CN204405694U - 一种加速度计的z轴结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种加速度计的Z轴结构，包括衬底、固定电极、质量块，在所述衬底的表面上设置有第一锚点，所述固定电极通过其端部连接在第一锚点上，所述固定电极通过第一锚点悬置在衬底上；在所述衬底的表面上还设置有中间锚点，所述质量块通过中间锚点悬置在固定电极的上方，在所述质量块、固定电极上设置有多个通孔。本实用新型的Z轴结构，固定电极通过第一锚点与衬底连接，使得固定电极与衬底之间具有一定的间隙，这就将衬底到固定电极的形变传输通道切断，减小了固定电极与衬底之间的接触面积，可以有效避免由于外界应力和温度变化引起的衬底的形变传到固定电极上，大大降低了Z轴结构的零点漂移。

Description

一种加速度计的Z轴结构

技术领域

本实用新型属于微机电(MEMS)领域，更准确地说，涉及一种微机电的加速度计，尤其涉及一种加速度计中的Z轴结构。

背景技术

以往的Z轴加速度计都是平板电容式的，质量块的运动模式是类似跷跷板的结构。参考图1，在质量块3下方的衬底1上，会有金属做的两块固定电极2，该固定电极2贴附在衬底1的表面上。质量块3与两块固定电极2分别形成两个电容C1、C2。其中，质量块3通过锚点4支撑在衬底的上方。

这种结构的Z轴结构，其对外界应力、温度变化所引起的形变比较敏感。外界应力和温度变化引起的形变首先作用在衬底1上，进而传到固定电极2上。由于固定电极2是附着在衬底1上面，衬底1的形变直接反映到固定电极2上面。正常情况下，两个固定电极2产生的形变不可能相等，结果就造成在没有加速度计输入的情况下，两个固定电极2对可动质量块3的电容不相等，最终会输出误差信号，反映到芯片上面，这就是Z轴加大速度计的零点偏移。而从设计者的角度，希望零点偏移越小越好。但这种结构的加速度计，外界应力和温度变化引起的零点偏移是无法避免的。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种加速度计的Z轴结构的新技术方案。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种加速度计的Z轴结构，包括衬底、固定电极、质量块，在所述衬底的表面上设置有第一锚点，所述固定电极通过其端部连接在第一锚点上，所述固定电极通过第一锚点悬置在衬底上；在所述衬底的表面上还设置有中间锚点，所述质量块通过中间锚点悬置在固定电极的上方，在所述质量块、固定电极上设置有多个通孔。

优选地，所述固定电极与第一锚点一体成型。

优选地，所述第一锚点邻近中间锚点。

优选地，所述固定电极采用多晶硅材料制成。

优选地，所述固定电极的厚度在5μm以上。

优选地，所述固定电极的下表面还设置有加强结构。

优选地，所述加强结构为网状结构。

本实用新型的Z轴结构，固定电极通过第一锚点与衬底连接，使得固定电极与衬底之间具有一定的间隙，这就将衬底到固定电极的形变传输通道切断，减小了固定电极与衬底之间的接触面积，可以有效避免由于外界应力和温度变化引起的衬底的形变传到固定电极上，大大降低了Z轴结构的零点漂移。

本实用新型的发明人发现，在现有技术中由于外界应力、温度变化所带来的衬底形变会传到固定电极上，从而引起固定电极的形变，使得两个电容的差值不相等。因此，本实用新型所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本实用新型是一种新的技术方案。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。

图1是传统Z轴结构的示意图。

图2是本实用新型Z轴结构的示意图。

图3至图10是本实用新型Z轴结构生产方法的流程示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

传统结构的加速度计，其X轴、Y轴方向均采用平动方式，而Z轴均采用跷跷板式的偏转方式，相对于传统Z轴加速度计结构，本实用新型提供了一种加速度计中的Z轴结构，可以用来检测垂直方向上的Z轴加速度信号。

参考图2，本实用新型提供了一种加速度计的Z轴结构，其包括衬底1、质量块3，还包括两个固定电极2，在所述衬底1的表面上设置有两个第一锚点20，分别用于连接两个固定电极2，所述固定电极2通过其端部连接在第一锚点20上，该第一锚点20与固定电极2可以是一体成型结构，整体呈L形，固定电极2位于水平方向上，而第一锚点20位于垂直方向上。固定电极2与衬底1近似平行设置，由于第一锚点20的设置，使得固定电极2与衬底1的表面之间具有一定的间隙，也就是说，固定电极2通过第一锚点20悬置在衬底1上。固定电极2可以通过单个第一锚点20进行固定，当然，也可以采用多个锚点进行固定。

在两个第一锚点20之间设置有中间锚点4，该中间锚点4固定在衬底1的表面上，所述质量块3通过该中间锚点4弹性悬置在固定电极2的上方。例如质量块3通过弹性梁与中间锚点4连接，使得质量块3弹性支承在衬底1、固定电极2的上方，当然，质量块3与固定电极2之间具有一定的间隙，使得质量块3可与两个固定电极2分别构成两个检测电容，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不再进行赘述。

其中，在质量块3、固定电极2上设置有多个通孔6，可便于固定电极、可动质量块的结构释放。

本实用新型的Z轴结构，固定电极2通过第一锚点20与衬底1连接，使得固定电极2与衬底1之间具有一定的间隙，这就将衬底1到固定电极2的形变传输通道切断，减小了固定电极2与衬底1的接触面积，可以有效地避免由于外界应力和温度变化引起的衬底的形变传到固定电极上，大大降低了Z轴结构的零点漂移。

本实用新型的Z轴结构中，所述第一锚点20邻近中间锚点4。两个第一锚点20对称分布在中间锚点4的两侧，在不影响加速度性能的前提下，使得第一锚点20尽可能地靠近中间锚点4，以便大大较低由于外界应力、温度变化所起来的电容差值。

进一步地，所述固定电极2采用单晶硅材料制成，以提高固定电极2的抗形变能力。所述固定电极2的厚度优选在5μm以上。当然，如果工艺能力可以达到，固定电极2可以做到5μm以下。为了进一步保证固定电极2的强度，可以在固定电极2的下表面设置有加强结构，例如网状的加强筋结构。

参考图3至图10，本实用新型还提供了一种Z轴结构的生产方法，包括以下步骤：

a、在衬底1上沉积第一牺牲层7，该第一牺牲层7可以为氧化硅材料。并在该第一牺牲层7上刻蚀出第一锚点、第一中间锚点的区域；具体地，根据第一锚点、第一中间锚点的形状而定，例如两个第一锚点需要对称分布在第一中间锚点的两侧，故，在第一牺牲层7上也应做出相应的刻蚀区域出来，参考图3。

b、在第一牺牲层7、第一锚点、第一中间锚点的区域沉积固定电极层a，参考图4，该固定电极层a包括位于第一牺牲层7正上方的固定电极，以及位于第一锚点、第一中间锚点区域内的第一锚点20、第一中间锚点21。由于该区域的第一牺牲层7已经被刻蚀掉，所述第一锚点20、第一中间锚点21直接沉积在衬底1上，实现了第一锚点20、第一中间锚点21与衬底1的连接。该固定电极层a可以是多晶硅材料，以便提高固定电极层的强度。

其中，鉴于第一锚点、第一中间锚点区域的影响，为了最终能够得到预定厚度的固定电极层，固定电极层的沉积厚度会大于预定的厚度，然后再进行平整化处理，也就是说，将沉积后的固定电极层进行刻蚀变薄，再进行步骤c。

c、在固定电极层a上刻蚀出固定电极2、第一中间锚点21的图案，并在固定电极2上刻蚀出多个通孔6。也就是说，将固定电极2与第一中间锚点21分离开来，而固定电极2通过第一锚点20连接在衬底上，参考图5。

d、在固定电极2、第一中间锚点21的上方沉积第二牺牲层8，该第二牺牲层8不仅位于固定电极2、第一中间锚点21的上方，而且还沉积到通孔6中，以及第一中间锚点21与固定电极2之间的间隙中去，参考图6。和上述相同的道理，第二牺牲层8的沉积厚度会大于预定的厚度，然后再进行平整化处理，也就是说，将第二牺牲层8进行刻蚀变薄，再进行步骤e。

e、将位于第一中间锚点21正上方的第二牺牲层8刻蚀掉，形成以凹槽80，参考图7；

f、在第二牺牲层8的上方沉积质量块层，此时，质量块层不但沉积到了第二牺牲层8的上方，而且还沉积到凹槽80内，与第一中间锚点21连接在一起。和上述相同的道理，鉴于凹槽80的影响，为了最终能够得到预定厚度的质量块层，质量块层的沉积厚度会大于预定的厚度，然后再进行平整化处理，也就是说，将沉积后的质量块层进行刻蚀变薄，再进行后续的刻蚀工序。

在质量块层上刻蚀出质量块3、第二中间锚点31的图案，其中第二中间锚点31位于第一中间锚点21的正上方；并在质量块3上刻蚀出多个通孔6，参考图8。也就是说，在质量块层上将质量块3和第二中间锚点31刻蚀出来，使得质量块3与第二中间锚点31之间仅通过弹性梁连接在一起，最终。也就是说，本实用新型上述的中间锚点4包括沉积在一起的第一中间锚点21、第二中间锚点31，其中，第一中间锚点21从固定电极层上刻蚀出来，而第二中间锚点31从质量块层上刻蚀出来。沉积在一起的第一中间锚点21与第二中间锚点31构成了用于将质量块3支撑在衬底1、固定电极2上方的中间锚点4。

g、去掉第一牺牲层7、第二牺牲层8，形成了本实用新型的Z轴结构，参考图9。可以通过HF溶液或者气态HF来腐蚀掉第一牺牲层、第二牺牲层8，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不再进行赘述。通过在质量块3、固定电极2上设置的通孔，可以加快第一牺牲层7、第二牺牲层8的腐蚀，将质量块3和固定电极2快速地释放出来。

当然，本实用新型的生产方法，还包括在衬底1上压合外壳5的步骤，从而将各部件封装在外壳5中，参考图10。

步骤a中的第一牺牲层7，步骤d中的第二牺牲层8，不限于氧化硅材料，也可以使用如聚酰亚胺(PI)的有机物材料。

在本实用新型的生产方法中，在固定电极层的沉积过程中，可以通过调整工艺参数，增加其内应力；而在质量块层的沉积过程中，可以通过调整工艺参数，降低其薄膜的内应力。

虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种加速度计的Z轴结构，其特征在于：包括衬底(1)、固定电极(2)、质量块(3)，在所述衬底(1)的表面上设置有第一锚点(20)，所述固定电极(2)通过其端部连接在第一锚点(20)上，所述固定电极(2)通过第一锚点(20)悬置在衬底(1)上；在所述衬底(1)的表面上还设置有中间锚点(4)，所述质量块(3)通过中间锚点(4)悬置在固定电极(2)的上方，在所述质量块(3)、固定电极(2)上设置有多个通孔(6)。

2.根据权利要求1所述的Z轴结构，其特征在于：所述固定电极(2)与第一锚点(20)一体成型。

3.根据权利要求1所述的Z轴结构，其特征在于：所述第一锚点(20)邻近中间锚点(4)。

4.根据权利要求1所述的Z轴结构，其特征在于：所述固定电极(2)采用多晶硅材料制成。

5.根据权利要求1所述的Z轴结构，其特征在于：所述固定电极(2)的厚度在5μm以上。

6.根据权利要求1所述的Z轴结构，其特征在于：所述固定电极(2)的下表面还设置有加强结构。

7.根据权利要求6所述的Z轴结构，其特征在于：所述加强结构为网状结构。