]可选地，MEMS电容式加速度计还包括第二保护层；
[0016]在所述质量块的侧表面以及上表面分别覆盖所述第二保护层。
[0017]可选地，所述底盘、所述悬臂梁、所述第一保护层为一体成型。
[0018]可选地，所述预设角度为30
°‑
60
°
。
[0019]根据本申请的第二方面，提供一种MEMS电容式加速度计的制备方法，用于制备上述的MEMS电容式加速度计，包括如下步骤：
[0020]步骤S100，选取N型硅片作为衬底材料，在衬底材料的第一表面形成凹槽；
[0021]步骤S200，在所述凹槽相对的侧壁上制作悬臂梁；在所述凹槽的底壁上制作第一保护层；在所述衬底材料的第一表面制作与悬臂梁连接的底盘；
[0022]步骤S300，在所述第一保护层远离所述衬底材料的一侧设置第二电极层；
[0023]步骤S400，对所述衬底材料的第二表面进行刻蚀并刻蚀至所述第一保护层以形成通孔，所述通孔围设构成质量块；在所述通孔内以及质量块远离第一保护层的表面覆盖第二保护层；
[0024]步骤S500，选取玻璃作为基底，在所述基底的表面制作第一电极层；
[0025]步骤S600，将所述底盘固定于基底，且所述第一电极层与所述第二电极层相对设置，并通过刻蚀使第二保护层、悬臂梁、底盘露出。
[0026]可选地，在步骤S500中，选用300μm厚的玻璃作为基底，通过光刻和磁控溅射的方式在基底的表面制备第一电极层。
[0027]可选地，所述第一保护层、所述悬臂梁、所述底盘的材质均为二氧化硅，所述第二保护层的材质为二氧化硅或硅酸乙酯，在步骤S600中，通过KOH溶液腐蚀衬底材料，以露出第二保护层、悬臂梁、底盘。
[0028]本专利技术的一个技术效果在于：
[0029]在本申请实施例中，质量块设置于基底的上方，且质量块与基底之间形成预设距离，基底朝向质量块的一侧设置有第一电极层，质量块朝向基底的一侧设置有第二电极层，从而使得质量块在朝向/背离基底运动时，第一电极层和第二电极层组成的电容器的电容值改变，进而将加速度信号转化为电容信号输出，实现了对加速度的测量。悬臂梁倾斜设置，悬臂梁的第一端与基底固定连接，悬臂梁的第二端与质量块固定连接，且悬臂梁与基底之间形成预设夹角，悬臂梁能够稳定地支撑在质量块和基底之间。一方面，由于悬臂梁在水平面的投影长度小于悬臂梁自身的长度，在保证悬臂梁的尺寸以及电容器结构的正对面积不变的情况下，有效地减小了MEMS电容式加速度计在水平面内的整体尺寸，实现了MEMS电容式加速度计的微型化。另一方面，当外界加速度过大时，悬臂梁能够在竖直方向较好地支撑质量块，有效地防止第二电极层朝向第一电极层过度运动，从而避免第一电极层与第二电极层之间发生静电吸合效应，为MEMS电容式加速度计提供过载保护，有助于保证MEMS电容式加速度计稳定的工作。
[0030]因此，该MEMS电容式加速度计结构设计合理，有助于实现MEMS电容式加速度计的微型化设计，还有助于保证MEMS电容式加速度计安全、稳定的工作。
附图说明
[0031]图1为本专利技术一实施例的一种MEMS电容式加速度计的俯视图；
[0032]图2为图1中沿A
‑
A方向的剖面图；
[0033]图3为本专利技术一实施例的一种MEMS电容式加速度计的在衬底材料的第一表面形成
凹槽的示意图；
[0034]图4为本专利技术一实施例的一种MEMS电容式加速度计的在衬底材料上形成底盘、悬臂梁、和第一保护层的示意图；
[0035]图5为本专利技术一实施例的一种MEMS电容式加速度计的在第一保护层上形成第二电极层的示意图；
[0036]图6为本专利技术一实施例的一种MEMS电容式加速度计的在衬底材料上形成通孔的示意图；
[0037]图7为本专利技术一实施例的一种MEMS电容式加速度计的第二保护层的示意图；
[0038]图8为本专利技术一实施例的一种MEMS电容式加速度计的基底和第一电极层的示意图；
[0039]图9为本专利技术一实施例的一种MEMS电容式加速度计的底盘固定于基底的示意图。
[0040]图中：1、基底；2、粘接层；3、底盘；4、悬臂梁；5、第一电极层；6、第二电极层；7、第一保护层；8、质量块；9、第二保护层。
具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS电容式加速度计，其特征在于，包括：基底；质量块，所述质量块设置于所述基底的上方，且所述质量块与所述基底之间形成预设距离；悬臂梁，所述悬臂梁倾斜设置；所述悬臂梁的第一端与所述基底固定连接，所述悬臂梁的第二端与所述质量块固定连接，且所述悬臂梁与所述基底之间形成预设夹角；第一电极层和第二电极层，所述基底朝向所述质量块的一侧设置有第一电极层，所述质量块朝向所述基底的一侧设置有与第一电极层相对应的第二电极层。2.根据权利要求1所述的MEMS电容式加速度计，其特征在于，还包括底盘，所述底盘固定设置于所述基底，所述悬臂梁的第一端固定设置于所述底盘。3.根据权利要求2所述的MEMS电容式加速度计，其特征在于，两根所述悬臂梁对称设置于所述质量块的相对两侧。4.根据权利要求3所述的MEMS电容式加速度计，其特征在于，还包括第一保护层；在两根悬臂梁的第二端之间连接有第一保护层，所述第一保护层的上表面设置所述质量块；在所述第一保护层的下表面设置所述第二电极层。5.根据权利要求4所述的MEMS电容式加速度计，其特征在于，还包括第二保护层；在所述质量块的侧表面以及上表面分别覆盖所述第二保护层。6.根据权利要求4所述的MEMS电容式加速度计，其特征在于，所述底盘、所述悬臂梁、所述第一保护层为一体成型。7.根据权利要求1所述的MEMS电容式加速度计，其特征在于，所述预设角度为30
°‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：李维平，兰之康，
申请(专利权)人：南京高华科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：