CN115078769B

CN115078769B - Mems加速度计

Info

Publication number: CN115078769B
Application number: CN202211002658.7A
Authority: CN
Inventors: 张沛; 庄瑞芬; 李诺伦
Original assignee: Memsensing Microsystems Suzhou China Co Ltd
Current assignee: Memsensing Microsystems Suzhou China Co Ltd
Priority date: 2022-08-22
Filing date: 2022-08-22
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2042-08-22
Also published as: CN115078769A

Abstract

本申请公开了一种MEMS加速度计。所述MEMS加速度计包括第一检测单元以及第二检测单元；所述第一检测单元包括主质量块、第一加速度检测子单元以及第二加速度检测子单元，所述主质量块与所述第一加速度检测子单元形成第一检测电容，主质量块与第二加速度检测子单元形成第二检测电容；第二检测单元包括从质量块以及第三加速度检测子单元，从质量块与第三加速度检测子单元形成第三检测电容，其中，主质量块关于第二方向偏心设置，从质量块位于主质量块的质量相对小的一侧。本申请通过设置于第一镂空槽内的从质量块完成第三方向加速度的检测，有效解决了在不增加芯片总面积的情况下，保证三个相互垂直方向上的加速度的检测精度的问题。

Description

MEMS加速度计

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种MEMS加速度计。

背景技术

微机械加速度计，是在微机电系统（MEMS）这一前沿技术发展的背景下，以集成电路工艺和微机械加工工艺为基础诞生的新型加速度计。作为微惯性系统的重要组成部分，微机械加速度计与常规加速度计相比，具有体积小、重量轻、造价低、灵敏度高、功耗低等优点，广泛应用于军事和民用领域。

微机械三轴加速度计用于检测三个相互垂直的加速度。现有的微机械三轴加速度计包括两个弹簧元件以及一个质量块，通过两个弹簧元件的扭转或弯曲来分别检测三个相互垂直方向上的加速度，利用两个弹簧元件中的一个弹簧元件的扭转引起质量块的面外运动，用于检测一个面外方向的加速度，利用两个弹簧元件中的另一个弹簧元件的弯曲引起质量块的面内运动，用于检测两个面内方向的加速度，该方案不仅实现了三个方向加速度的检测同时也节省了芯片面积。但是，该方案在检测两个面内方向的加速度时，其中一个面内方向的检测中质量块是面内平动，可以保证可动电容与固定电容平行，而另一个面内方向的检测中质量块却是面内摆动，可动电容与固定电容不再平行，导致该方向的加速度检测精度低。所以，如何在不增加芯片总面积的情况下，同时保证三个相互垂直方向上的加速度的检测精度，成为亟须解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种MEMS加速度计，以有效解决了在不增加芯片总面积的情况下，保证三个相互垂直方向上的加速度的检测精度的问题。

本申请提供一种MEMS加速度计，所述MEMS加速度计包括第一检测单元以及第二检测单元；

所述第一检测单元包括主质量块、第一加速度检测子单元以及第二加速度检测子单元，所述主质量块与所述第一加速度检测子单元形成针对第一方向加速度的第一检测电容，所述主质量块与所述第二加速度检测子单元形成针对第二方向加速度的第二检测电容，所述第二方向与所述第一方向相垂直；

所述第二检测单元包括从质量块以及第三加速度检测子单元，所述从质量块与所述第三加速度检测子单元形成针对第三方向加速度的第三检测电容，所述第三方向与所述第二方向以及所述第一方向均垂直；

其中，所述主质量块关于所述第二方向偏心设置，所述从质量块位于所述主质量块的质量相对小的一侧。

进一步地，所述第一检测单元与所述第二检测单元以平铺方式分布在垂直于所述第一方向的平面上。

进一步地，所述第一方向与所述主质量块的厚度方向平行，所述第二方向与所述主质量块的长度方向平行，所述第三方向与所述主质量块的宽度方向平行。

进一步地，所述主质量块上设置有第一镂空槽，所述从质量块位于所述第一镂空槽内，所述主质量块的运动与所述从质量块的运动彼此独立。

进一步地，在所述从质量块沿所述第三方向发生运动的情况下，所述第三检测电容的极板之间的距离变化量在整个极板的区域内保持一致，并且在所述主质量块沿所述第二方向发生运动的情况下，所述第二检测电容的极板之间的距离变化量在整个极板的区域内保持一致，以及在所述主质量块沿所述第一方向发生运动的情况下，所述主质量块转动，所述主质量块与穿过主锚点且垂直于所述第一方向的平面相交形成两个角度，所述两个角度的变化量的绝对值相同。

进一步地，所述主质量块的中部设置有第二镂空槽，所述第一检测单元包括位于所述第二镂空槽内的主锚点以及分别位于所述主锚点两侧的第一主弹性梁和第二主弹性梁，所述主锚点位于所述第一检测单元的几何中心位置，并且所述第一主弹性梁和所述第二主弹性梁沿所述第三方向延伸，其中，所述第一主弹性梁和所述第二主弹性梁的一端分别与所述主质量块固定连接且另一端分别与所述主锚点固定连接。

进一步地，所述第一检测电容包括第一子电容以及第二子电容，所述第一子电容以及第二子电容构成差分电容；

所述第一子电容包括与所述主质量块的下表面的部分区域相对设置的第一固定电极，所述第一固定电极在所述第一方向上与所述主质量块构成第一子电容；

并且所述第二子电容包括主质量块的下表面的另一部分区域相对设置的第二固定电极，所述第二固定电极在所述第一方向上与所述主质量块构成第二子电容；

所述第一固定电极与所述第二固定电极均为平板电极。

进一步地，所述主质量块上设置有位于所述第一镂空槽与所述第二镂空槽之间的至少一个第三镂空槽，并且每个所述第三镂空槽具有与所述第三方向平行且相对设置的第一内壁以及第二内壁。

进一步地，所述第二检测电容包括至少一个第三子电容以及至少一个第四子电容，所述第三子电容各自与对应的所述第四子电容构成差分电容；

所述第三子电容包括位于所述第三镂空槽内且与所述第一内壁平行设置的第三固定电极，所述第三固定电极在所述第二方向上与所述主质量块构成第三子电容；

并且所述第四子电容包括位于所述第三镂空槽内且与所述第二内壁平行设置的第四固定电极，所述第四固定电极在所述第二方向上与所述主质量块构成第四子电容；

所述第三固定电极与所述第四固定电极均为梳齿状电极。

进一步地，所述从质量块的中部设置有第四镂空槽，并且所述第二检测单元包括位于所述第四镂空槽内的从锚点以及分别位于所述从锚点两侧的第一刚性梁和第二刚性梁，所述从锚点位于所述第二检测单元的中心位置，并且所述第一刚性梁和所述第二刚性梁沿所述第三方向延伸，其中，所述第一刚性梁的一端通过第一弹簧与所述从质量块相连接且另一端与所述从锚点固定连接，所述第二刚性梁的一端通过第二弹簧与所述从质量块相连接且另一端与所述从锚点固定连接。

进一步地，所述第一弹簧与所述第二弹簧变形的方向与所述第三方向平行。

进一步地，所述从质量块上设置有分别位于所述从锚点两侧且关于所述第三方向轴对称的至少一对第五镂空槽，所述第五镂空槽包括与所述第二方向平行且相对设置的第三内壁以及第四内壁。

进一步地，所述第三检测电容包括至少一个第五子电容以及至少一个第六子电容，所述第五子电容各自与对应的所述第六子电容构成差分电容；

所述第五子电容包括位于所述第五镂空槽内且与所述第三内壁平行设置的第五固定电极，所述第五固定电极在所述第三方向上与所述从质量块构成第五子电容；

所述第六子电容包括位于所述第五镂空槽内且与所述第四内壁平行设置的第六固定电极，所述第六固定电极在所述第三方向上与所述从质量块构成第六子电容；

所述第五固定电极与所述第六固定电极均为梳齿状电极。

进一步地，包括支撑层以及导线层，所述支撑层用于将所述主锚点、所述从锚点以及固定电极与承载体固定连接并与所述导线层上对应的导电通路电连接，所述导线层用于传输检测电容与信号处理电路之间的电信号。

进一步地，所述支撑层包括多个块状支撑体，所述多个块状支撑体与所述主锚点、所述从锚点以及固定电极以一一对应的方式固定连接，以使所述主锚点、所述从锚点以及固定电极与所述承载体固定连接并与所述导线层上对应的导电通路电连接。

进一步地，所有所述第三子电容的梳齿状固定电极彼此电连接，所有所述第四子电容的梳齿状固定电极彼此电连接，所有所述第五子电容的梳齿状固定电极彼此电连接，以及所有所述第六子电容的梳齿状固定电极彼此电连接。

本申请的优点在于：

（1）通过主质量块完成第一方向加速度以及第二方向加速度的检测，通过从质量块完成第三方向加速度的检测，在不增加芯片总面积的情况下，完成三个方向加速度的检测，同时利用主质量块的运动与从质量块的运动彼此独立，使第三方向加速度的检测仅与从质量块相关，提高检测精度。

（2）示例性地，通过将第一检测单元与第二检测单元以平铺方式分布在垂直于第一方向的平面上，本申请厚度薄，工艺简单，可以在基板的同一层上完成第一检测单元与第二检测单元的加工，实现一体性制作，并且充分利用基板面积。

（3）示例性地，通过在主质量块上设置有第一镂空槽，从质量块位于第一镂空槽内，主质量块的运动与从质量块的运动彼此独立，而现有的三轴方向的加速度传感器单元中质量块之间通过弹性元件进行连接，存在耦合，运动不独立，本申请中的主质量块的运动与从质量块的运动彼此独立，检测精度更高。

（4）示例性地，通过第一主弹性梁以及第二主弹性梁的扭转，引起主质量块的面外运动检测第一方向加速度，通过第一主弹性梁以及第二主弹性梁的弯曲，引起主质量的面内平动检测第二方向加速度，通过第一弹簧、第二弹簧的弯曲，引起从质量块的面内平动检测第三方向加速度，第一弹簧与所述第二弹簧变形的方向与第三方向平行，解决了现有加速度计通过一个质量块检测三个方向加速度时，其中一个方向加速度由于质量块存在面内摆动，导致该方向检测精度低的问题。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本申请一个实施例提供的加速度计的三维图；

图2为图1实施例中提供的加速度计的爆炸图；

图3为图1实施例中提供的主质量块的俯视图；

图4为图1实施例中提供的第一检测电容处于非工作状态时的示意图；

图5为图1实施例中提供的第一检测电容处于工作状态时的示意图；

图6为图1实施例中提供的第二检测电容处于非工作状态时的示意图；

图7为图1实施例中提供的第二检测电容处于工作状态时的示意图；

图8为图1实施例中提供的第三检测电容处于非工作状态时的示意图；

图9为图1实施例中提供的第三检测电容处于工作状态时的示意图；

图10为图1实施例中提供的第一导电通路组的结构示意图；

图11为图1实施例中提供的第二导电通路组的结构示意图；

图12为图1实施例中提供的第三导电通路组的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，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申请中的具体含义。

本申请至少一实施例提供一种MEMS加速度计，该MEMS加速度计包括第一检测单元以及第二检测单元；

由上可见，通过主质量块完成第一方向加速度以及第二方向加速度的检测，通过从质量块完成第三方向加速度的检测，在不增加芯片总面积的情况下，完成三个方向加速度的检测，同时利用主质量块的运动与从质量块的运动彼此独立，使第三方向加速度的检测仅与从质量块相关，提高检测精度。

如图1、图2所示，MEMS加速度计包括第一检测单元10以及第二检测单元20；

第一检测单元10包括主质量块110、第一加速度检测子单元以及第二加速度检测子单元，主质量块110与第一加速度检测子单元形成针对第一方向加速度的第一检测电容120，主质量块110与第二加速度检测子单元形成针对第二方向加速度的第二检测电容130，第二方向与第一方向相垂直；

第二检测单元20包括从质量块210以及第三加速度检测子单元，从质量块210与第三加速度检测子单元形成针对第三方向加速度的第三检测电容220，第三方向与第二方向以及第一方向均垂直；

其中，主质量块110关于第二方向偏心设置，从质量块210位于主质量块110的质量相对小的一侧。

在本实施例中，第一检测单元10与第二检测单元20以平铺方式分布在垂直于第一方向的平面上。需要说明的是，通过将第一检测单元10与第二检测单元20以平铺方式分布在垂直于第一方向的平面上，即是将第一检测单元10与第二检测单元20设置在基板的同一层上，从而可以在基板的同一层上完成第一检测单元10与第二检测单元20的加工，实现一体性制作，相较于现有的三轴方向的加速度传感器单元在基板上层叠式分布，需要在基板的不同层上来完成三轴方向的加速度传感器单元的方案，本实施例的加速度计的厚度薄，工艺简单，并且充分利用基板面积。

在本实施例中，第一方向与主质量块110的厚度方向平行，第二方向与主质量块110的长度方向平行，第三方向与主质量块110的宽度方向平行。

需要说明的是，如图1所示，X方向、Y方向与Z方向为相互正交的方向，X方向、Y方向与Z方向的交点为O，第一方向与Z方向平行，Z方向箭头指向的方向为Z正方向，第二方向与X方向平行，X方向箭头指向的方向为X正方向，第三方向与Y方向平行，Y方向箭头指向的方向为Y正方向，下文中的面内平动是在与XOY面平行的平面内的平动，面外运动是在不与XOY面平行的平面内的运动。

在本实施例中，主质量块110上设置有第一镂空槽1101，从质量块210位于第一镂空槽1101内，主质量块110的运动与从质量块210的运动彼此独立。通过第一镂空槽1101使主质量块110形成偏心设置，实现第一方向加速度的检测，并提高第一方向加速度上检测的灵敏度，同时相较于现有的三轴方向的加速度传感器单元中，不同质量块之间通过弹性元件进行连接，存在耦合，不同质量块之间运动不独立，本实施例中的主质量块110的运动与从质量块210的运动彼此独立，检测精度更高。

在本实施例中，在从质量块210沿第三方向发生运动的情况下，第三检测电容220的极板之间的距离变化量在整个极板的区域内保持一致，并且在主质量块110沿第二方向发生运动的情况下，第二检测电容130的极板之间的距离变化量在整个极板的区域内保持一致，以及在主质量块110沿第一方向发生运动的情况下，主质量块110转动，主质量块110与穿过主锚点160且垂直于第一方向的平面相交形成两个角度，两个角度的变化量的绝对值相同。通过第三检测电容220的极板之间的距离变化量在整个极板的区域内保持一致，来保证从质量块210在第三方向上的运动是面内平动，提高第三方向的检测精度。

例如，如图5所示，主质量块110与穿过主锚点160且垂直于第一方向的平面相交形成两个角度，在主质量块110的转动过程中，两个角度的变化量分别为α₁、α₂。

当主质量块110转动时，两个角度的变化量的绝对值相同，即|α₁|=|α₂|，由于第一固定电极1204、第二固定电极1206均与穿过主锚点160且垂直于所述第一方向的平面相平行，所以α₁为第一固定电极1204与主质量块110之间的角度的变化量，α₂为第二固定电极1206与主质量块110之间的角度的变化量。

如图6所示，在本实施例中，主质量块110的中部设置有第二镂空槽1102，第一检测单元10包括位于第二镂空槽1102内的主锚点160以及分别位于主锚点160两侧的第一主弹性梁140和第二主弹性梁150，主锚点160位于第一检测单元10的几何中心位置，并且第一主弹性梁140和第二主弹性梁150沿第三方向延伸，其中，第一主弹性梁140和第二主弹性梁150的一端分别与主质量块110固定连接且另一端分别与主锚点160固定连接。

通过将主锚点160置于第一检测单元10的几何中心位置，避免主锚点160在封装过程中因受外力或受热而发生变形，降低应力影响，从而保证检测精度。

通过第一主弹性梁140、第二主弹性梁150的弹性变形引起主质量块110的运动，从而检测第一方向加速度、第二方向加速度。另外，第一主弹性梁140和第二主弹性梁150在第二方向上易于平动，而在第三方向上难以平动，所以第二方向无需单独设置其他质量块即可完成高精度的检测，并且简化了结构。同时，在主质量块110中设置第一镂空槽1101，从质量块210位于第一镂空槽1101内，主质量块110的运动与从质量块210的运动彼此独立，从质量块210在第三方向易于平动，在不增加芯片总面积的情况下，完成三个方向加速度的检测，同时利用主质量块的运动与从质量块的运动彼此独立，使第三方向加速度的检测仅与从质量块相关，提高检测精度。

如图3、图4所示，在本实施例中，第一检测电容120包括第一子电容1201以及第二子电容1202，第一子电容1201以及第二子电容1202构成差分电容。通过差分电容检测结构进一步提高检测灵敏度。

示例性地，在本实施例中，第一子电容1201包括与主质量块110的下表面的部分区域1203相对设置的第一固定电极1204，第一固定电极1204在第一方向上与主质量块110构成第一子电容1201；

并且第二子电容1202包括主质量块110的下表面的另一部分区域1205相对设置的第二固定电极1206，第二固定电极1206在第一方向上与主质量块110构成第二子电容1202。

需要说明的是，当第一检测电容120处于无加速度（即无重力）状态时，主质量块110与第一固定电极1204之间的距离和主质量块110与第二固定电极1206之间的距离相等，且此时第一子电容1201与第二子电容1202相等。通过第一主弹性梁140、第二主弹性梁150的扭转引起主质量块110的面外运动，主质量块110与第一固定电极1204之间的角度的变化量的绝对值和主质量块110与第二固定电极1206之间的角度的变化量的绝对值相等，第一子电容1201与第二子电容1202发生变化，利用电容变化的差值即可得到第一方向的加速度。

如图5所示，例如，当有Z正方向的加速度输入时，第一主弹性梁140以及第二主弹性梁150扭转，引起主质量块110的面外运动，即主质量块110以主锚点160为轴线顺时针转动，主质量块110与第一固定电极1204之间的距离增加，第一子电容1201减小，主质量块110与第二固定电极1206之间的距离减小，第二子电容1202增加，利用电容变化的差值即可得到第一方向的加速度。

当有Z负方向的加速度输入时，第一主弹性梁140以及第二主弹性梁150扭转，引起主质量块110的面外运动，即主质量块110以主锚点160为轴线逆时针转动，主质量块110与第一固定电极1204之间的距离减小，第一子电容1201增加，主质量块110与第二固定电极1206之间的距离增加，第二子电容1202减小，利用电容变化的差值即可得到第一方向的加速度。

示例性地，在本实施例中，第一固定电极1204与第二固定电极1206均为平板电极。通过平板电极保证主质量块110转动时，第一子电容1201以及第二子电容1202上的电极正对面积均不发生变化。

在本实施例中，主质量块110上还设置有位于第一镂空槽1101与第二镂空槽1102之间的至少一个第三镂空槽1103，并且每个第三镂空槽1103具有与第三方向平行且相对设置的第一内壁1303以及第二内壁1306。

如图6所示，在本实施例中，第二检测电容130包括至少一个第三子电容1301以及至少一个第四子电容1302，第三子电容1301各自与对应的第四子电容1302构成差分电容。通过差分电容检测结构进一步提高检测灵敏度。

示例性地，在本实施例中，第三子电容1301包括位于第三镂空槽1103内且与第一内壁1303平行设置的第三固定电极1304，第三固定电极1304在第二方向上与主质量块110构成第三子电容1301；

并且第四子电容1302包括位于第三镂空槽1103内且与第二内壁1306平行设置的第四固定电极1305，第四固定电极1305在第二方向上与主质量块110构成第四子电容1302。

需要说明的是，当第二检测电容130处于无加速度状态时，主质量块110与第三固定电极1304之间的距离和主质量块110与第四固定电极1305之间的距离相等，且此时第三子电容1301与第四子电容1302相等。通过第一主弹性梁140、第二主弹性梁150的弯曲引起主质量块110的面内平动，主质量块110与第三固定电极1304之间的距离变化量与主质量块110与第四固定电极1305之间的距离变化量相等，第三子电容1301与第四子电容1302发生变化，利用电容变化的差值即可得到第二方向的加速度。

例如，如图7所示，当有X正方向的加速度输入时，第一主弹性梁140以及第二主弹性梁150弯曲，引起主质量块110的面内平动，即主质量块110在面内沿X正方向平动，主质量块110与第三固定电极1304之间的距离增加，第三子电容1301减小，主质量块110与第四固定电极1305之间的距离减小，第四子电容1302增加，利用电容变化的差值即可得到第二方向的加速度。

当有X负方向的加速度输入时，第一主弹性梁140以及第二主弹性梁150弯曲，引起主质量块110的面内平动，即主质量块110在面内沿X负方向平动，主质量块110与第三固定电极1304之间的距离减小，第三子电容1301增加，主质量块110与第三固定电极1304之间的距离增加，第四子电容1302减小，利用电容变化的差值即可得到第二方向的加速度。

示例性地，在本实施例中，第三固定电极1304与第四固定电极1305均为梳齿状电极。

如图8所示，在本实施例中，从质量块210的中部设置有第四镂空槽2101，并且第二检测单元20包括位于第四镂空槽2101内的从锚点250以及分别位于从锚点250两侧的第一刚性梁230和第二刚性梁240，从锚点250位于第二检测单元20的中心位置，并且第一刚性梁230和第二刚性梁240沿第三方向延伸，其中，第一刚性梁230的一端通过第一弹簧260与从质量块210相连接且另一端与从锚点250固定连接，第二刚性梁240的一端通过第二弹簧270与从质量块210相连接且另一端与从锚点250固定连接。通过第一弹簧260、第二弹簧270的弹性变形引起从质量块210的运动，从而检测第三方向加速度，解决了现有加速度计通过一个质量块检测三个方向加速度时，其中一个方向加速度由于质量块存在面内摆动，导致该方向检测精度低的问题。

在本实施例中，第一弹簧260与第二弹簧270变形的方向与第三方向平行，从而减少干扰，提高第三方向检测的精确度。

在本实施例中，从质量块210上设置有分别位于从锚点250两侧且关于第三方向轴对称的至少一对第五镂空槽2102。

在本实施例中，第五镂空槽2102包括与第二方向平行且相对设置的第三内壁2203以及第四内壁2207。

在本实施例中，第三检测电容220包括至少一个第五子电容2201以及至少一个第六子电容2202，第五子电容2201各自与对应的第六子电容2202构成差分电容。通过差分电容检测结构进一步提高检测灵敏度。

示例性地，在本实施例中，第五子电容2201包括位于第五镂空槽2102内且与第三内壁2203平行设置的第五固定电极2204，第五固定电极2204在第三方向上与从质量块210构成第五子电容2201；

第六子电容2202包括位于第五镂空槽2102内且与第四内壁2207平行设置的第六固定电极2206，第六固定电极2206在第三方向上与从质量块210构成第六子电容2202。

需要说明的是，当第三检测电容220处于无加速度状态时，从质量块210与第五固定电极2204之间的距离和从质量块210与第六固定电极2206之间的距离相等，且此时第五子电容2201与第六子电容2202相等。通过第一弹簧260、第二弹簧270的弯曲引起从质量块210的面内平动，从质量块210与第五固定电极2204之间的距离变化量和从质量块210与第六固定电极2206之间的距离变化量相等，第五子电容2201与第六子电容2202发生变化，利用电容变化的差值即可得到第三方向的加速度。

例如，当有Y正方向的加速度输入时，第一弹簧260以及第二弹簧270的弯曲，引起从质量块210的面内运动，即从质量块210在面内沿Y正方向平动，从质量块210与第五固定电极2204之间的距离增加，第五子电容2201减小，从质量块210与第六固定电极2206之间的距离减小，第六子电容2202增加，利用电容变化的差值即可得到第三方向的加速度。

如图9所示，当有Y负方向的加速度输入时，第一弹簧260以及第二弹簧270的弯曲，引起从质量块210的面内运动，即从质量块210在面内沿Y负方向平动，从质量块210与第五固定电极2204之间的距离减小，第五子电容2201增加，从质量块210与第六固定电极2206之间的距离增加，第六子电容2202减小，利用电容变化的差值即可得到第三方向的加速度。

示例性地，在本实施例中，第五固定电极2204与第六固定电极2206均为梳齿状电极。

由上可见，通过独立的从质量块以及从质量块的运动为面内平动，使梳齿状电极始终与从质量块的第三内壁、第四内壁保持平行，从而大大提高了第三方向加速度的检测精度。

如图2所示，在本实施例中，加速度计还包括支撑层30以及导线层40，支撑层30用于将主锚点160、从锚点250以及固定电极与承载体50固定连接并与导线层40上对应的导电通路410电连接，导线层40用于传输检测电容与信号处理电路之间的电信号。需要说明的是，第一固定电极1204以及第二固定电极1206可以不通过支撑层30直接与承载体50固定连接并与导线层40上对应的导电电路电连接。

在本实施例中，支撑层30包括多个块状支撑体310，多个块状支撑体310与主锚点160、从锚点250以及固定电极以一一对应的方式固定连接，以使主锚点160、从锚点250以及固定电极与承载体50固定连接并与导线层40上对应的导电通路410电连接。需要说明的是，块状支撑体310可以由多晶硅构成，也可以由金属铝构成，本申请不做限制。还需要说明的是，主锚点160、从锚点250以及所有固定电极可以由多晶硅构成。还需要说明的是，导电通路410可以由多晶硅构成，也可以由金属铝构成，本申请不做限制。

在本实施例中，所有第三子电容1301的梳齿状固定电极彼此电连接，所有第四子电容1302的梳齿状固定电极彼此电连接，所有第五子电容2201的梳齿状固定电极彼此电连接，以及所有第六子电容2202的梳齿状固定电极彼此电连接。通过将梳齿状固定电极彼此电连接，使梳齿状固定电极位于同一电位，实现电容变化相同的子电容的并联。

示例性地，如图10-图12所示，导电通路410包括第一导电通路组420，第一导电通路组420包括与所有的第一固定电极1204电连接的第一导电通路4201，与所有的第二固定电极1206电连接的第二导电通路4202。

导电通路410还包括第二导电通路组430，第二导电通路组430包括通过第三固定电极1304的块状支撑块与所有第三固定电极1304电连接的第三导电通路4301，通过第四固定电极1305的块状支撑块与所有第四固定电极1305电连接的第四导电通路4302。

导电通路410还包括第三导电通路组440，第三导电通路组440包括通过第五固定电极2204的块状支撑块与所有第五固定电极2204电连接的第五导电通路4401，通过第六固定电极2206的块状支撑块与所有第六固定电极2206电连接的第六导电通路4402。

导电通路410还包括通过主锚点160的块状支撑块与主锚点160电连接的主导电通路450、以及通过从锚点250的块状支撑块与从锚点250电连接的从导电通路460。

在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。

可以理解的是，在本申请的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定。

以上对本申请实施例所提供的加速度计进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，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申请的限制。

Claims

1.一种MEMS加速度计，其特征在于，所述MEMS加速度计包括第一检测单元（10）以及第二检测单元（20）；

所述第一检测单元（10）包括主质量块（110）、第一加速度检测子单元以及第二加速度检测子单元，所述主质量块（110）与所述第一加速度检测子单元形成针对第一方向加速度的第一检测电容（120），所述主质量块（110）与所述第二加速度检测子单元形成针对第二方向加速度的第二检测电容（130），所述第二方向与所述第一方向相垂直；

所述第二检测单元（20）包括从质量块（210）以及第三加速度检测子单元，所述从质量块（210）与所述第三加速度检测子单元形成针对第三方向加速度的第三检测电容（220），所述第三方向与所述第二方向以及所述第一方向均垂直；

其中，所述主质量块（110）关于所述第二方向偏心设置；

所述主质量块（110）的中部设置有第二镂空槽（1102），所述第一检测单元（10）包括位于所述第二镂空槽（1102）内的主锚点（160），所述从质量块（210）位于所述主质量块（110）的关于所述主锚点（160）的质量相对小的一侧且所述主锚点（160）位于所述第一检测单元（10）的几何中心位置；所述主质量块（110）上设置有至少一个第三镂空槽（1103），所述第三镂空槽（1103）内设置有用于检测第二方向加速度的第三固定电极（1304）以及第四固定电极（1305），所述从质量块（210）与所述至少一个第三镂空槽（1103）均位于所述主锚点（160）的同一侧，且所有所述第三镂空槽（1103）均位于所述主锚点（160）与所述从质量块（210）之间；

所述主质量块（110）在所述第二方向上平动从而实现对于所述第二方向加速度的检测；

所述第一检测单元（10）还包括位于所述主锚点（160）两侧的第一主弹性梁（140）和第二主弹性梁（150），并且所述第一主弹性梁（140）和所述第二主弹性梁（150）沿所述第三方向延伸，其中，所述第一主弹性梁（140）和所述第二主弹性梁（150）的一端分别与所述主质量块（110）固定连接且另一端分别与所述主锚点（160）固定连接。

2.根据权利要求1所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述第一检测单元（10）与所述第二检测单元（20）以平铺方式分布在垂直于所述第一方向的平面上。

3.根据权利要求1所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述第一方向与所述主质量块（110）的厚度方向平行，所述第二方向与所述主质量块（110）的长度方向平行，所述第三方向与所述主质量块（110）的宽度方向平行。

4.根据权利要求1所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述主质量块（110）上设置有第一镂空槽（1101），所述从质量块（210）位于所述第一镂空槽（1101）内，所述主质量块（110）的运动与所述从质量块（210）的运动彼此独立。

5.根据权利要求1所述的MEMS加速度计，其特征在于，在所述从质量块（210）沿所述第三方向发生运动的情况下，所述第三检测电容（220）的极板之间的距离变化量在整个极板的区域内保持一致，并且在所述主质量块（110）沿所述第二方向发生运动的情况下，所述第二检测电容（130）的极板之间的距离变化量在整个极板的区域内保持一致，以及在所述主质量块（110）沿所述第一方向发生运动的情况下，所述主质量块（110）转动，所述主质量块（110）与穿过主锚点（160）且垂直于所述第一方向的平面相交形成两个角度，所述两个角度的变化量的绝对值相同。

6.根据权利要求1所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述第一检测电容（120）包括第一子电容（1201）以及第二子电容（1202），所述第一子电容（1201）以及第二子电容（1202）构成差分电容；

所述第一子电容（1201）包括与所述主质量块（110）的下表面的部分区域（1203）相对设置的第一固定电极（1204），所述第一固定电极（1204）在所述第一方向上与所述主质量块（110）构成第一子电容（1201）；

并且所述第二子电容（1202）包括主质量块（110）的下表面的另一部分区域（1205）相对设置的第二固定电极（1206），所述第二固定电极（1206）在所述第一方向上与所述主质量块（110）构成第二子电容（1202）；

所述第一固定电极（1204）与所述第二固定电极（1206）均为平板电极。

7.根据权利要求4所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述至少一个第三镂空槽（1103）位于所述第一镂空槽（1101）与所述第二镂空槽（1102）之间，并且每个所述第三镂空槽（1103）具有与所述第三方向平行且相对设置的第一内壁（1303）以及第二内壁（1306）。

8.根据权利要求7所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述第二检测电容（130）包括至少一个第三子电容（1301）以及至少一个第四子电容（1302），所述第三子电容（1301）包括所述第三固定电极（1304），所述第四子电容（1302）包括所述第四固定电极（1305），所述第三子电容（1301）各自与对应的所述第四子电容（1302）构成差分电容；

所述第三固定电极（1304）位于所述第三镂空槽（1103）内且与所述第一内壁（1303）平行设置，所述第三固定电极（1304）在第二方向上与所述主质量块（110）构成第三子电容（1301）；

所述第四固定电极（1305）位于所述第三镂空槽（1103）内且与所述第二内壁（1306）平行设置，所述第四固定电极（1305）在第二方向上与所述主质量块（110）构成第四子电容（1302）；

所述第三固定电极（1304）与所述第四固定电极（1305）均为梳齿状电极。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述从质量块（210）的中部设置有第四镂空槽（2101），并且所述第二检测单元（20）包括位于所述第四镂空槽（2101）内的从锚点（250）以及分别位于所述从锚点（250）两侧的第一刚性梁（230）和第二刚性梁（240），所述从锚点（250）位于所述第二检测单元（20）的中心位置，并且所述第一刚性梁（230）和所述第二刚性梁（240）沿所述第三方向延伸，其中，所述第一刚性梁（230）的一端通过第一弹簧（260）与所述从质量块（210）相连接且另一端与所述从锚点（250）固定连接，所述第二刚性梁（240）的一端通过第二弹簧（270）与所述从质量块（210）相连接且另一端与所述从锚点（250）固定连接。

10.根据权利要求9所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述第一弹簧（260）与所述第二弹簧（270）变形的方向与所述第三方向平行。

11.根据权利要求10所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述从质量块（210）上设置有分别位于所述从锚点（250）两侧且关于所述第三方向轴对称的至少一对第五镂空槽（2102），所述第五镂空槽（2102）包括与所述第二方向平行且相对设置的第三内壁（2203）以及第四内壁（2207）。

12.根据权利要求11所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述第三检测电容（220）包括至少一个第五子电容（2201）以及至少一个第六子电容（2202），所述第五子电容（2201）各自与对应的所述第六子电容（2202）构成差分电容；

所述第五子电容（2201）包括位于所述第五镂空槽（2102）内且与所述第三内壁（2203）平行设置的第五固定电极（2204），所述第五固定电极（2204）在所述第三方向上与所述从质量块（210）构成第五子电容（2201）；

所述第六子电容（2202）包括位于所述第五镂空槽（2102）内且与所述第四内壁（2207）平行设置的第六固定电极（2206），所述第六固定电极（2206）在所述第三方向上与所述从质量块（210）构成第六子电容（2202）；

所述第五固定电极（2204）与所述第六固定电极（2206）均为梳齿状电极。

13.根据权利要求12所述的MEMS加速度计，其特征在于，包括支撑层（30）以及导线层（40），所述支撑层（30）用于将所述主锚点（160）、所述从锚点（250）以及固定电极与承载体（50）固定连接并与所述导线层（40）上对应的导电通路（410）电连接，所述导线层（40）用于传输检测电容与信号处理电路之间的电信号。

14.根据权利要求13所述的MEMS加速度计，其特征在于，所述支撑层（30）包括多个块状支撑体（310），所述多个块状支撑体（310）与所述主锚点（160）、所述从锚点（250）以及固定电极以一一对应的方式固定连接，以使所述主锚点（160）、所述从锚点（250）以及固定电极与所述承载体（50）固定连接并与所述导线层（40）上对应的导电通路（410）电连接。

15.根据权利要求14所述的MEMS加速度计，其特征在于，所有第三子电容（1301）的梳齿状固定电极彼此电连接，所有第四子电容（1302）的梳齿状固定电极彼此电连接，所有所述第五子电容（2201）的梳齿状固定电极彼此电连接，以及所有所述第六子电容（2202）的梳齿状固定电极彼此电连接。