CN114487483B - Mems三轴加速度计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MEMS三轴加速度计，包括可沿彼此垂直的三个方向运动的可动结构以及用于固定可动结构的中心锚点；可动结构包括第一质量块、第二质量块以及第三质量块，第二质量块通过第一弹性结构与第一质量块连接并且通过第二弹性结构与中心锚点连接，第三质量块通过弹性枢转结构与第一质量块连接；第一质量块能够沿第一方向进行直线运动，以完成第一方向上的加速度检测；第二质量块能够沿第二方向进行直线运动，以完成第二方向上的加速度检测；第三质量块能够在第三方向上转动，以完成第三方向上的加速度检测，本发明中的MEMS三轴加速度计每一个质量块的运动直线相互独立，从而能够在加速度检测时，互不干扰，并由此具有更高的检测精度。

Description

MEMS三轴加速度计

技术领域

本发明涉及MEMS领域，具体涉及一种MEMS三轴加速度计。

背景技术

加速度计，又称加速度传感器，是一种能够测量加速度的传感器，通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成，目前加速度计广泛应用于消费电子、汽车电子及航空航天等领域。近年来，MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）技术具有小体积、低功耗、可批量生产等优点，受到越来越多的关注，MEMS加速度计在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值，根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。

现有的MEMS加速度计，x方向、y方向、z方向的加速度检测都是通过质量块-弹簧结构实现的，并且为了使得整个加速度计的结构更加紧凑，x方向、y方向、z方向的质量块共用弹簧结构，然而，这种加速度计，由于三个方向的加速度检测共用弹簧结构，由此会导致三个方向的加速度检测存在一定程度的干扰，从而降低了每一个方向的加速度检测精度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种MEMS三轴加速度计，在三个检测方向上具有相互独立的质量块以及相应的弹性结构，从而三个方向上的加速度检测是相互独立的，不会形成干扰，提高了检测精度，具体方案如下：

本发明提供了一种MEMS三轴加速度计，所述MEMS三轴加速度计包括可沿彼此垂直的三个方向运动的可动结构（10）以及用于固定所述可动结构（10）的中心锚点（20）；

所述可动结构（10）包括第一质量块（11）、第二质量块（12）以及第三质量块（13）；

其中，所述第二质量块（12）通过第一弹性结构（14）与所述第一质量块（11）连接并且通过第二弹性结构（15）与所述中心锚点（20）连接，所述第三质量块（13）通过弹性枢转结构（16）与所述第一质量块（11）连接；

所述第一质量块（11）能够沿所述三个方向中的第一方向进行直线运动，以完成所述第一方向上的加速度检测；

所述第二质量块（12）能够沿所述三个方向中的第二方向进行直线运动，以完成所述第二方向上的加速度检测；

所述第三质量块能够在所述三个方向中的第三方向上转动，以完成所述第三方向上的加速度检测。

进一步地，所述第三质量块（13）包括彼此分离且相对于所述中心锚点（20）对称的第一质量单元（13a）和第二质量单元（13b），并且所述弹性枢转结构（16）包括与所述第一质量单元（13a）对应设置的第一弹性转动单元（16a）和与所述第二质量单元（13b）对应设置的第二弹性转动单元（16b），以使所述第一质量单元（13a）和所述第二质量单元（13b）能够围绕对应的所述第一弹性转动单元（16a）和所述第二弹性转动单元（16b）转动。

进一步地，所述第一弹性转动单元（16a）和所述第二弹性转动单元（16b）均包括轴对称设置的转轴；

所述第一质量单元（13a）和所述第二质量单元（13b）均包括轴对称设置的两个第一摆动臂（131a）以及用于固定连接两个所述第一摆动臂（131a）的第二摆动臂（131b），并通过第一摆动臂（131a）相对于对应的转轴的摆动实现自身的转动；

其中，每个所述第一摆动臂（131a）上均设置有用于容纳对应的所述转轴的凹槽。

进一步地，包括与第三质量块（13）对应设置的固定电极板（30），所述固定电极板（30）与第三质量块（13）相对应设置有固定电极（31）；

每个所述第一摆动臂（131a）与对应的所述固定电极（31）组成有效电容。

进一步地，所述第一质量单元（13a）和所述第二质量单元（13b）均呈U型，且所述第一质量单元（13a）和所述第二质量单元（13b）的U型开口相对设置；

其中，所述第一质量块（11）、所述第二质量块（12）、所述第一弹性结构（14）、所述第二弹性结构（15）、以及所述弹性枢转结构（16）均位于两个所述U型开口形成的空间内。

进一步地，所述第一质量块（11）包括相对于所述中心锚点（20）对称的两个第一容纳区域（111）以及相对于所述中心锚点（20）对称的第二容纳区域（112）；

所述第一质量块（11）在两个所述第一容纳区域（111）内分别设置有第一可动电极部，并且两个所述第一可动电极部相对于所述中心锚点（20）对称分布；

所述第一弹性结构（14）还包括两个相对于所述中心锚点（20）对称的第一弹性单元（14a）；

所述第二质量块（12），所述中心锚点（20）以及所述第二弹性结构（15）位于所述第二容纳区域（112）内；

当所述第一质量块（11）沿所述第一方向进行直线运动时，所述两个第一弹性单元（14a）中的一个被拉伸，另一个被压缩。

进一步地，还包括用于感测所述第一质量块（11）运动并且与所述第一可动电极部对应设置的两个第一固定电极部（40），并且两个所述第一固定电极部（40）相对于所述中心锚点（20）对称分布。

进一步地，每个所述第一可动电极部包括轴对称的两个第一可动电极组（113a），每一所述第一可动电极组（113a）包括至少一个第一可动电极，所述至少一个第一可动电极均向所述第二方向延伸；

所述第一固定电极部（40）包括与两个所述第一可动电极组（113a）对应设置的两个第一固定电极组（40a）；

每个所述第一可动电极部的第一可动电极与对应的第一固定电极部（40）的第一固定电极交叉设置，以组成两个相对于所述中心锚点（20）对称的第一可变电容组；

当所述第一质量块（11）沿所述第一方向进行直线运动时，两个所述第一可变电容组中的一个的极板间距增大，另一个的极板间距减小。

进一步地，所述加速度计还包括分别用于固定两个所述第一固定电极部（40）的第一电极固定结构（50）；

两个所述第一电极固定结构（50）相对于所述中心锚点（20）对称分布；

每一所述第一电极固定结构（50）包括用于固定所述第一固定电极部（40）的第一电极固定单元（51）以及与所述第一电极固定单元（51）连接的第一锚接件（52）。

进一步地，所述第一容纳区域（111）具有凸形区域（1111）；

所述凸形区域（1111）朝向所述第二质量块（12）凸出；

所述第一锚接件（52）位于所述凸形区域（1111）内。

进一步地，所述加速度计还包括与所述中心锚点（20）连接且向所述第二方向延伸的两个刚性臂（60）；

所述第二质量块（12）包括位于所述刚性臂（60）两侧且相对于所述中心锚点（20）对称的两个第三容纳区域（121）以及位于所述刚性臂（60）远离所述中心锚点（20）的端点处且相对于所述中心锚点（20）对称的两个第四容纳区域（122）；

两个所述第三容纳区域（121）内分别设置有第二可动电极部（123）；两个所述第二可动电极部（123）相对于所述中心锚点（20）对称分布；

所述第二弹性结构（15）包括相对于所述中心锚点（20）对称分布的两个第二弹性单元（15a）；每一所述第二弹性单元（15a）设置在相应的所述第四容纳区域（122）内；

当所述第二质量块（12）沿所述第二方向进行直线运动时，两个所述第二弹性单元（15a）中的一个被拉伸，另一个被压缩。

进一步地，所述加速度计还包括用于感测所述第二质量块（12）沿所述第二方向的运动并且与所述第二可动电极部（123）对应设置的两个第二固定电极部（70）；

两个所述第二固定电极部（70）相对于所述中心锚点（20）对称分布。

进一步地，每个所述第二可动电极部（123）包括至少一个第二可动电极，每个所述第二可动电极均向所述第一方向延伸；

每个所述第二可动电极部（123）对应的所述第二固定电极部（70）包括与该第二可动电极部（123）的所述第二可动电极对应设置的第二固定电极；

每个所述第二可动电极部（123）的第二可动电极与对应的第二固定电极部（70）的第二固定电极交叉设置，以组成两个相对于所述中心锚点（20）对称的第二可变电容组；

当所述第二质量块（12）沿所述第二方向进行直线运动时，两个所述第二可变电容组中的一个的极板间距增大，另一个的极板间距减小。

进一步地，所述加速度计还包括两个分别用于固定所述第二固定电极部（70）且分别位于所述第三容纳区域（121）内的第二电极固定结构（80）；

两个所述第二电极固定结构（80）相对于所述中心锚点（20）对称分布；

每一所述第二电极固定结构（80）包括用于固定所述第二固定电极部（70）的第二电极固定单元（81）以及与所述第二电极固定单元（81）连接的第二锚接件（82）。

本发明中的MEMS三轴加速度计，第一质量块沿第一方向直线运动，由此，加速度计完成第一方向上的加速度检测；第二质量块沿第二方向直线运动，由此，加速度计完成第二方向上的加速度检测；第三质量块在第三方向转动，由此，加速度计完成第三方向上的加速度检测，并且，第一质量块沿第一方向直线运动，第二质量块沿第二方向直线运动，第三质量块在第三方向上转动，由于每一个弹性结构是相互独立的，并且，每一个质量块的运动直线也是相互独立的，在加速度检测时，互不干扰，由此具有更高的检测精度。进一步地，本发明中三个方向上均形成差分电容结构，从而提高了三个方向上的加速度的检测灵敏度与精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的MEMS三轴加速度计的立体图；

图2是本发明实施例提供的MEMS三轴加速度计的俯视图；

图3是本发明实施例提供的MEMS三轴加速度计第三质量块转动时立体图；

图4（a）是本发明实施例中的MEMS三轴加速度计第三质量块转动后的示意图；

图4（b）是现有技术中用于测量z轴加速度的质量块转动后的示意图；

图5是本发明实施例提供的MEMS三轴加速度计只保留可动部分的俯视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在整个说明书中，对“一个实施方式”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施方式中”、“在实施方式中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。

本发明提供了一种MEMS三轴加速度计，MEMS三轴加速度计包括可沿彼此垂直的三个方向运动的可动结构以及用于固定可动结构的中心锚点；

可动结构包括第一质量块、第二质量块以及第三质量块；

其中，第二质量块通过第一弹性结构与第一质量块连接并且通过第二弹性结构与中心锚点连接，第三质量块通过弹性枢转结构与第一质量块连接；

第一质量块能够沿三个方向中的第一方向进行直线运动，以完成第一方向上的加速度检测；

第二质量块能够沿三个方向中的第二方向进行直线运动，以完成第二方向上的加速度检测；

第三质量块能够在三个方向中的第三方向上转动，以完成第三方向上的加速度检测。

在本发明中，可动结构中的第一质量块、第二质量块以及第三质量块均能够实现各自的运动，每一个质量块的运动是相互独立的，在加速度检测时，互不干扰，由此完成三个方向上的加速度检测，进而实现三轴检测，每一个方向上的加速度检测都是相互独立的，由此具有更高的检测精度，示例性地，第一质量块沿x轴方向直线运动，由此，加速度计完成x轴方向上的加速度检测；第二质量块沿y轴方向直线运动，由此，加速度计完成y轴方向上的加速度检测；第三质量块在z轴方向上发生转动，由此，加速度计完成z轴方向上的加速度检测。

进一步地，在本发明中，第三质量块通过弹性枢转结构与第一质量块连接，第一质量块通过第一弹性结构与第二质量块连接，第二质量块又通过第二弹性结构与中心锚点连接，由此实现三个质量块的定位，并且三个质量块直接的连接点相对较少，从而最大限度降低应力影响。

在本发明中，第一质量块，第二质量块，第三质量块，第一弹性结构，第二弹性结构，弹性枢转结构均相对于中心锚点对称设置。

如图1所示，为本发明中MEMS三轴加速度计的一种实现结构，MEMS三轴加速度计包括可动结构10以及中心锚点20，需要说明的是，在本实施例中，是以中心锚点20的中心点为原点构建的坐标系，可动结构10包括第一质量块11，第二质量块12以及第三质量块13，第一质量块11沿x方向直线运动，通过第一质量块11在x方向上的偏移，从而检测x方向加速度；第二质量块12沿y方向直线运动，通过第二质量块12在y方向上的偏移，从而检测y方向加速度；第三质量块13在z方向发生转动，通过第三质量块在z方向上的偏移，从而检测z方向加速度。

进一步地，结合图1以及图2，第三质量块13包括第一质量单元13a以及第二质量单元13b，其中，第一质量单元13a与第二质量单元13b相对于中心锚点20对称设置，并且第一质量单元13a与第二质量单元13b彼此相互分离，弹性枢转结构16包括与第一质量单元13a对应设置的第一弹性转动单元16a和与第二质量单元13b对应设置的第二弹性转动单元16b，第一质量单元13a能够围绕第一弹性转动单元16a独立转动，第二质量单元13b能够围绕第二弹性转动单元16b独立转动。

在本发明中，将第三质量块13分为两个彼此分离的质量单元，第一质量单元13a以及第二质量单元13b，并且每一个质量单元均能够围绕其对应的弹性转动单元独立转动，一方面，相比于整个质量块采用挖孔形成偏心结构而言，本发明中的两个分开的质量单元，无需挖孔，并且能够有效利用第三质量块13的面积，另一方面，第一质量单元13a与第二质量单元13b均能够实现对z方向加速度的检测，提高z方向加速度检测的灵敏度以及精度。

进一步地，结合图1以及图2，第一弹性转动单元16a和第二弹性转动单元16b均包括轴对称设置的转轴，第一质量单元13a以及第二质量单元13b围绕各自对应的转轴转动。进一步地，第一质量单元13a以及第二质量单元13b均包括轴对称设置的两个第一摆动臂131a以及用于固定两个第一摆动臂131a的第二摆动臂131b，通过第一摆动臂131a围绕转轴摆动实现其自身的转动，示例性地，结合图1以及图2，第一弹性转动单元16a具有位于中心锚点20左侧的两个转轴，第二弹性转动单元16b具有位于中心锚点20右侧的两个转轴，当左侧的第一摆动臂131a围绕左侧的两个转轴转动时，实现第一质量单元13a的转动，当右侧的第一摆动臂131a围绕右侧的两个转轴转动时，实现第二质量单元13b的转动。

更进一步地，为了容纳转轴，每一第一摆动臂131a上均设置有用于容纳对应的转轴的凹槽。

进一步地，如图3以及图4（a）所示，MEMS三轴加速度计还包括与第三质量块13对应设置的固定电极板30，固定电极板30与第三质量块13相对应设置有固定电极31；

每个第一摆动臂131a与对应的固定电极31组成有效电容。

示例性地，固定电极板30与第三质量块13相对应设置即可，如图4（a）所示，固定电极板30位于第三质量块13的上方，此时，固定电极31位于固定电极板30的下表面，当然，固定电极31也可以位于固定电极板30的上表面。

在本发明中，第一质量单元13a以及第二质量单元13b均是导电的，因此，第一质量单元13a以及第二质量单元13b整体上都是可动电极，但是只有与固定电极31相对应的区域132才与固定电极31组成有效电容，示例性地，固定电极31是相对于转轴对称分布的，固定电极31在第一摆动臂131a上的投影为区域132，如图3所示，区域132包括位于转轴左侧的132a以及位于转轴右侧的132b，当第一摆动臂131a摆动时，位于转轴一侧的有效电容的极板间距增大，位于转轴另一侧的有效电容的极板间距减小，示例性地，结合图3可知，当第一摆动臂131a带动第二摆动臂131b向z轴正方向转动时，位于转轴左侧的有效电容的极板间距减小，位于转轴右侧的有效电容的极板间距增大，同样地，当第一摆动臂131a带动第二摆动臂131b向z轴负方向转动时，位于转轴左侧的有效电容的极板间距增大，位于转轴右侧的有效电容的极板间距减小，由此，形成了用于检测z轴方向加速度的差分的电容结构，从而提高了z轴方向的加速度的检测灵敏度以及精度。

进一步地，本发明中的第一摆动臂相对于转轴转动，第一摆动臂131a的质量中心距离转轴较近，弹性回复力相对较大，如图4（a）~图4（b）所示，在转动轴与固定电极的间距均为D的情况下，可动电极偏转同样的角度，图4（a）中可动电极与固定电极之间的最小间距为d1，图4（b）可动电极与固定电极之间的最小间距为d2，d2明显小于d1，由此，本发明在第一摆动臂131a摆动时，有效电容区域的电容的极板不容易发生吸合，从而提高MEMS三轴加速度计的可靠性。

进一步地，结合图1以及图2，第一质量单元13a以及第二质量单元13b均呈U型，并且两个U型的开口相对设置，从而形成一个容置空间，第一质量单元13a通过第一弹性转动单元16a与第三质量块13连接，第二质量单元13b通过第二弹性转动单元16b与第三质量块13连接，第一质量块11，第二质量块12，第一弹性结构14，第二弹性结构15以及弹性枢转结构16均位于U型开口形成的空间内。

第一摆动臂131a为U型的两个对应设置的摆动臂，第二摆动臂131b为连接两个对应设置的摆动臂的中间的摆动臂。

在本发明的上述结构中，通过两个U型的第一质量单元13a以及第二质量单元13b相对设置，从而使得第一质量块、第二质量块、第一弹性结构、第二弹性结构、以及弹性枢转结构均位于第三质量块13形成的容置空间内，使得MEMS三轴加速度计的整体结构更加紧凑。

进一步地，第一质量块11包括相对于中心锚点20对称的两个第一容纳区域111以及相对于中心锚点20对称的第二容纳区域112；

第一质量块11在两个第一容纳区域111内分别设置有第一可动电极部，并且两个第一可动电极部相对于中心锚点20对称分布；

第一弹性结构14包括两个相对于所述中心锚点20对称的第一弹性单元14a；

第二质量块12，中心锚点20以及第二弹性结构15位于第二容纳区域112内；

当第一质量块11沿第一方向进行直线运动时，两个第一弹性单元14a中的一个被拉伸，另一个被压缩。

在本实施例中，第一质量块11，第二质量块12相对于中心锚点20对称分布，结合图1以及图5，第一质量块11包括相对于中心锚点对称的两个第一容纳区域111以及相对于中心锚点对称的第二容纳区域112，第一质量块11上设置有两个第一可动电极部，每一个第一可动电极部分别设置在第一容纳区域111内，两个第一可动电极部相对于中心锚点20对称分布。

结合图1以及图5，第一弹性结构14包括两个相对于中心锚点20对称的第一弹性单元14a，分别位于中心锚点20的左右两侧，并且第一弹性单元14a分布在第二质量块12的两侧。进一步地，在中心锚点20的左侧，第一质量块11通过左侧的第一弹性单元14a与第二质量块12连接，在中心锚点的右侧，第一质量块11通过右侧的第一弹性单元14a与第二质量块12连接。

在本发明中，当第一质量块沿第一方向进行直线运动时，两个第一弹性单元中的一个第一弹性单元拉伸，另一第一弹性单元收缩，结合图1以及图5，当第一质量块11沿x轴的正方向直线运动时，第一质量块11压缩左侧的第一弹性单元14a，此时，右侧的第一弹性单元14a被拉伸，当第一质量块11沿x轴的负方向直线运动时，第一质量块11压缩右侧的第一弹性单元14a，此时，左侧的第一弹性单元14a被拉伸。

在本发明中，第一质量块11设置不同的容纳区域，第一容纳区域111以及第二容纳区域112，第二质量块12，中心锚点20以及两个第一弹性单元14a位于第二容纳区域112内，使得整个MEMS三轴加速度计的结构更加紧凑。

进一步地，如图1所示MEMS三轴加速度计还包括两个相对于中心锚点20对称分布的第一固定电极部40，结合图1以及图5，其中一个第一固定电极部40与一个第一可动电极部相对应，另一个第一固定电极部40与另一第一可动电极部相对应，由此形成MEMS三轴加速度计包括两个用于检测x方向加速度的检测部分，从而可以分别通过一个第一可动电极部与一个第一固定电极部40，以及另一个第一可动电极部与另一个第一固定电极部40检测MEMS三轴加速度计在x方向上的加速度，使得MEMS三轴加速度计在x方向上的加速度检测更加准确。进一步地，第一固定电极部40位于第一容纳区域111内。

进一步地，如图5所示，第一可动电极部均包括两个第一可动电极组113a，两个第一可动电极组113a相对于x轴对称。第一可动电极组113a包括至少一个第一可动电极，并且，至少一个第一可动电极均向第二方向延伸，第一可动电极的数量决定初始电容的大小，可以根据不同的应用需求调整，示例性地，如图5所示，第一可动电极组113a包括多个第一可动电极，这些第一可动电极均向y轴方向延伸。

第一固定电极部40包括与第一可动电极组113a对应设置的第一固定电极组40a，结合图2以及图5，在中心锚点20两侧，第一可动电极组113a与第一固定电极组40a对应。第一固定电极组40a包括至少一个第一固定电极，并且第一固定电极的延伸方向与第一可动电极的延伸方向相同，示例性地，如图2所示，第一固定电极组40a包括多个第一固定电极，第一固定电极也是向y轴方向延伸。

每一个第一可动电极部的第一可动电极与对应的第一固定电极部40的第一固定电极交叉设置形成叉指电容，从而形成两个相对于中心锚点对称的第一可变电容组，示例性地，结合图2以及图5，在中心锚点20左侧的第一可动电极部中的一个第一可动电极组113a与在中心锚点左侧的第一固定电极部40中的一个第一固定电极组40a形成左侧且位于y轴正方向的第一可变电容，在中心锚点20左侧的第一可动电极部中的另一个第一可动电极组113a与在中心锚点左侧的第一固定电极部40中的另一个第一固定电极组40a形成左侧且位于y轴负方向的第一可变电容，这些第一可变电容组成左侧的第一可变电容组；在中心锚点20右侧的第一可动电极部中的一个第一可动电极组113a与在中心锚点右侧的第一固定电极部40中的一个第一固定电极组40a形成右侧且位于y轴正方向的第一可变电容，在中心锚点20右侧的第一可动电极部中的另一个第一可动电极组113a与在中心锚点右侧的第一固定电极部40中的另一个第一固定电极组40a形成右侧且位于y轴负方向的第一可变电容，这些第一可变电容组成右侧的第一可变电容组，左侧和右侧的第一可变电容组是相对于中心锚点20对称分布的。

两个第一可变电容组为两个差分结构的电容组，当第一质量块11沿第一方向进行直线运动时，两个第一可变电容组中的一个第一可变电容组的极板间距增大，另一第一可变电容组的极板间距减小，示例性地，结合图1以及图2，当第一质量块11沿x轴正方向进行直线运动时，位于中心锚点20左侧的第一可变电容组的极板间距增大，而位于中心锚点20右侧的第一可变电容组，由于是和左侧的第一可变电容组相对于中心锚点20对称分布的，因此，其极板间距减小，同样地，当第一质量块11沿x轴负方向进行直线运动时，位于中心锚点20左侧的第一可变电容组的极板间距减小，而位于中心锚点20右侧的第一可变电容组的极板间距增大，由此，MEMS三轴加速度计在x方向上加速度检测时，两个第一可变电容组对于电容的大小的检测是相反的，具有较高的检测灵敏度，从而本发明中的MEMS三轴加速度计具有较高的x方向加速度检测的灵敏度与精度。

为了进一步固定第一固定电极部40，MEMS三轴加速度计还包括与两个第一固定电极部40对应设置的两个第一电极固定结构50，两个第一电极固定结构50相对于中心锚点对称分布，并且，每一个第一电极固定结构50均包括用于固定第一固定电极部40的第一电极固定单元51以及与第一电极固定单元连接的第一锚接件52，第一锚接件52可以为一个锚点，与其他用于固定第一电极固定结构50的固定件连接，示例性地，结合图1以及图2，第一电极固定单元51的长度方向沿x轴方向延伸，每一个第一固定电极组40a中的第一固定电极在第一电极固定单元51上间隔排布，两个第一固定电极组40a相对于x轴对称分布；第一固定电极的一端固定在第一电极固定单元51上，另一端向两个第一可动电极之间的空隙处延伸；第一锚接件52连接第一电极固定单元51的一端，从而实现对第一电极固定单元51的固定，进而实现对第一固定电极组40a的固定。进一步地，第一电极固定结构50位于第一容纳区域111内。

结合图1以及图5，为了使MEMS三轴加速度计的结构更加紧凑，第一容纳区域111具有凸形区域1111，凸形区域1111朝向第二质量块12凸出，并且第一锚接件52位于凸形区域1111内，第一锚接件52与第一质量块11互不干涉，从而不影响第一质量块11在第一方向上的直线运动。

进一步地，为了便于中心锚点20与第二质量块12连接并且提高连接强度，MEMS三轴加速度计还包括与中心锚点20连接的两个刚性臂60，并且两个刚性臂60均向第二方向延伸，示例性地，如图1所示，刚性臂60沿y轴延伸。

结合图1，图2以及图5，第二质量块12的结构相对于中心锚点20对称分布，第二质量块12的容纳区域被两个刚性臂60以及中心锚点20划分为不同的部分，具体的，第二质量块12包括位于刚性臂60两侧且相对于中心锚点20对称的两个第三容纳区域121以及位于刚性臂60远离中心锚点20的端点处且相对于中心锚点20对称的两个第四容纳区域122，通过第三容纳区域121以及第四容纳区域122容纳不同的组件。

两个第三容纳区域121内分别设置有第二可动电极部123，进一步参考图5，两个第二可动电极部123相对于中心锚点20对称分布。

第二弹性结构15包括两个相对于中心锚点20对称的第二弹性单元15a，第二弹性单元15a分别与两个刚性臂60中的一个连接，示例性地，结合图1和图5，在y轴正方向上，第二质量块12通过一个第二弹性单元15a与刚性臂60连接，在y轴负方向上，第二质量块12通过另一个第二弹性单元15a与刚性臂60连接。

在本发明中，当第二质量块12沿第二方向进行直线运动时，两个第二弹性单元中的一个第二弹性单元被拉伸，另一第二弹性单元被压缩，结合图1以及图2，当第二质量块12沿y轴的正方向直线运动时，第二质量块12压缩位于y轴正方向的第二弹性单元15a，此时，位于y轴负方向的第二弹性单元15a被拉伸，当第二质量块12沿y轴的负方向直线运动时，第二质量块12压缩位于y轴负方向上的第二弹性单元15a，此时，位于y轴正方向上的第二弹性单元15a被拉伸。

在本发明中，第二质量块12设置不同的容纳区域，第三容纳区域121以及第四容纳区域122，第三容纳区域121用于容纳第二可动电极部123，第四容纳区域122用于容纳刚性臂60，中心锚点20以及两个第二弹性单元15a，使得整个MEMS三轴加速度计的结构更加紧凑，更进一步地，为了不影响第二可动电极部123，第三容纳区域121与第四容纳区域122中间设置有阻隔板。

进一步地，结合图1以及图5，MEMS三轴加速度计还包括用于感测所述第二质量块12沿第二方向的运动并且与第二可动电极部123对应设置的两个第二固定电极部70；两个第二固定电极部70相对于中心锚点20对称分布，结合图1以及图2，其中一个第二固定电极部70与一个第二可动电极部123相对应，另一个第二固定电极部70与另一第二可动电极部123相对应，由此形成MEMS三轴加速度计包括两个用于检测y方向加速度的检测部分，从而可以分别通过一个第二可动电极部123与一个第二固定电极部70，以及另一个第二可动电极部123与另一个第二固定电极部70检测MEMS三轴加速度计在y方向上的加速度，使得MEMS三轴加速度计在y方向上的加速度检测更加准确。每一第二固定电极部70位于对应的第三容纳区域121内。

进一步地，第二可动电极部123均包括至少一个第二可动电极，并且，至少一个第二可动电极均向第二方向延伸，第二可动电极的数量决定初始电容的大小，可根据不同的应用需求调整，示例性地，如图5所示，第二可动电极部123均包括多个第二可动电极，这些第二可动电极均向x轴方向延伸。

进一步地，第二固定电极部70包括与第二可动电极对应设置的第二固定电极，如图1和图2所示，第二可动电极与第二固定电极对应。第二固定电极部70包括至少一个第二固定电极，并且第二固定电极的延伸方向与第二可动电极的延伸方向相同，示例性地，如图1所示，第二固定电极部70包括多个第二固定电极，第二固定电极也是向x轴方向延伸。

进一步地，本发明中，通过每一个第二可动电极部的第二可动电极与对应的第二固定电极部的第二固定电极交叉设置形成叉指电容，从而形成两个相对于中心锚点对称的第二可变电容组，示例性地，结合图1以及图5，在中心锚点20左侧的第二可动电极部123中的第二可动电极与在中心锚点左侧的第二固定电极部70中的第二固定电极形成左侧的第二可变电容组；在中心锚点20右侧的第二可动电极部123中的第二可动电极与在中心锚点右侧的第二固定电极部70中的第二固定电极形成右侧的第二可变电容组，左侧和右侧的第二可变电容组是相对于中心锚点20对称分布的。

进一步地，在本发明中，两个第二可变电容组为两个差分结构的电容组，具体的，当第二质量块12沿第二方向进行直线运动时，两个第二可变电容组中的一个第二可变电容组的极板间距增大，另一第二可变电容组的极板间距减小，示例性地，结合图1以及图2，当第二质量块12沿y轴正方向进行直线运动时，左侧的第二可变电容组的极板间距减小，而右侧的第二可变电容组，由于是和左侧的第二可变电容组相对于中心锚点20对称分布的，因此，其极板间距增大，同样的，当第二质量块12沿y轴负方向进行直线运动时，左侧的第二可变电容组的极板间距增大，而右侧的第二可变电容组的极板间距减小，由此，MEMS三轴加速度计在y方向上加速度检测时，两个第二可变电容组对于电容的大小的检测是相反的，具有较高的检测灵敏度，从而本发明中的MEMS三轴加速度计具有较高的y方向加速度检测的灵敏度与精度。

进一步地，结合图1以及图2，MEMS三轴加速度计还包括两个分别用于固定第二固定电极部70的第二电极固定结构80，每一第二电极固定结构80分别位于一个第三容纳区域121内，并且两个第二电极固定结构80相对于中心锚点对称分布，并且，每一个第二电极固定结构80均包括用于固定第二固定电极部70的第二电极固定单元81以及与第二电极固定单元连接的第二锚接件82，第二锚接件82可以为一个锚点，与其他用于固定第二电极固定结构80的固定件连接，示例性地，如图1所示，每一个第二固定电极部70的第二固定电极在第二电极固定单元81上沿y轴间隔排布，两个第二固定电极部70相对于y轴对称分布；第二固定电极的一端固定在第二电极固定单元81上，另一端向两个第二可动电极之间的空隙处延伸，第二电极固定单元81的长度方向沿y轴延伸，第二锚接件82连接第二电极固定单元81的中心位置，从而实现对第二电极固定单元81的固定，进而实现对第二固定电极部70的固定。

进一步地，结合图1以及图2，本发明中的第一锚接件52以及第二锚接件82均位于可动结构10的对称轴AA上，从而利于减小温度和封装应力对于MEMS三轴加速度计的性能的影响。

以上对本发明实施例所提供的一种MEMS三轴加速度计进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (14)

1.一种MEMS三轴加速度计，其特征在于，包括可沿彼此垂直的三个方向运动的可动结构（10）以及用于固定所述可动结构（10）的中心锚点（20）；

所述可动结构（10）包括第一质量块（11）、第二质量块（12）以及第三质量块（13）；

其中，所述第二质量块（12）通过第一弹性结构（14）与所述第一质量块（11）连接并且通过第二弹性结构（15）与所述中心锚点（20）连接，所述第三质量块（13）通过弹性枢转结构（16）与所述第一质量块（11）连接；

所述第一质量块（11）能够沿所述三个方向中的第一方向进行直线运动，以完成所述第一方向上的加速度检测；

所述第二质量块（12）能够沿所述三个方向中的第二方向进行直线运动，以完成所述第二方向上的加速度检测；

所述第三质量块能够在所述三个方向中的第三方向上转动，以完成所述第三方向上的加速度检测；

所述第三质量块（13）包括彼此分离的第一质量单元（13a）和第二质量单元（13b），并且所述弹性枢转结构（16）包括与所述第一质量单元（13a）对应设置的第一弹性转动单元（16a）和与所述第二质量单元（13b）对应设置的第二弹性转动单元（16b），以使所述第一质量单元（13a）和所述第二质量单元（13b）能够围绕对应的所述第一弹性转动单元（16a）和所述第二弹性转动单元（16b）转动。

2.如权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述第一质量单元（13a）和所述第二质量单元（13b）相对于所述中心锚点（20）对称分布。

3.如权利要求2所述的加速度计，其特征在于，所述第一弹性转动单元（16a）和所述第二弹性转动单元（16b）均包括轴对称设置的转轴；

所述第一质量单元（13a）和所述第二质量单元（13b）均包括轴对称设置的两个第一摆动臂（131a）以及用于固定连接两个所述第一摆动臂（131a）的第二摆动臂（131b），并通过第一摆动臂（131a）相对于对应的转轴的摆动实现自身的转动；

其中，每个所述第一摆动臂（131a）上均设置有用于容纳对应的所述转轴的凹槽。

4.如权利要求3所述的加速度计，其特征在于，包括与第三质量块（13）对应设置的固定电极板（30），所述固定电极板（30）与所述第三质量块（13）相对应设置有固定电极（31）；

每个所述第一摆动臂（131a）与对应的所述固定电极（31）组成有效电容。

5.如权利要求2所述的加速度计，其特征在于，所述第一质量单元（13a）和所述第二质量单元（13b）均呈U型，且所述第一质量单元（13a）和所述第二质量单元（13b）的U型开口相对设置；

其中，所述第一质量块（11）、所述第二质量块（12）、所述第一弹性结构（14）、所述第二弹性结构（15）、以及所述弹性枢转结构（16）均位于两个所述U型开口形成的空间内。

6.如权利要求1-5中任一项所述的加速度计，其特征在于，所述第一质量块（11）包括相对于所述中心锚点（20）对称的两个第一容纳区域（111）以及相对于所述中心锚点（20）对称的第二容纳区域（112）；

所述第一质量块（11）在两个所述第一容纳区域（111）内分别设置有第一可动电极部，并且两个所述第一可动电极部相对于所述中心锚点（20）对称分布；

所述第一弹性结构（14）包括两个相对于所述中心锚点（20）对称的第一弹性单元（14a）；

所述第二质量块（12），所述中心锚点（20）以及所述第二弹性结构（15）位于所述第二容纳区域（112）内；

当所述第一质量块（11）沿所述第一方向进行直线运动时，所述两个第一弹性单元（14a）中的一个被拉伸，另一个被压缩。

7.如权利要求6所述的加速度计，其特征在于，包括用于感测所述第一质量块（11）运动并且与所述第一可动电极部对应设置的两个第一固定电极部（40），并且两个所述第一固定电极部（40）相对于所述中心锚点（20）对称分布。

8.如权利要求7所述的加速度计，其特征在于，每个所述第一可动电极部包括轴对称的两个第一可动电极组（113a），每一所述第一可动电极组（113a）包括至少一个第一可动电极，所述至少一个第一可动电极均向所述第二方向延伸；

所述第一固定电极部（40）包括与两个所述第一可动电极组（113a）对应设置的两个第一固定电极组（40a）；

每个所述第一可动电极部的第一可动电极与对应的第一固定电极部（40）的第一固定电极交叉设置，以组成两个相对于所述中心锚点（20）对称的第一可变电容组；

当所述第一质量块（11）沿所述第一方向进行直线运动时，两个所述第一可变电容组中的一个的极板间距增大，另一个的极板间距减小。

9.如权利要求7或8所述的加速度计，其特征在于，包括分别用于固定两个所述第一固定电极部（40）的第一电极固定结构（50）；

两个所述第一电极固定结构（50）相对于所述中心锚点（20）对称分布；

每一所述第一电极固定结构（50）包括用于固定所述第一固定电极部（40）的第一电极固定单元（51）以及与所述第一电极固定单元（51）连接的第一锚接件（52）。

10.如权利要求9所述的加速度计，其特征在于，所述第一容纳区域（111）具有凸形区域（1111）；

所述凸形区域（1111）朝向所述第二质量块（12）凸出；

所述第一锚接件（52）位于所述凸形区域（1111）内。

11.权利要求1所述的加速度计，其特征在于，包括与所述中心锚点（20）连接且向所述第二方向延伸的两个刚性臂（60）；

所述第二质量块（12）包括位于所述刚性臂（60）两侧且相对于所述中心锚点（20）对称的两个第三容纳区域（121）以及位于所述刚性臂（60）远离所述中心锚点（20）的端点处且相对于所述中心锚点（20）对称的两个第四容纳区域（122）；

两个所述第三容纳区域（121）内分别设置有第二可动电极部（123）；两个所述第二可动电极部（123）相对于所述中心锚点（20）对称分布；

所述第二弹性结构（15）包括相对于所述中心锚点（20）对称分布的两个第二弹性单元（15a）；每一所述第二弹性单元（15a）设置在相应的所述第四容纳区域（122）内；

当所述第二质量块（12）沿所述第二方向进行直线运动时，两个所述第二弹性单元（15a）中的一个被拉伸，另一个被压缩。

12.如权利要求11所述的加速度计，其特征在于，包括用于感测所述第二质量块（12）沿所述第二方向的运动并且与所述第二可动电极部（123）对应设置的两个第二固定电极部（70）；

两个所述第二固定电极部（70）相对于所述中心锚点（20）对称分布。

13.如权利要求12所述的加速度计，其特征在于，每个所述第二可动电极部（123）包括至少一个第二可动电极，每个所述第二可动电极均向所述第一方向延伸；

每个所述第二可动电极部（123）对应的所述第二固定电极部（70）包括与该第二可动电极部（123）的所述第二可动电极对应设置的第二固定电极；

每个所述第二可动电极部（123）的第二可动电极与对应的第二固定电极部（70）的第二固定电极交叉设置，以组成两个相对于所述中心锚点（20）对称的第二可变电容组；

当所述第二质量块（12）沿所述第二方向进行直线运动时，两个所述第二可变电容组中的一个的极板间距增大，另一个的极板间距减小。

14.如权利要求12或13所述的加速度计，其特征在于，包括两个分别用于固定所述第二固定电极部（70）且分别位于所述第三容纳区域（121）内的第二电极固定结构（80）；

两个所述第二电极固定结构（80）相对于所述中心锚点（20）对称分布；

每一所述第二电极固定结构（80）包括用于固定所述第二固定电极部（70）的第二电极固定单元（81）以及与所述第二电极固定单元（81）连接的第二锚接件（82）。

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