CN114609413A - 三轴加速度计 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及加速度计技术领域，特别涉及一种三轴加速度计，包括：衬底以及位于衬底上的对称设置的两个第一锚点，衬底上还设有：Z轴检测结构，Z轴检测结构包括：Z轴质量块，Z轴质量块具有一空腔，2个第一锚点沿第一方向对称设置于空腔的相对两侧；位于空腔内的扭转梁，第一锚点和第一方向上的Z轴质量块的侧壁之间通过扭转梁连接，扭转梁与空腔的中线重合，且扭转梁偏离第一方向上的Z轴质量块的中线；位于空腔内的X轴检测结构以及Y轴检测结构。本申请实施例有利于提高三轴加速度计的检测精度。

Description

三轴加速度计

技术领域

本申请实施例涉及加速度计领域，特别涉及一种三轴加速度计。

背景技术

加速度计是测量运载体线加速度的器件，目前市场上的主流的加速度计为MEMS（Micro Electro Mechanical systems，微电子机械系统）加速度计。MEMS加速度计是基于微机电工艺制造的惯性器件，具有体积小，可靠性高，成本低廉，适合大批量生产的特点。目前，MEMS加速度计主要为电容式加速度计，通过感测电容随加速度的变化，并将电容变化转换为位移变化，从而计算出加速度。

然而，目前的三轴加速度计存在检测精度不高的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种三轴加速度计，至少有利于提高三轴加速度计的检测精度。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种三轴加速度计，包括：衬底以及位于衬底上的对称设置的两个第一锚点，衬底上还设有：Z轴检测结构，Z轴检测结构包括：Z轴质量块，Z轴质量块具有一空腔，2个第一锚点沿第一方向对称设置于空腔的相对两侧；位于空腔内的扭转梁，第一锚点和第一方向上的Z轴质量块的侧壁之间通过扭转梁连接，扭转梁与空腔的中线重合，且扭转梁偏离第一方向上的Z轴质量块的中线；位于空腔内的X轴检测结构以及Y轴检测结构。

另外，第一方向上的Z轴质量块的中线与第一方向上的空腔的中线之间的距离为30μm~300μm。

另外，Z轴检测结构还包括：Z轴固定电极，Z轴固定电极设置于衬底表面，与位于空腔两侧的Z轴质量块表面正对设置，且Z轴固定电极沿扭转梁的延长线对称设置。

另外，X轴检测结构包括：X轴质量块，X轴质量块具有第一中空区域；沿第二方向排布的多个X轴检测梳齿，X轴检测梳齿位于第一中空区域内，且X轴检测梳齿固定于X轴质量块的两个侧壁表面，第二方向垂直于第一方向；X轴固定梳齿，X轴固定梳齿固定于两个X轴检测梳齿之间，当X轴检测梳齿在第二方向上相对于X轴固定梳齿移动时产生电容变化。

另外，X轴固定梳齿到两侧的X轴检测梳齿之间的距离不同，且X轴固定梳齿沿第一方向上的X轴质量块的中线对称设置。

另外，X轴检测结构还包括：沿第一方向上的X轴质量块的中线对称设置的第二锚点，第二锚点位于第一中空区域内，且第二锚点与第一方向上的X轴质量块的相对两个侧壁通过第一弹性梁连接。

另外，Y轴检测结构包括：Y轴质量块，Y轴质量块具有第二中空区域；沿第一方向排布的多个Y轴检测梳齿，Y轴检测梳齿位于第二中空区域内，且Y轴检测梳齿固定于Y轴质量块的两个侧壁表面；Y轴固定梳齿，Y轴固定梳齿固定于两个Y轴检测梳齿之间，当Y轴检测梳齿在第一方向上相对于Y轴固定梳齿移动时产生电容变化。

另外，Y轴固定梳齿到两侧的Y轴检测梳齿之间的距离不同，且Y轴固定梳齿沿第二方向上的Y轴质量块的中线对称设置，第二方向垂直于第一方向。

另外，Y轴检测结构还包括：沿第二方向上的Y轴质量块的中线对称设置的第三锚点，第三锚点位于第二中空区域内，且第三锚点与第二方向上的Y轴质量块的相对两个侧壁通过第二弹性梁连接。

另外，X轴检测结构与Y轴检测结构沿第一方向间隔设置。

本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点：

本申请实施例提供的三轴加速度计的技术方案中，包括：在Z轴质量块中设置空腔，且设置对称的锚点位于空腔内，通过扭转梁将锚点与第一方向上的Z轴质量块的侧壁连接起来，一方面可以通过锚点将Z轴质量块固定于衬底上，另一方面，扭转梁作为Z轴质量块的扭转轴，使得Z轴质量块可以绕扭转轴进行转动。设置扭转轴偏离第一方向上的Z轴质量块的中线，也就是说，扭转轴与第一方向上的Z轴质量块的中线不重合，即空腔不是正对于Z轴质量块的中心设置，Z轴质量块中，空腔所占面积大的一侧的Z轴质量块较轻，空腔所占面积小的一侧的Z轴质量块较重。由于将X轴检测结构以及Y轴检测结构均设置于Z轴质量块的空腔内，使得Z轴检测结构、X轴检测结构以及Y轴检测结构为三轴嵌套式设计，可以保证空腔两侧的Z轴质量块具有质量差，从而当Z轴质量块受到Z轴加速度时，在重力差的作用下，重的一侧会绕扭转梁往下转动，轻的一侧会绕扭转梁往上转动，即使Z轴质量块受到较小的Z轴加速度，也能使得Z轴质量块具有较大的扭转角度，有利于提高Z轴检测结构的检测精度。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本申请一实施例提供的一种三轴加速度计的俯视结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的一种三轴加速度计的主视结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的另一种三轴加速度计的俯视结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，目前的三轴加速度计存在检测精度欠高的问题。

分析发现，导致目前的三轴加速度计的检测精度欠高的原因之一在于，目前的三轴加速度计中，主要是依靠三轴加速度计在受到某一方向的加速度时，通过感测电容随加速度的变化，并将电容变化转化为位移或者扭转角度，从而推算出加速度。目前的三轴加速度计中，不设置驱动结构，也就是说，只有当三轴加速度计在感受到某一方向的加速度时，才会发生位移或者扭转角度变化。对于通过扭转角度变化来计算加速度而言，需要三轴加速度计中的感测结构沿某一扭转梁进行扭转，然而，由于没有外力驱动，当加速度较小时，很难驱动感测结构主动进行扭转。因此，导致在三轴加速度计在感受到较小加速度时，可能无法产生电容变化或者电容变化过小而导致测得的加速度的精度不准。

本申请实施例提供一种三轴加速度计，在Z轴质量块中设置一空腔，且扭转梁对称设置于空腔的相对两侧，用于作为Z轴质量块的扭转轴，使得Z轴质量块可以绕扭转轴进行转动。扭转梁与空腔的中线重合，且扭转梁偏离Z轴质量块的中线，也就是说，空腔不是正对于Z轴质量块的中心设置。如此，使得在Z轴质量块中，空腔所占面积大的一侧的Z轴质量块较轻，空腔所占面积小的一侧的Z轴质量块较重，从而使得位于扭转轴两侧的Z轴质量块具有不同的质量。且Z轴检测结构、X轴检测结构以及Y轴检测结构为三轴嵌套式设计，可以保证只要扭转轴偏离Z质量块的中线，即可以实现扭转轴两侧的Z轴质量块的质量不相等。由于扭转梁两侧有了重力差，即使Z轴质量块感受到较小的加速度，也可以在重力差的作用下，使得中的一侧绕扭转梁往下转动，轻的一侧绕扭转梁往上转动，从而使得Z轴质量块绕扭转梁转动较大的角度，提高Z轴检测结构的检测精度。

下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

图1为本申请一实施例提供的三轴加速度计的一种俯视结构示意图，图2为本申请一实施例提供的一种三轴加速度计的主视结构示意图。

参考图1以及图2，三轴加速度计包括：衬底100以及位于衬底100上的对称设置的两个第一锚点1，衬底100上还设有：Z轴检测结构，Z轴检测结构包括：Z轴质量块111，Z轴质量块111具有一空腔112，2个第一锚点1沿第一方向对称设置于空腔112的相对两侧；位于空腔112内的扭转梁10，第一锚点1和第一方向上的Z轴质量块111的侧壁之间通过扭转梁10连接，扭转梁10与空腔112的中线重合，且扭转梁10偏离第一方向上的Z轴质量块111的中线；位于空腔112内的X轴检测结构以及Y轴检测结构。

Z轴检测结构弹性悬置在衬底100上方，具体通过扭转梁10连接Z轴质量块111以及位于衬底100上的第一锚点1。第一锚点1对称设置，也就是说位于第一锚点1以及Z轴质量块111侧壁之间的两个扭转梁10也是对称设置。如此，使得扭转梁10可以作为Z轴质量块111的扭转轴，且扭转梁10与空腔112的中线重合，也就是说，只要保证扭转梁10偏离Z轴质量块111的中线，便能保证Z轴质量块111的质心不在空腔112的对称中心位置，即扭转梁10两侧的Z轴质量块111具有不同的质量。这种设计有利于简化实际制备三轴加速度计的工艺，且由于工艺标准简单，使得大批量制备三轴加速度计时，可以提高符合产品要求的三轴加速度计的产品合格率。值得注意的是，这里所指的符合产品要求是指扭转梁10两侧的Z轴质量块111具有不同的质量。

在一些实施例中，第一方向上的Z轴质量块111的中线与第一方向上的空腔112的中线之间的距离d为30μm~300μm。例如可以为30μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm或者300μm。其中，第一方向上的Z轴质量块111的中线指的是第一方向上的Z轴质量块111的相对两个侧壁的中点的连线，第一方向上的空腔112的中线指的是在第一方向上的用于合围成空腔112的Z轴质量块111的相对两个侧壁的中点的连线。可以理解的是，Z轴质量块111的中线与空腔112的中线之间的距离d越大，则位于扭转梁10两侧的Z轴质量块111的质量差越大。因此，在这个范围内，一方面使得Z轴质量块111的中线与空腔112的中线之间的距离d较大，使得位于扭转梁10两侧的Z轴质量块111的质量差较大。如此，即使Z轴质量块111感受到的Z轴加速度较小，在扭转梁10两侧的重力差作用下，Z轴质量块111也能绕扭转梁10进行跷板运动，即质量相对较大的一侧Z轴质量块111顺着重力方向转动，质量相对较小的一侧Z轴质量块111沿与重力方向相反的方向转动，提高Z轴检测结构的灵敏度，进而提高Z轴检测结构的检测精度。此外，设置Z轴质量块111的中线与空腔112的中线之间的距离d较大，为实际制备空腔112中线偏离Z轴质量块111中线提高较大的允许误差范围，有利于提高实际制备三轴加速度计的工艺效率。另一方面，在这个范围内，使得Z轴质量块111的中线与空腔112的中线的距离d不至于过大，从而可以防止发生由于扭转梁10两侧的Z轴质量块111的质量差过大，导致在没有Z轴加速度时，质量过大的一侧Z轴质量块111朝衬底100方向下垂，从而在有Z轴加速度作用时，反而无法转动的问题。在一些实施例中，第一方向可以是Y轴方向，可以理解的是，在另一些实施例中，第一方向也可以是X轴方向。

在一些实施例中，Z轴检测结构还包括：Z轴固定电极113，Z轴固定电极113设置于衬底100表面，与位于空腔112两侧的Z轴质量块111表面正对设置，且Z轴固定电极113沿扭转梁10的延长线对称设置。当Z轴质量块111绕扭转轴进行转动时，扭转轴一侧的Z轴质量块111朝衬底100运动，扭转轴另一侧的Z轴质量块111朝远离衬底100的方向运动，即扭转轴两侧的Z轴质量块111绕扭转轴进行跷板运动。Z轴固定电极113与空腔112两侧的Z轴质量块111表面正对，也就是说，当Z轴质量块111进行跷板运动时，朝衬底100运动一侧Z轴质量块111与Z轴固定电极113之间的距离减小，朝远离衬底100方向运动的一侧Z轴质量块111与Z轴固定电极113之间的距离增加，从而使得Z轴检测结构产生电容变化。

Z轴固定电极113沿扭转梁10的延长线对称设置，如此，当Z轴质量块111绕扭转梁10进行跷板运动时，与两个Z轴固定电极113正对的Z轴质量块111的两侧进行反向且对称的运动，使得Z轴质量块111的两侧与两个Z轴固定电极113之间的距离变化为等幅反向，从而使得Z轴检测结构产生大小相同且符号相反的2个Z轴差分检测电容，从而可以改善由于应力等因素引起的零点偏移现象，提高检测精度。具体地，Z轴检测结构的工作原理如下：当Z轴质量块111感受到Z轴加速度时，在扭转梁10两侧的Z轴质量块111的质量差作用下，质量较大的一侧Z轴质量块111朝向衬底100方向运动，与Z轴固定电极113之间的距离减小，质量较小的一侧Z轴质量块111朝远离衬底100的方向运动，与Z轴固定电极113之间的距离增大，从而产生两个大小相同，方向相反的电容变化，电容变化量为

，电容变化量经过C-V变换、解调、A/D变换、补偿，可以得到Z轴质量块111绕扭转梁10的转动角度

，通过如下公式，可计算出Z轴加速度

。

(1)

公式(1)中，

为Z轴质量块111的质量，

为Z轴加速度，

为Z轴质量块111的质心到扭转梁10的延长线的距离，

为扭转梁10的弹性系数。将转动角度

代入公式(1)，可以计算出Z轴加速度

。

X轴检测结构以及Y轴检测结构均设置于Z轴质量块111中的空腔112中，使得Z轴检测结构、X轴检测结构以及Y轴检测结构为三轴嵌套式的结构。一方面可以节省形成X轴检测结构以及Y轴检测结构的空间，使得三轴加速度计的整体尺寸较小。另一方面，由于X轴检测结构以及Y轴检测结构均设置于空腔112中，即X轴检测结构以及Y轴检测结构不位于除空腔112之外的Z轴质量块111上，使得用于形成Z轴质量块111的重量的结构仅为Z轴质量块111本身。因此，只要保证扭转轴偏离Z质量块的中线，即可以实现扭转轴两侧的Z轴质量块111的质量不相等，而无需考虑其它结构的质量是否会对扭转轴两侧的Z轴质量块111的质量差造成影响。也就是说，对于实际制备三轴加速度计的工艺而言，仅需设置一个工艺标准，即扭转轴偏离Z质量块的中线，即可以制备出符合产品要求的三轴加速度计，从而简化工艺流程，在大批量制备三轴加速度计时，可以提高符合产品要求的三轴加速度计的产品合格率。

在一些实施例中，X轴检测结构包括：X轴质量块121，X轴质量块121具有第一中空区域；沿第二方向排布的多个X轴检测梳齿122，X轴检测梳齿122位于第一中空区域内，且X轴检测梳齿122固定于X轴质量块121的两个侧壁表面，第二方向垂直于第一方向；X轴固定梳齿123，X轴固定梳齿123固定于两个X轴检测梳齿122之间，当X轴检测梳齿122在第二方向上相对于X轴固定梳齿123移动时产生电容变化。

X轴检测结构用于检测X轴加速度，在一些实施例中，第二方向为X轴方向，X轴检测梳齿122用于作为移动电极，X轴固定梳齿123用于作为固定电极。X轴检测梳齿122的形状与X轴固定梳齿123的形状相对应，且X轴检测梳齿122与X轴固定梳齿123之间具有间隙，如此，当X轴固定梳齿123在X轴加速度作用下移动时，可以相对于X轴固定梳齿123移动，从而产生电容变化。

具体地，当X轴检测结构感受到X轴加速度时，X轴检测梳齿122在X轴方向上相对于X轴固定梳齿123移动，X轴检测梳齿122与X轴固定梳齿123之间的距离发生变化，从而产生了电容变化，基于电容变化，检测X轴加速度。

在一些实施例中，X轴固定梳齿123两侧均设置有X轴检测梳齿122，X轴固定梳齿123的数量可以为两个，且两个X轴固定梳齿123沿第一方向上的X轴质量块121的中线对称分布，且两个X轴固定梳齿123之间设有一个X轴检测梳齿122，也就是说，两个X轴固定梳齿123与同一个X轴检测梳齿122正对设置。如此，使得X轴检测梳齿122在X轴加速度作用下朝同一方向进行移动时，其中一个X轴固定梳齿123与X轴检测梳齿122之间的距离变小，另一X轴固定梳齿123与X轴检测梳齿122之间的距离变大，从而产生两个大小相同，符号相反的差分检测电容，即产生“等幅反向”电容变化量，通过差分检测来消除应力等因素引起的零点偏移，提高检测精度。

在一些实施例中，X轴检测梳齿122与X轴质量块121可以为一体化结构，即X轴质量块121作为移动电极，当X轴质量块121在X轴加速度作用下在X轴方向上移动时，带动X轴检测梳齿122在X轴方向上移动，以产生电容变化。

在一些实施例中，X轴固定梳齿123到两侧的X轴检测梳齿122之间的距离不同，且X轴固定梳齿123沿第一方向上的X轴质量块121的中线对称设置。

相较于设置X轴固定梳齿123到两侧的X轴检测梳齿122之间的距离相同而言，设置X轴固定梳齿123到两侧的X轴检测梳齿122之间的距离不同，使得当X轴检测梳齿122在相对于一侧的X轴固定梳齿123进行移动时，在相同的位移量下，产生的电容变化更大。这是因为，电容与两个电容板的间距呈反比，使得电容关于电容板之间的间距的函数为反比例函数，因此，当固定梳齿与检测梳齿的之间的距离越小时，在相同的位移变化下，电容变化越大。由此可知，当X轴固定梳齿123到两侧的X轴检测梳齿122之间的距离相同时，X轴检测梳齿122在发生相同位移的情况下，产生的电容变化较小，从而使得电容变化为线性的变化，导致无法对X轴加速度的正负方向进行分辨。而当X轴固定梳齿123到两侧的X轴检测梳齿122之间的距离不同时，X轴固定梳齿123与一侧的X轴检测梳齿122距离较小，X轴固定梳齿123与另一侧的X轴检测梳齿122距离较大，这种情况下，X轴检测梳齿122相对于X轴固定梳齿123发生较小的位移，即可以产生较大的电容变化，从而使得电容变化不是线性的变化，从而可以对X轴加速度的正负方向进行分辨。

可以理解的是，在另一些实施例中，也可以设置X轴固定梳齿123到两侧的X轴检测梳齿122之间的距离相同。

在一些实施例中，X轴检测结构还包括：沿第一方向上的X轴质量块121的中线对称设置的第二锚点2，第二锚点2位于第一中空区域内，且第二锚点2与第一方向上的X轴质量块121的相对两个侧壁通过第一弹性梁11连接。在一些实施例中，第一方向为Y轴方向，第二方向为X轴方向。

第二锚点2固定于衬底100上，X轴检测结构通过第一弹性梁11与第二锚点2连接从而固定于衬底100上。且两个对称的第二锚点2通过第一弹性梁11分别在第一方向上与X轴质量块121相对的两个侧壁连接，即一个第二锚点2的两侧均连接了第一弹性梁11，如此，两个第一弹性梁11起到相互牵制的作用，从而可以限制X轴质量块121在第一方向上的运动，即限制X轴质量块121在Y轴方向上的运动。当X轴检测结构受到X轴加速度作用时，X轴质量块121仅在X轴方向运动，防止由于X轴质量块121还在Y轴方向上运动而对检测结果的精度产生影响，从而进一步提高检测准确率。在一些实施例中，第二锚点2设置于X轴检测梳齿122远离X轴固定梳齿123的一侧，如此，使得第二锚点2以及第一弹性梁11不会对X轴检测梳齿122的移动产生干扰。

具体地，X轴检测结构的工作原理如下：当X轴检测结构感受到X轴加速度时，在X轴加速度作用下，X轴质量块121沿X轴方向运动，带动X轴检测梳齿122相对于X轴固定梳齿123沿X轴方向移动，使得X轴固定梳齿123与一侧的X轴检测梳齿122之间的距离变小，与另一侧的X轴检测梳齿122之间的距离变大，从而产生电容变化。其中，对称设置的两个X轴固定梳齿123产生两个大小相同，方向相反的电容变化，电容变化量为

，电容变化量经过C-V变换、解调、A/D变换、补偿，可以得到X轴质量块121沿X轴方向的位移

，通过如下公式，可计算出X轴加速度

。

(2)

公式(2)中，

为X轴质量块121的质量，

为X轴加速度，

为第一弹性梁11的弹性系数。将位移

代入公式(2)，可以计算出X轴加速度

。

在一些实施例中，Y轴检测结构包括：Y轴质量块131，Y轴质量块131具有第二中空区域；沿第一方向排布的多个Y轴检测梳齿132，Y轴检测梳齿132位于第二中空区域内，且Y轴检测梳齿132固定于Y轴质量块131的两个侧壁表面；Y轴固定梳齿133，Y轴固定梳齿133固定于两个Y轴检测梳齿132之间，当Y轴检测梳齿132在第一方向上相对于Y轴固定梳齿133移动时产生电容变化。

Y轴检测结构用于检测Y轴加速度，当Y轴检测梳齿132相对于Y轴固定梳齿133移动时，Y轴检测梳齿132用于作为移动电极，Y轴固定梳齿133用于作为固定梳齿。Y轴检测梳齿132的形状与Y轴固定梳齿133的形状相对应，且Y轴检测梳齿132与Y轴固定梳齿133之间具有间隙，如此，当Y轴固定梳齿133在Y轴加速度作用下移动时，可以相对于Y轴固定梳齿133移动，从而产生电容变化。在一些实施例中，第一方向为Y轴方向，Y轴检测梳齿132沿Y轴间隔排布，也就是说，Y轴检测梳齿132与Y轴固定梳齿133在Y轴方向上正对设置，如此，当Y轴检测梳齿132在Y轴加速度作用下移动时，可以基于Y轴检测梳齿132与Y轴固定梳齿133之间的距离变化而产生电容变化。

在一些实施例中，Y轴检测梳齿132与Y轴质量块131可以为一体化结构，即Y轴质量块131也作为动电极，当Y轴质量块131在Y轴加速度作用下沿Y轴方向移动时，带动Y轴检测梳齿132在Y轴方向上移动，以产生电容变化。

在一些实施例中，Y轴固定梳齿133到两侧的Y轴检测梳齿132之间的距离不同，且Y轴固定梳齿133沿第二方向上的Y轴质量块131的中线对称设置，第二方向垂直于第一方向。也就是说，Y轴固定梳齿133的数量可以为两个，在一些实施例中，两个Y轴固定梳齿133之间设有一个Y轴检测梳齿132，即两个Y轴固定梳齿133与同一个Y轴检测梳齿132正对设置，且两个Y轴固定梳齿133沿该Y轴检测梳齿132对称分布。如此，当Y轴检测梳齿132在Y轴加速度作用下朝Y轴方向进行移动时，其中一个Y轴固定梳齿133与Y轴检测梳齿132之间的距离变小，另一Y轴固定梳齿133与Y轴检测梳齿132之间的距离变大，从而产生两个大小相同，符号相反的差分检测电容，即产生“等幅反向”的电容变化量，通过差分检测来消除应力等因素引起的零点偏移，提高检测精度。

由于当固定梳齿与检测梳齿之间的距离越小时，在相同的位移变化下，电容变化越大，因此，设置Y轴固定梳齿133到两侧的Y轴检测梳齿132之间的距离不同，使得Y轴固定梳齿133与一侧的Y轴检测梳齿132距离较小，Y轴固定梳齿133与另一侧的Y轴检测梳齿132的距离较大，从而当Y轴检测梳齿132相对于Y轴固定梳齿133发生较小的位移变化时，即可以产生较大的电容变化。由于电容变化量较大，使得电容随Y轴固定梳齿133与Y轴检测梳齿132之间的距离变化可以视为非线性变化，有利于对Y轴加速度的正负方向进行分辨。可以理解的是，在另一些实施例中，也可以设置Y轴固定电极到两侧的Y轴检测梳齿132之间的距离相同。

在一些实施例中，Y轴检测结构还包括：沿第二方向上的Y轴质量块131的中线对称设置的第三锚点3，第三锚点3位于第二中空区域内，且第三锚点3与第二方向上的Y轴质量块131的相对两个侧壁通过第二弹性梁12连接。

第三锚点3固定于衬底100上，Y轴检测结构通过第二弹性梁12与第三锚点3连接从而固定于衬底100上，即一个第三锚点3的两侧均连接了第二弹性梁12，如此，两个第二弹性梁12起到相互牵制的作用，从而可以限制Y轴质量块131在第二方向上的运动，即限制Y轴质量块131在X轴方向上的运动。当Y轴检测结构受到Y轴加速度作用时，Y轴质量块131仅在Y轴方向上运动，防止由于Y轴质量块131还在X轴方向上运动而对检测结果的精度产生影响，从而进一步提高检测准确率。在一些实施例中，第三锚点3设置于Y轴检测梳齿132远离Y轴固定梳齿133的一侧，如此，使得第二锚点2以及第二弹性梁12不会对Y轴检测梳齿132的移动产生干扰。

具体地，Y轴检测结构的工作原理如下：当Y轴检测结构感受到Y轴加速度时，在Y轴加速度作用下，Y轴质量块131沿Y轴方向运动，带动Y轴检测梳齿132相对于Y轴固定梳齿133沿Y轴方向移动，使得Y轴固定梳齿133与一侧的Y轴检测梳齿132之间的距离变小，与另一侧的Y轴检测梳齿132之间的距离变大，从而产生电容变化。其中，对称设置的两个Y轴固定梳齿133产生两个大小相同，方向相反的电容变化，电容变化量为

，电容变化量经过C-V变换、解调、A/D变换、补偿，可以得到Y轴质量块121沿Y轴方向的位移

，通过如下公式，可以计算出Y轴加速度

。

(3)

公式(3)中，

为Y轴质量块131的质量，

为Y轴加速度，

为第二弹性梁12的弹性系数。将位移

代入公式(3)，可以计算出Y轴加速度

。

参考图1，在一些实施例中，X轴检测结构与Y轴检测结构可以沿第一方向间隔设置。第一方向可以为Y轴方向，其中，X轴检测结构中X轴检测梳齿122的排布方向为第二方向，第二方向可以为X轴方向，Y轴检测结构中Y轴检测梳齿132的排布方向为Y轴方向，从而实现X轴检测结构和X轴检测结构分别可以对X轴加速度以及Y轴加速度进行检测。在一些实施例中，X轴检测结构与Y轴检测结构可以沿第二方向上的Z轴质量块的中线对称设置。

图3为本申请一实施例提供的另一种三轴加速度计的俯视结构示意图，参考图3，在另一些实施例中，X轴检测结构与Y轴检测结构也可以沿第二方向间隔设置，其中，第二方向与第一方向垂直，为X轴方向。值得注意的是，当X轴检测结构与Y轴检测结构沿第二方向间隔设置时，X轴检测结构中X轴检测梳齿122的排布方向为X轴方向，Y轴检测结构中Y轴检测梳齿132的排布方向为Y轴方向，从而实现X轴检测结构和Y轴检测结构可以分别对X轴加速度以及Y轴加速度进行检测。在一些实施例中，X轴检测结构与Y轴检测结构可以沿第一方向上的Z轴质量块的中线对称设置。

设置X轴检测结构与Y轴检测结构沿不同的方向排布，可以合理规划X轴检测结构以及Y轴检测结构的空间位置，一方面使得X轴检测结构以及Y轴检测结构均位于空腔112内，保证用于形成Z轴质量块111的重量的结构仅为Z轴质量块111本身。因此，只要保证扭转轴偏离Z质量块的中线，即可以实现扭转轴两侧的Z轴质量块111的质量不相等，从而有利于简化实际制备三轴加速度计的工艺。另一方面，可以合理利用空腔112的空间位置，使得三轴加速度计整体的尺寸较小，实现器件的微型化。

上述实施例提供的三轴加速度计中，在Z轴质量块111中设置空腔112，且设置对称的锚点位于空腔112内，通过扭转梁10将锚点与第一方向上的Z轴质量块111的侧壁连接起来，一方面可以通过锚点将Z轴质量块111固定于衬底100上，另一方面，扭转梁10作为Z轴质量块111的扭转轴，使得Z轴质量块111可以绕扭转轴进行转动。设置扭转轴偏离第一方向上的Z轴质量块111的中线，也就是说，扭转轴与第一方向上的Z轴质量块111的中线不重合，即空腔112不是正对于Z轴质量块111的中心设置，Z轴质量块111中，空腔112所占面积大的一侧的Z轴质量块111较轻，空腔112所占面积小的一侧的Z轴质量块111较重。由于将X轴检测结构以及Y轴检测结构均设置于Z轴质量块111的空腔112内，即Z轴检测结构、X轴检测结构以及Y轴检测结构为三轴嵌套式设计，可以保证空腔112两侧的Z轴质量块111具有质量差，从而当Z轴质量块111受到Z轴加速度时，在重力差的作用下，重的一侧会绕扭转梁10往下转动，轻的一侧会绕扭转梁10往上转动，即使Z轴质量块111受到较小的Z轴加速度，也能使得Z轴质量块111具有较大的扭转角度，有利于提高Z轴检测结构的检测精度。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种三轴加速度计，其特征在于，包括：衬底以及位于所述衬底上的对称设置的两个第一锚点，所述衬底上还设有：

Z轴检测结构，所述Z轴检测结构包括：Z轴质量块，所述Z轴质量块具有一空腔，2个所述第一锚点沿第一方向对称设置于所述空腔的相对两侧；位于所述空腔内的扭转梁，所述第一锚点和第一方向上的所述Z轴质量块的侧壁之间通过所述扭转梁连接，所述扭转梁与所述空腔的中线重合，且所述扭转梁偏离所述第一方向上的所述Z轴质量块的中线；

位于所述空腔内的X轴检测结构以及Y轴检测结构。

2.根据权利要求1所述的三轴加速度计，其特征在于，所述第一方向上的所述Z轴质量块的中线与所述第一方向上的所述空腔的中线之间的距离为30μm~300μm。

3.根据权利要求1所述的三轴加速度计，其特征在于，所述Z轴检测结构还包括：Z轴固定电极，所述Z轴固定电极设置于所述衬底表面，与位于所述空腔两侧的所述Z轴质量块表面正对设置，且所述Z轴固定电极沿所述扭转梁的延长线对称设置。

4.根据权利要求1所述的三轴加速度计，其特征在于，所述X轴检测结构包括：

X轴质量块，所述X轴质量块具有第一中空区域；

沿第二方向排布的多个X轴检测梳齿，所述X轴检测梳齿位于所述第一中空区域内，且所述X轴检测梳齿固定于所述X轴质量块的两个侧壁表面，所述第二方向垂直于所述第一方向；

X轴固定梳齿，所述X轴固定梳齿固定于两个所述X轴检测梳齿之间，当所述X轴检测梳齿在所述第二方向上相对于所述X轴固定梳齿移动时产生电容变化。

5.根据权利要求4所述的三轴加速度计，其特征在于，所述X轴固定梳齿到两侧的所述X轴检测梳齿之间的距离不同，且所述X轴固定梳齿沿所述第一方向上的所述X轴质量块的中线对称设置。

6.根据权利要求4所述的三轴加速度计，其特征在于，所述X轴检测结构还包括：

沿所述第一方向上的所述X轴质量块的中线对称设置的第二锚点，所述第二锚点位于所述第一中空区域内，且所述第二锚点与所述第一方向上的所述X轴质量块的相对两个侧壁通过第一弹性梁连接。

7.根据权利要求1所述的三轴加速度计，其特征在于，所述Y轴检测结构包括：

Y轴质量块，所述Y轴质量块具有第二中空区域；

沿所述第一方向排布的多个Y轴检测梳齿，所述Y轴检测梳齿位于所述第二中空区域内，且所述Y轴检测梳齿固定于所述Y轴质量块的两个侧壁表面；

Y轴固定梳齿，所述Y轴固定梳齿固定于两个所述Y轴检测梳齿之间，当Y轴检测梳齿在所述第一方向上相对于所述Y轴固定梳齿移动时产生电容变化。

8.根据权利要求7所述的三轴加速度计，其特征在于，所述Y轴固定梳齿到两侧的所述Y轴检测梳齿之间的距离不同，且所述Y轴固定梳齿沿第二方向上的所述Y轴质量块的中线对称设置，所述第二方向垂直于所述第一方向。

9.根据权利要求7所述的三轴加速度计，其特征在于，所述Y轴检测结构还包括：沿第二方向上的所述Y轴质量块的中线对称设置的第三锚点，所述第三锚点位于所述第二中空区域内，且所述第三锚点与所述第二方向上的所述Y轴质量块的相对两个侧壁通过第二弹性梁连接。

10.根据权利要求1所述的三轴加速度计，其特征在于，所述X轴检测结构与所述Y轴检测结构沿所述第一方向间隔设置。

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