CN101907637A - 三轴差分加速度计及其制作方法 - Google Patents
三轴差分加速度计及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101907637A CN101907637A CN 201010212955 CN201010212955A CN101907637A CN 101907637 A CN101907637 A CN 101907637A CN 201010212955 CN201010212955 CN 201010212955 CN 201010212955 A CN201010212955 A CN 201010212955A CN 101907637 A CN101907637 A CN 101907637A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- silicon
- moving electrode
- mass
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 71
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 70
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 70
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 20
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 15
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 4
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 claims description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 22
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 8
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
本发明涉及一种三轴差分加速度计及其制作方法，该三轴差分加速度计是通过两个硅晶片生成各必需的结构层，然后再键合相连而集成在一起，具有灵敏度高、性能良好的优点，且其制作方法也简单方便。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种检测加速度值的加速度计及其制作方法，尤其涉及一种能检测三个轴方向的差分加速度计及其制作方法。
【背景技术】
加速度计，既加速度感应器，是一种能够测量加速力的电子设备。加速度感应器主要应用在位置感应、位移感应或者运动状态感应等。如，在手机上使用加速度感应器，就可以探测到手机的放置状态，是平放还是倾斜等，根据状态启动不同的程序以达到某种效果，再如，可应用到笔记本电脑上，来探测笔记本的移动状况，并根据这些数据，系统会智能地选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害，最大程度的保护里面的数据。另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。
加速度计主要包括双轴加速度计和三轴加速度计，双轴加速度计检测X轴和Y轴方向的加速度值，三轴加速度计检测X轴、Y轴和Z轴三个方向的加速度值。相关三轴加速度计一般在一个硅晶片上生成，通过多次沉淀以生成所需的多个结构层。然而，多次沉淀将会增加工艺难度、而且会影响产品的性能。
【发明内容】
本发明需解决的技术问题是提供一种性能良好的三轴差分加速度计。
根据上述的技术问题，设计了一种三轴差分加速度计，其包括：
第一硅基底；
质量块，其通过与弹性元件相连而悬置于第一硅基底之上，且平行于第一硅基底以及被弹性元件支承在平行于第一硅基底的方向上运动，所述弹性元件与第一硅基底固定连接；
第一动电极，其由质量块周边延伸而出、呈梳齿状，分布于平行质量块、且相互垂直的第一轴方向和第二轴方向上，第一轴方向上的第一动电极相互平行，第二轴方向上的第一动电极相互平行；
第一固定块，其环绕第一动电极四周、并固定连接在第一硅基底上；
第一静电极，其由第一固定块延伸而出、呈梳齿状，每一第一静电极介于相邻的第一动电极之间，与第一动电极平行相对；
第二硅基底；
第二静电极，其固定于第二硅基底上；
第二动电极，其与第二静电极平行相对，且间隔一定距离；
第二固定框架，设有与第二动电极相连，以将第二动电动悬置于第二固定框架内的中间肋条；
绝缘层，其在垂直于第一轴方向和第二轴方向的第三轴方向上、位于第一固定块和第二固定框架之间；
第一固定块与第二固定框架均与绝缘层相连，且第二动电极与质量块平行相对且间隔一定距离。
作为本发明进一步改进，所述质量块为方形，第一动电极分布于方形质量块的四侧边。
作为本发明进一步改进，所述弹性元件为四个，分别连接质量块的四个角部。
作为本发明进一步改进，各弹性元件包括两个蜿蜒状的弹性臂，其弹性变形方向分别平行第一轴方向和第二轴方形。
本发明需解决的另一技术问题是提供一种工艺简单、制作方便的制作上述三轴差分加速度计的方法，该制作方法包括：
提供一SOI硅晶片，该SOI硅晶片包括硅衬底层、中间氧化层和参杂硅顶层；
在参杂硅顶层刻蚀，以生成质量块、第一动电极、弹性元件、第一固定块和第一静电极；
释放出部分中间氧化层，以使质量块、第一动电极、弹性元件和第一静电极与硅衬层间隔一定空隙；
在第一固定块上沉淀一绝缘层以作键合使用；
提供一单硅晶片；
在单硅晶片上沉淀一绝缘层，再在绝缘层上沉淀一电极层；
刻蚀掉电极层的边缘以生成所需形状的第二静电极；
在第二静电极上沉淀一牺牲层；
再在牺牲层上沉淀一电极层，刻蚀此电极层，以生成第二固定框架、中间肋条和第二动电极；
释放牺牲层，以使第二动电极及中间肋条与第二静电极间隔一定的空间；
在第二固定框架上沉淀一金属材料以作键合使用；
第二固定框架和绝缘层通过金属层键合相连。
本发明三轴差分加速度计通过两个硅晶片生成各必需的结构层，然后再键合相连而集成在一起，具有灵敏度高、性能良好的优点，且其制作方法也简单方便。
【附图说明】
图1是本发明三轴差分加速度计的立体组合示意图；
图2是本发明三轴差分加速度计的剖视立体图；
图3是本发明三轴差分加速度计的立体分解示意图；
图4是本发明三轴差分加速度计另一视角的立体分解示意图；
图5是本发明第一硅基底及其第一动电极及第一静电极的正面示意图；
图6是本发明第二固定框架及第二动电极的正面示意图；
图7是本发明第二硅基底及第二静电极的正面示意图；
图8是牺牲层的示意图；
图9是本发明三轴差分加速度计制作方法的流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4所示，为本发明三轴差分加速度计1，其可用于检测三个方向的加速度值，三个方向分别为三维空间的X轴、Y轴和Z轴，X轴和Y轴相互垂直，Z轴垂直X轴和Y轴。
该三轴差分加速度计1由两块硅晶片通过键合方式组合而成。其中一硅晶片是SOI硅晶片，另一硅晶片是单硅晶片。在SOI硅晶片上生成X-Y轴向动、静电极，以检测X-Y轴向加速度；在硅单晶片上生成Z向动、静电极，以检测Z轴向加速度。
SOI硅晶片包括三层，底层为硅衬底层、中间为氧化层和顶层为参杂硅层。中间氧化层在制作过程中部分被释放掉，部分未刻释放掉的氧化层和硅衬底层即作为第一硅基底10。参杂硅层作为结构层，用于生成各元器件，结构层包括质量块11，弹性元件12、第一动电极13、第一静电极14和第一固定块15。质量块11与第一硅基底10平行相对，通过与弹性元件12相连而悬置于第一硅基底10之上，弹性元件12支承质量块11在平行于第一硅基底的方向上运动，即质量块被限制在其表面的方向上运动，用以检测X轴方向和Y轴方向的加速度。
如图5所示，该质量块11为方形，包括四侧边，相邻两侧边的方向即为第一轴方向和第二轴方向，第一轴方向和第二轴方向即为我们通俗理解的X轴方向和Y轴方向。
该弹性元件12分别连接方形质量块11的四个角，每个角对应的各弹性元件包括两个蜿蜒状的弹性臂120、121，其弹性变形方向分别平行第一轴方向和第二轴方形，弹性臂一端与质量块的角部相连，一端被固定、连接在第一硅基底上，或固定连接在位于第一硅基底上的固定件122上。
第一动电极13分别由质量块的四侧边延伸而出、呈梳齿状。各侧边呈梳齿状的第一动电极13相互平行且垂直侧边。
第一固定块15固定于第一硅基底上，其环绕第一动电极四周，与质量块四侧边的第一动电极13相对，即第一固定块14包括四个，以分别与质量块11的四侧边相对应。
与第一动电极13形成电容效应的第一静电极14，由第一固定块延伸而出，各个固定块上的第一静电极呈梳齿状，每一第一静电极14介于每两相邻的第一动电极之间，且与第一动电极13平行相对。
该三轴差分加速度计还包括检测Z轴方向(即第三轴方向)的第二动电极、第二静电极、以及其他辅助元件。各元件在单硅晶片上生成。如图4、图6、图7和图8所示，单硅晶片即作为第二硅基底20，在该单硅晶片上分别生成第二静电极21、第二动电极22、第二固定框架23。第二静电极21固定于第二硅基底20上，第二动电极22与第二静电极21平行相对且相隔一定距离，他们之间可通过一牺牲层环24间隔开。第二动电极22悬置于第二固定框架23内，第二固定框架内设有中间肋条230，与第二动电极22相连以将其悬置于第二固定框架23内，并支承第二动电极22在Z轴向方向运动。
为使两个硅晶片在Z轴方向上集成在一起，在第一固定块15及固定件122上增设一绝缘层30，然后，第二固定框架23与绝缘层30键合相连。同样，也可先在第二固定框架23上增设一绝缘层30，第一固定块15再与绝缘层键合相连。
在Z轴方向上，第二动电极22与质量块11平行相对且间隔一定距离。为形成Z轴向电容的差分效应，质量块作为Z轴方向的又一个静电极(另一个静电极为第二静电极)，从而，第二动电极22作为Z轴方向的动电机，位于第二静电极和以质量作11作为第三静电极之间。
本发明在质量块和第二动电机还设有释放孔，以用来中间氧化层和牺牲层，释放孔还有阻尼效应。
如图9所示，上述三轴差分加速度计的制作方法：
提供一SOI硅晶片，该SOI硅晶片包括硅衬底层、中间氧化层和参杂硅顶层；
在参杂硅顶层刻蚀，以生成质量块、第一动电极、弹性元件及固定件、第一固定块和第一静电极；
释放出部分中间氧化层，以使质量块、第一动电极、弹性元件和第一静电极与硅衬层间隔出空隙；
在第一固定块上沉淀一绝缘层以被键合使用；
提供一单硅晶片；
在单硅晶片上沉淀一绝缘层，再在绝缘层上沉淀一电极层；
刻蚀掉电极层的边缘以生成所需形状的第二静电极；
在第二静电极上沉淀一牺牲层；
再在牺牲层上沉淀一电极层，刻蚀此电极层，以生成第二固定框架、中间肋条和第二动电极；
释放牺牲层，以使第二动电极及中间肋条与第二静电极间隔一定的空间；
在第二固定框架上沉淀一金属材料以作键合使用；
第二固定框架与第一固定块上的绝缘层键合相连。
本发明三轴差分加速度计通过两个硅晶片生成各必需的结构层，然后再键合相连而集成在一起，具有灵敏度高、性能良好的优点，且其制作方法也简单方便。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种三轴差分加速度计，其特征在于：所述三轴差分加速度计包括：
第一硅基底；
质量块，其通过与弹性元件相连而悬置于第一硅基底之上，且平行于第一硅基底以及被弹性元件支承在平行于第一硅基底的方向上运动，所述弹性元件与第一硅基底固定连接；
第一动电极，其由质量块周边延伸而出、呈梳齿状，分布于平行质量块、且相互垂直的第一轴方向和第二轴方向上，第一轴方向上的第一动电极相互平行，第二轴方向上的第一动电极相互平行；
第一固定块，其环绕第一动电极四周、并固定连接在第一硅基底上；
第一静电极，其由第一固定块延伸而出、呈梳齿状，每一第一静电极介于相邻的第一动电极之间，与第一动电极平行相对；
第二硅基底；
第二静电极，其固定于第二硅基底上；
第二动电极，其与第二静电极平行相对，且间隔一定距离；
第二固定框架，设有与第二动电极相连，以将第二动电动悬置于第二固定框架内的中间肋条；
绝缘层，其在垂直于第一轴方向和第二轴方向的第三轴方向上、位于第一固定块和第二固定框架之间；
第一固定块与第二固定框架均与绝缘层相连，且第二动电极与质量块平行相对且间隔一定距离。
2.根据权利要求1所述的三轴差分加速度计，其特征在于：所述质量块为方形，第一动电极分布于方形质量块的四侧边。
3.根据权利要求2所述的三轴差分加速度计，其特征在于：所述弹性元件为四个，分别连接质量块的四个角部。
4.根据权利要求3所述的三轴差分加速度计，其特征在于：各弹性元件包括两个蜿蜒状的弹性臂，其弹性变形方向分别平行第一轴方向和第二轴方形。
5.一种权利要求1所述的三轴差分加速度计的制作方法，其特征在于：该制作方法包括：
提供一SOI硅晶片，该SOI硅晶片包括硅衬底层、中间氧化层和参杂硅顶层；
在参杂硅顶层刻蚀，以生成质量块、第一动电极、弹性元件、第一固定块和第一静电极；
释放出部分中间氧化层，以使质量块、第一动电极、弹性元件和第一静电极与硅衬层间隔一定空隙；
在第一固定块上沉淀一绝缘层以作键合使用；
提供一单硅晶片；
在单硅晶片上沉淀一绝缘层，再在绝缘层上沉淀一电极层；
刻蚀掉电极层的边缘以生成所需形状的第二静电极；
在第二静电极上沉淀一牺牲层；
再在牺牲层上沉淀一电极层，刻蚀此电极层，以生成第二固定框架、中间肋条和第二动电极；
释放牺牲层，以使第二动电极及中间肋条与第二静电极间隔一定的空间；
在第二固定框架上沉淀一金属材料以作键合使用；
第二固定框架和绝缘层通过金属层键合相连。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010212955 CN101907637B (zh) | 2010-06-29 | 2010-06-29 | 三轴差分加速度计及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010212955 CN101907637B (zh) | 2010-06-29 | 2010-06-29 | 三轴差分加速度计及其制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101907637A true CN101907637A (zh) | 2010-12-08 |
| CN101907637B CN101907637B (zh) | 2011-11-30 |
Family
ID=43263153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010212955 Expired - Fee Related CN101907637B (zh) | 2010-06-29 | 2010-06-29 | 三轴差分加速度计及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101907637B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102417155A (zh) * | 2011-08-17 | 2012-04-18 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 三轴加速度计的制作方法 |
| WO2020133096A1 (zh) * | 2018-12-27 | 2020-07-02 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | Mems陀螺仪及包含该陀螺仪的电子设备 |
| WO2022000621A1 (zh) * | 2020-07-03 | 2022-01-06 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 电容系统及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050092107A1 (en) * | 2003-10-29 | 2005-05-05 | Honeywell International, Inc. | Out-of-plane compensation suspension for an accelerometer |
| CN101050966A (zh) * | 2007-05-21 | 2007-10-10 | 哈尔滨工业大学 | 双自由度双解耦微机械振动陀螺传感器 |
| CN101319899A (zh) * | 2008-07-24 | 2008-12-10 | 北京大学 | 一种电容式水平轴微机械音叉陀螺 |
| US20090090184A1 (en) * | 2007-10-05 | 2009-04-09 | Pixart Imaging Inc. | Out-of-plane sensing device |
| JP2010117292A (ja) * | 2008-11-14 | 2010-05-27 | Alps Electric Co Ltd | 角速度センサ |
-
2010
- 2010-06-29 CN CN 201010212955 patent/CN101907637B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050092107A1 (en) * | 2003-10-29 | 2005-05-05 | Honeywell International, Inc. | Out-of-plane compensation suspension for an accelerometer |
| CN101050966A (zh) * | 2007-05-21 | 2007-10-10 | 哈尔滨工业大学 | 双自由度双解耦微机械振动陀螺传感器 |
| US20090090184A1 (en) * | 2007-10-05 | 2009-04-09 | Pixart Imaging Inc. | Out-of-plane sensing device |
| CN101319899A (zh) * | 2008-07-24 | 2008-12-10 | 北京大学 | 一种电容式水平轴微机械音叉陀螺 |
| JP2010117292A (ja) * | 2008-11-14 | 2010-05-27 | Alps Electric Co Ltd | 角速度センサ |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102417155A (zh) * | 2011-08-17 | 2012-04-18 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 三轴加速度计的制作方法 |
| CN102417155B (zh) * | 2011-08-17 | 2014-03-26 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 三轴加速度计的制作方法 |
| WO2020133096A1 (zh) * | 2018-12-27 | 2020-07-02 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | Mems陀螺仪及包含该陀螺仪的电子设备 |
| WO2022000621A1 (zh) * | 2020-07-03 | 2022-01-06 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 电容系统及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101907637B (zh) | 2011-11-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3121605B1 (en) | Multi-axis inertial sensor with dual mass and integrated damping structure | |
| CN101666813B (zh) | 电容式多轴加速度计 | |
| EP3382400B1 (en) | Three-axis inertial sensor for detecting linear acceleration | |
| US9513310B2 (en) | High-sensitivity, z-axis micro-electro-mechanical detection structure, in particular for an MEMS accelerometer | |
| Sun et al. | Implementation of a monolithic single proof-mass tri-axis accelerometer using CMOS-MEMS technique | |
| JP5860270B2 (ja) | 振動絶縁インターポーザ・ダイ | |
| US7793544B2 (en) | Microelectromechanical inertial sensor, in particular for free-fall detection applications | |
| CN101501505B (zh) | 复合传感器 | |
| CN103238074B (zh) | 加速度计 | |
| JP2008256438A (ja) | 慣性センサ及び電気・電子機器 | |
| US20130042686A1 (en) | Inertia sensing apparatus | |
| CN103575932B (zh) | 一种mems压阻式加速度计 | |
| JP6448793B2 (ja) | ３軸ｍｅｍｓジャイロ | |
| CN108020686B (zh) | 具有改进配置的mems三轴加速度计 | |
| CN101907637B (zh) | 三轴差分加速度计及其制作方法 | |
| WO2014203896A1 (ja) | Ｍｅｍｓセンサ用モジュール、振動駆動モジュール及びｍｅｍｓセンサ | |
| TW202016548A (zh) | 經提升靈敏度之z軸加速度計 | |
| GB2560192A (en) | Vibration damping mount | |
| US8216870B2 (en) | Mechanical quantity sensor and method of manufacturing the same | |
| JP2006349613A (ja) | 容量検出型加速度センサ | |
| CN203606386U (zh) | 一种mems压阻式加速度计 | |
| CN103645343B (zh) | 多轴电容式加速度计 | |
| JP4073729B2 (ja) | 容量素子を用いた力センサおよび加速度センサならびにその製造方法 | |
| JP2004069405A (ja) | 抵抗素子を用いた力センサおよび加速度センサならびにその製造方法 | |
| CN204758028U (zh) | Mems惯性传感器、湿度传感器集成装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170525 Address after: Singapore Ang Mo Kio 65 Street No. 10 techpoint Building 1 floor, No. 8 Co-patentee after: AAC Microelectronic Technology (Changzhou) Co.,Ltd. Patentee after: AAC TECHNOLOGIES Pte. Ltd. Address before: 518057 Nanshan District province high tech Industrial Park, Shenzhen, North West New Road, No. 18 Co-patentee before: AAC Microelectronic Technology (Changzhou) Co.,Ltd. Patentee before: AAC ACOUSTIC TECHNOLOGIES (SHENZHEN) Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111130 |