CN205861720U - 一种机械及电学解耦的谐振式加速度计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及到微机电机械系统(MEMS)中的谐振式加速度传感器，特别涉及一种机械及电学解耦的谐振式加速度计。谐振器与质量块相连，质量块通过锚点固定在基体上，加速度计包括两个左右相互独立的质量块，其特征为：左右质量块分别通过各自独立的锚点固定在基体上。克服了谐振式加速度计现有解耦技术的不足，有效的解决谐振式加速度计的锁模问题。

Description

一种机械及电学解耦的谐振式加速度计

技术领域

本发明涉及到微机电机械系统(MEMS)中的谐振式加速度传感器，特别涉及一种机械及电学解耦的谐振式加速度计。

背景技术

谐振式加速度传感器是一种MEMS传感器，锁模问题是目前影响谐振式加速度计实用化的主要问题之一。图1是一种谐振器内置的谐振式加速度计结构。质量块1通过杠杆与两个谐振器相连接，所述质量块的四个顶角处设置有四个锚点2a、2b、2c、2d，且该四个锚点通过四个支撑梁3a、3b、3c、3d与质量块1相连接。由于该谐振式加速度计的两个谐振器共用质量块和锚点，因此一个谐振器的信号很容易干扰到另一个谐振器，从而造成锁模问题。

为了克服以上问题，研究人员提出了如图2所示的结构。该结构将质量块分为分离的左质量块1a和右质量块1b两部分，左右部分的质量块分别通过各自的杠杆与谐振器相连接。所述左质量块的四个顶角处设置有4个锚点2a、2b、2f、2e，且该四个锚点通过四个支撑梁3a、3b、3f、3g与质量块1a相连接，所述右质量块的四个顶角处设置有4个锚点2e、2f、2c、2d，且该四个锚点通过四个支撑梁3e、3h、3c、3d与质量块1b相连接。所述左右质量块共用锚点2e和2f，该结构将左右质量块分开，可以更好的克服锁模问题，但由于左右质量块共用锚点2e和2f，因此他们之间依然有电通路，两个谐振器之间必然会有信号串扰，依然有可能造成锁模问题。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服谐振式加速度计现有解耦技术的不足，有效的解决谐振式加速度计的锁模问题。

本发明的技术方案：一种机械及电学解耦的谐振式加速度计，谐振器与质量块相连，质量块通过锚点固定在基体上，加速度计包括两个左右相互独立的质量块，其特征为：左右质量块分别通过各自独立的锚点固定在基体上。

作为本技术方案的一种改进，在左右两个质量块之间设置有接地隔离带，使得左右质量块形成被接地带包围的独立部分。

作为本技术方案的一种改进，谐振式加速度计的左右电学连接部分分别包括四个电极，四个电极中包括驱动电极和检测电极；

同一谐振器的驱动电极和检测电极分别位于该质量块两侧；

左侧电学连接部分的驱动和检测电极，及右侧电学连接部分的驱动和检测电极，关于整个谐振式加速度计呈对角分布。

本发明的有益效果：(1)左、右质量块及锚点都采用分离设计，隔断了左、右谐振器相互作用的通道，从而消除左右谐振器的耦合作用。

(2)左、右结构被中间部分的接地带完全隔离开，左、右部分都被接地带包裹。此外，左、右侧部分的驱动和检测电极分别位于左、右侧质量块的上下外侧，降低了单谐振器驱动和检测之间的电学串扰；同时，左、右谐振器的驱动和检测位于整个结构的四个顶角处，降低了左、右谐振器驱动和检测之间的电学串扰。从机械和电学上都对两个谐振器进行了解耦。

附图说明

图1为谐振器内置的谐振式加速度计结构图。

图2为质量块分离的谐振式加速度计结构图。

图3为本发明一种机械及电学解耦的谐振式加速度计的结构图。

具体实施方式

本发明的结构图如图3所示，下面结合图3对本发明作更进一步的说明。

如图3所示，一种机械及电学解耦的谐振式加速度计，包括玻璃基底、硅结构层、键合层、引线层和玻璃盖层，所述玻璃基底设置为底层，在所述玻璃基底上设有硅结构层，在所述硅结构层上设有键合层，在所述键合层上设有玻璃盖层，在所述玻璃盖层下表面溅射有引线层。

硅结构层由完全对称的两部分结构组成，包括左质量块1a和右质量块1b。所述左右质量块的中部区域有与用于电学隔离左右质量块的接地带2，左右质量块关于接地带对称，且接地带延伸并包围整个结构层，呈现出回字形接地带16。所述左侧质量块的四个顶角处设置有四个锚点，分别为左上侧锚点2a，左下侧锚点2b，右下侧锚点2c，右上侧锚点2d，且该四个锚点通过四个左质量块支撑梁3a、3b、3c、3d与左质量块1a相连接。所述右侧质量块的四个顶角处设置有四个锚点，分别为左上侧锚点2h，左下侧锚点2e，右下侧锚点2f，右上侧锚点2g，且该四个锚点通过四个右质量块支撑梁3h、3e、3f、3g与右质量块1b相连接。左质量块和右质量块的锚点各自独立并完全电学隔离。所述左侧部分质量块1a敏感轴靠近芯片边缘中点处设置有T型止档结构5a，所述左侧部分质量块1a敏感轴靠近接地带4边缘中点处设置有T型止档结构5b。所述右侧部分质量块1b敏感轴靠近芯片边缘中点处设置有T型止档结构6a，所述右侧部分质量块1b敏感轴靠近接地带4边缘中点处设置有T型止档结构6b。止档结构可以限制质量块在较大加速度输入时的位移，用于保护整体结构在敏感轴向有较大加速度输入情况下的完整性。

所述左上侧杠杆放大机构由外侧至内侧依次设置在左上侧杠杆臂7a上的左上侧杠杆输入梁8a、左上侧杠杆支点梁9a和左上侧杠杆输出梁10a，所述左下侧杠杆放大机构由外侧至内侧依次设置在左下侧杠杆臂7b上的左下侧杠杆输入梁8b、左下侧杠杆支点梁9b和左下侧杠杆输出梁10b，且所述左上侧杠杆输出梁10a、左下侧杠杆输出梁10b对齐并处于同一直线上。所述左上侧杠杆输入梁8a、左上侧杠杆支点梁9a和左上侧杠杆输出梁10a设置于杠杆的同一侧，所述左下侧杠杆输入梁8b、左下侧杠杆支点梁9b和左下侧杠杆输出梁10b设置于杠杆的同一侧。所述左上侧杠杆输入梁8a和左下侧杠杆输入梁8b分别设置在对应的左上侧杠杆臂7a和左下侧杠杆臂7b的外端，且分别与左侧质量块1a相连接。所述左上侧杠杆输出梁10a与左下侧杠杆输出梁10b分别与左侧谐振器11a相连接。所述左上侧杠杆支点梁9a与左下侧杠杆支点梁9b分别与杠杆锚点12a、12b相连接。

所述右上侧杠杆放大机构由外侧至内侧依次设置在右上侧杠杆臂7c上的右上侧杠杆输入梁8c、右上侧杠杆支点梁9c和右上侧杠杆输出梁10c，所述右下侧杠杆放大机构由外侧至内侧依次设置在右下侧杠杆臂7d上的右下侧杠杆输入梁8d、右下侧杠杆支点梁9d和右下侧杠杆输出梁10d，且所述右上侧杠杆输出梁10c、右下侧杠杆输出梁10d对齐并处于同一直线上。所述右上侧杠杆输入梁8c、右上侧杠杆支点梁9c和右上侧杠杆输出梁10c设置于杠杆的同一侧，所述右下侧杠杆输入梁8d、右下侧杠杆支点梁9d和右下侧杠杆输出梁10d设置于杠杆的同一侧。所述右上侧杠杆输入梁8c和右下侧杠杆输入梁8d分别设置在对应的右上侧杠杆臂7c和右下侧杠杆臂7d的外端，且分别与右侧质量块1b相连接。所述右上侧杠杆输出梁10c与右下侧杠杆输出梁10d分别与右侧谐振器11b相连接。所述右上侧杠杆支点梁9c与右下侧杠杆支点梁9d分别与杠杆锚点12c、12d相连接。

所述左侧谐振器11a的一端设置与左侧杠杆的输出端10a、10b相连接，所述左谐振器11a的另一端设置与谐振器锚点13a、13b相连接。所述左谐振器11a的中间段设置有若干梳齿，两侧由内至外分别设置左驱动电极18a、18b，左侧梳齿11a，左检测电极17a，左侧梳齿与驱动电极梳齿以及检测电极梳齿之间形成电容，用于谐振式加速度计的驱动和检测。

所述右谐振器11b的一端设置与右侧杠杆的输出端10c、10d相连接，所述右谐振器11b的另一端设置与谐振器锚点13c、13d相连接。所述右谐振器11b的中间段设置有若干梳齿，两侧由内至外分别设置右驱动电极19a、19b，右侧梳齿11b，右检测电极17b，右侧梳齿与驱动电极梳齿以及检测电极梳齿之间形成电容，用于谐振式加速度计的驱动和检测。

所述左右质量块1a、1b的中间轴线处设置有一定宽度的接地隔离带2，接地隔离带2将左右结构完全隔离。

谐振式加速度计的左右电学连接部分分别包括四个电极，四个电极中包括驱动电极和检测电极；所述左谐振器11a的驱动电极14a和检测电极14b分别位于左侧质量块1a的两侧，左侧电学部分的其余两个电极分别为质量块电极15a和接地电极15b；所述右谐振器11b的驱动电极14c和检测电极14d分别位于右侧质量块1b的两侧，右侧电学部分的其余两个电极分别为质量块电极15c和接地电极15d。左侧电学连接部分的驱动和检测电极，及右侧电学连接部分的驱动和检测电极，关于整个谐振式加速度计呈对角分布，因此同一谐振器的驱动和检测之间，以及不同谐振器的驱动和检测之间的串扰会非常的小，可以有效的克服锁模效应。

所述结构的最外侧有一圈回字形区域是整个谐振式加速度计的接地框16，所述左侧质量块的上下两侧有四个圆孔20a、20b、20c、20d用于键合时将谐振式加速度计的电极引出；所述右侧质量块的上下两侧有四个圆孔21a、21b、21c、21d用于键合时将谐振式加速度计的电极引出；

工作原理：本发明通过左质量块1a和右质量块1b把加速度载荷转换成惯性力，惯性力作用到杠杆放大机构，经过放大后作用到左谐振器11a和右谐振器11b上，两个谐振器一个受到拉力，另一个受到压力，谐振频率分别增大和减小，根据频差获得加速度载荷的大小。

Claims (3)

1.一种机械及电学解耦的谐振式加速度计，谐振器与质量块相连，质量块通过锚点固定在基体上，加速度计包括两个左右相互独立的质量块，其特征为：左右质量块分别通过各自独立的锚点固定在基体上。

2.根据权利要求1所述的一种机械及电学解耦的谐振式加速度计，其特征为：在左右两个质量块之间设置有接地隔离带，使得左右质量块形成被接地带包围的独立部分。

3.根据权利要求1所述的一种机械及电学解耦的谐振式加速度计，其特征为：谐振式加速度计的左右电学连接部分分别包括四个电极，四个电极中包括驱动电极和检测电极；

同一谐振器的驱动电极和检测电极分别位于该质量块两侧；

左侧电学连接部分的驱动和检测电极，及右侧电学连接部分的驱动和检测电极，关于整个谐振式加速度计呈对角分布。