一种单芯片六轴传感器及其加速度计制造技术

本实用新型专利技术提供一种单芯片六轴传感器及其加速度计，所述加速度计包括Z轴加速度计。所述Z轴加速度计包括：Z轴质量块，其内定义有第一空间和第二空间；锚点结构，其位于第一空间内；转轴，其位于第一空间内且平行于X/Y轴放置，转轴连接锚点结构和Z轴质量块，Z轴质量块位于转轴一侧的质量与另一侧的质量不同；空气阻尼单元，其位于第二空间内，其包括第一锚点，连接在第一锚点上的若干固定阻尼梳齿，连接在Z轴质量块上的若干可动阻尼梳齿，固定阻尼梳齿和可动阻尼梳齿呈叉指排布。与现有技术相比，本实用新型专利技术通过设计空气阻尼结构，不同刚度的限位器来增强加速度计在低压腔体中的可靠性，降低生产成本和提高集成度。降低生产成本和提高集成度。降低生产成本和提高集成度。

【技术实现步骤摘要】
一种单芯片六轴传感器及其加速度计


[0001]本技术涉及微机械系统
，尤其涉及一种单芯片六轴传感器及其加速度计。

技术介绍

[0002]MEMS(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，即微机电系统)电容式加速度计以其尺寸小，低成本，性能优良，广泛应用于消费电子，物联网，以及工业测量领域。消费电子竞争愈演愈烈，对成本，集成度提出了新的要求，为了达到这一目的，目前的六轴产品(3轴加速度+3轴陀螺仪)由原来加速度计，陀螺仪分别位于两颗独立的芯片上向在同一颗芯片上加工出陀螺仪和加速度计的方式转变，在这个过程中我们会遇到一个问题，那就是气压，加速度计需要较高的气压来增加空气阻尼，通常400mBar左右，提高器件在冲击环境中的可靠性，而陀螺仪则需要较低的气压，通常<5mBar，越小越好。由于这两个腔体同时加工成型，内部压力同增同减，提高两个腔体强力压力差异性，以及如何控制腔体压力为现在工艺中遇到的问题，目前通过采用特殊的封装工艺，以及配合吸气剂的使用来解决这个问题，这样会大大增加生产成本。
[0003]因此，亟需提出一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本技术的目的之一在于提供一种单芯片六轴传感器及其加速度计，其可以解决加速度计在低压条件下，空气阻尼小，抗冲击能力差的问题。
[0005]根据本技术的一个方面，本技术提供一种加速度计，其包括Z轴加速度计，所述Z轴加速度计能够感应到Z轴加速度，所述Z轴加速度计包括：Z轴质量块，其内定义有第一空间和第二空间；锚点结构，其位于所述第一空间内；转轴，其位于所述第一空间内且平行于X轴放置，所述转轴连接所述锚点结构和Z轴质量块，所述Z轴质量块位于所述转轴一侧的质量与所述Z轴质量块位于所述转轴另一侧的质量不同，所述Z轴质量块能够以所述转轴为轴发生跷跷板式运动；空气阻尼单元，其位于所述第二空间内，所述空气阻尼单元包括第一锚点、连接在第一锚点上的若干固定阻尼梳齿以及连接在所述Z轴质量块上的若干可动阻尼梳齿，所述若干固定阻尼梳齿和所述若干可动阻尼梳齿呈叉指排布，以形成若干空气阻尼对；其中，X轴和Y轴相互垂直并且定义了所述Z加速度计的基底所在的平面，Z轴垂直于X轴和Y轴所定义的平面。
[0006]根据本技术的另一个方面，本技术提供一种单芯片六轴传感器，其包括：陀螺仪；加速度计，其封装压力为40mBar～200mBar。所述加速度计包括Z轴加速度计，所述Z轴加速度计能够感应到Z轴加速度，所述Z轴加速度计包括：Z轴质量块，其内定义有第一空间和第二空间；锚点结构，其位于所述第一空间内；转轴，其位于所述第一空间内且平行于X/Y轴放置，所述转轴连接所述锚点结构和Z轴质量块，所述Z轴质量块位于所述转轴一侧的质量与所述Z轴质量块位于所述转轴另一侧的质量不同，所述Z轴质量块能够以所述转轴为
轴发生跷跷板式运动；空气阻尼单元，其位于所述第二空间内，所述空气阻尼单元包括第一锚点、连接在第一锚点上的若干固定阻尼梳齿以及连接在所述Z轴质量块上的若干可动阻尼梳齿，所述若干固定阻尼梳齿和所述若干可动阻尼梳齿呈叉指排布，以形成若干空气阻尼对；其中，X轴和Y轴相互垂直并且定义了所述Z加速度计的基底所在的平面，Z轴垂直于X轴和Y轴所定义的平面。
[0007]与现有技术相比，本技术通过设计空气阻尼结构，不同刚度的限位器来增强加速度计在低压腔体中的可靠性，降低生产成本和提高集成度。
【附图说明】
[0008]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0009]图1为目前市场上的大多数MEMS六轴传感器的剖面示意图；
[0010]图2为一种新型MEMS六轴传感器的剖面示意图；
[0011]图3为本技术在一个实施例中的Z轴加速度计的整体结构示意图；
[0012]图4为本技术在一个实施例中如图3所示的Z轴加速度计的剖面示意图；
[0013]图5为本技术在一个实施例中如图3所示的锚点结构的放大示意图。
【具体实施方式】
[0014]为使本技术的上述目的、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技术作进一步详细的说明。
[0015]此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
[0016]在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0017]在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”“耦接”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0018]请参考图1所示，其为目前市场上的大多数MEMS六轴传感器的剖面示意图，图1所示的MEMS六轴传感器1，即三轴加速度计和三轴陀螺仪采用分别加工，然后组装在一起，六轴传感器1内部包括分立的加速度计2，以及分立的陀螺仪3，还包括信号处理电路4，最后采
用塑封料5通过注塑的方式将这三颗芯片组装在一起，形成最终产品。
[0019]分立的加速度计2，陀螺仪3的芯片在面积上大于单芯片集成的MEMS六轴芯片，除此之外，还需要额外的组装步骤，比如多次装片，多次打线。在消费电子竞争激烈的环境下，逐渐失去其竞争力。
[0020]取而代之的是如图2所示的新型MEMS六轴传感器6，其采用单芯片集成的MEMS六轴芯片7，芯片7内部有同时加工出的加速度计10，陀螺仪12，以及对应的空气腔体，为了使加速度计的腔体9内部压力大于陀螺仪的腔体11，腔体9往往小于腔体11，如何提升腔体9内部压强而不增加腔体11的压强为目前行业所遇到的急切问题。目前为了控制腔体11在一个比较低的水平，不得不牺牲腔体9的压强，通常腔体9内的压强只有40～2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加速度计，其特征在于，其包括Z轴加速度计，所述Z轴加速度计能够感应到Z轴加速度，所述Z轴加速度计包括：Z轴质量块，其内定义有第一空间和第二空间；锚点结构，其位于所述第一空间内；转轴，其位于所述第一空间内且平行于X或Y轴放置，所述转轴连接所述锚点结构和Z轴质量块，所述Z轴质量块位于所述转轴一侧的质量与所述Z轴质量块位于所述转轴另一侧的质量不同，所述Z轴质量块能够以所述转轴为轴发生跷跷板式运动；空气阻尼单元，其位于所述第二空间内，所述空气阻尼单元包括第一锚点、连接在第一锚点上的若干固定阻尼梳齿以及连接在所述Z轴质量块上的若干可动阻尼梳齿，所述若干固定阻尼梳齿和所述若干可动阻尼梳齿呈叉指排布，以形成若干空气阻尼对；其中，X轴和Y轴相互垂直并且定义了所述Z轴加速度计的基底所在的平面，Z轴垂直于X轴和Y轴所定义的平面。2.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述Z轴加速度计还包括第一Z轴检测电极和第二Z轴检测电极，所述第一Z轴检测电极和第二Z轴检测电极位于所述Z轴质量块的下方且设置于所述转轴的两侧；当感应到Z轴加速度输入时，会使得所述Z轴质量块以所述转轴为轴发生跷跷板式运动，所述第一Z轴检测电极检测与所述Z轴质量块的距离变化，第二Z轴检测电极检测与所述Z轴质量块的距离变化。3.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述空气阻尼单元临近所述转轴分布，所述固定阻尼梳齿和所述可动阻尼梳齿平行于转轴，所述空气阻尼单元为四个，其中，两个所述空气阻尼单元位于所述锚点结构的X轴方向的一侧，且分别位于所述转轴的Y轴方向的两侧；另外两个所述空气阻尼单元位于所述锚点结构的X轴方向的另一侧，且分别位于所述转轴的Y轴方向的两侧；四个所述空气阻尼单元整体关于X轴和Y轴对称分布。4.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述锚点结构包括第二锚点、缓冲梁和蛇形梁，所述缓冲梁连接所述第二锚点和所述转轴；所述蛇形梁位于所述第二锚点远离所述转轴的一侧，且所述蛇形梁的一端与所述第二锚点相连，其另一端靠近所述Z轴质量块。5.根据权利要求4所述的加速度计，其特征在于，所述蛇形梁在靠近所述Z轴质量块的另一端设计有第一碰撞限位结构；所述第一碰撞限位结构在沿Y轴靠近所述Z轴质量块的方向上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘尧，凌方舟，蒋乐跃，苏云鹏，
申请(专利权)人：美新半导体无锡有限公司，
类型：新型
国别省市：