CN220490859U - 一种微加速度计及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种微加速度计及电子设备,涉及电子产品技术领域,用于解决微加速度计检测精度较低的问题。具体的,微加速度计包括基体、质量块、固定装置和电极板,质量块与基体沿第一方向排列,质量块包括第一质量块和第二质量块,第一质量块与第二质量块沿第二方向排列,第二方向垂直于第一方向,第一质量块的质量大于第二质量块的质量。质量块相对于基座可偏转活动。基体包括第一表面,第一表面为基体的朝向质量块的表面,电极板层叠设置于第一表面,电极板沿第一方向的反方向上的投影与质量块的至少部分重叠,且与质量块形成电容,电极板上设有多个第一开孔,第一开孔具有第一开口,第一开口朝向质量块。
Description
技术领域
本申请涉及电子产品技术领域,尤其涉及一种微加速度计及电子设备。
背景技术
加速度传感器是一种非常重要的惯性传感及测量器件,广泛应用于航空航天、振动监测、工业控制、地球物理勘探等领域。微机电系统加速度传感器以其体积小、重量轻、成本低、集成度高等优点,在汽车电子及消费类电子产品中获得了大量的应用,并进一步向工业应用领域扩展,具有广阔的市场前景。
但是,微型加速度计在使用时容易受到噪声信号的影响,检测精度降低。微型加速度计的噪声包括电路噪声和机械热噪声。电路噪声是由微型加速度计中的电子元器件产生的,无法避免。机械热噪声是由微型加速度计在振动时产生的,机械热噪声的大小主要受到阻尼系数和温度的影响。在相同温度下,阻尼系数与器件结构有直接关系,微加速度计中的阻尼包括滑膜阻尼和压膜阻尼。在微加速度计中两个平行结构面滑动产生的阻尼称为滑膜阻尼。两个结构面距离发生变化产生的阻尼称为压膜阻尼。
压膜阻尼产生的原因是,微加速度计内部的质量块位移时,质量块与基体之间的间距变小,质量块与基体之间的空气受到压缩。但是,质量块与基体之间的空间较小,空气压缩率较大,空气压缩率较大会造成压膜阻尼增大,进而造成机械热噪声的增大,进一步的降低检测精度。由于滑膜阻尼对空气的压缩率较低,滑膜阻尼可以忽略不计,因此,如何降低压膜阻尼以提高微加速度计的信噪比,进而提高微加速度计的检测精度是现在需要解决的问题。
实用新型内容
本申请实施例提供一种微加速度计及电子设备,用于解决微加速度计检测精度较低的问题。
为达到上述目的,本申请的实施例采用如下技术方案:
第一方面,本申请提供一种微加速度计,包括:基体、质量块、固定装置和电极板,质量块与基体沿第一方向排列,质量块包括第一质量块和第二质量块,第一质量块与第二质量块沿第二方向排列,第二方向垂直于第一方向,第一质量块的质量大于第二质量块的质量。固定装置包括基座,基座包括相对的第一端和第二端,第一端连接于基体,第二端连接于质量块,且第一质量块与第二质量块分别位于基座的两侧,质量块相对于基座可偏转活动。基体包括第一表面,第一表面为基体的朝向质量块的表面,电极板层叠设置于第一表面,电极板沿第一方向的反方向上的投影与质量块的至少部分重叠,且与质量块形成电容,电极板上设有至少一个第一开孔,第一开孔具有第一开口,第一开口朝向质量块。
当电子设备在加速度的作用下产生位移时,电子设备内部的微加速度计也受到加速度力。在加速度力的作用下,质量块相对于基座发生偏转。当受到加速度力时,质量块上各处受到的加速度力相等,由于第一质量块的质量大于第二质量块的质量,在加速度力的作用下,质量块由第一质量块的向第二质量块偏转,或由第二质量块向第一质量块偏转。
质量块相当于一个活动电极,电极板相当于一个固定电极,活动电极与固定电极之间形成电容。在无加速度力时,质量块与电极板之间为第一距离,质量块与电极板之间的电容为初始电容。在有加速度力时,质量块发生偏转,质量块与电极板之间为第二距离,初始电容也随之变化,可以通过电容的变化测量加速度的大小。如此一来,就把微加速度计的加速度物理信号转换成电容的变化,由加速度造成的活动电极与固定电极之间的位移变化转化为微加速度计的电容的变化,并且电容的变化量与位移的大小呈线性关系。
增大了质量块与基体之间空气的容纳空间,降低了质量块与基体之间的空气压缩率,进而降低了质量块与基体之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中,第一开孔贯穿电极板的朝向第一表面的表面。可以进一步提高质量块与基体之间的空气容纳空间,进一步降低质量块与基体之间的空气压缩率,进而降低了质量块与基体之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中,基体包括多个第二开孔,第二开孔包括第二开口,第二开口朝向电极板,多个第二开孔与至少部分的第一开孔相连通。第二开孔进一步增大了质量块与基体之间的空气容纳空间,降低质量块与基体之间的空气压缩率,进而降低了质量块与基体之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中,第二开孔的数量与第一开孔的数量相等,且第二开孔与第一开孔一一相对并连通。增加了第二开孔的数量,进一步增大了质量块与基体之间的空气容纳空间,降低质量块与基体之间的空气压缩率,进而降低了质量块与基体之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中,基体还包括凹槽,凹槽包括第三开口,第三开口朝向电极板,且与至少一个第一开孔相连通。通过设置凹槽与第一开孔相连通,进一步增大了质量块与基体之间的空气容纳空间,降低质量块与基体之间的空气压缩率,进而降低了质量块与基体之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中,电极板包括第一电极板和第二电极板,第一电极板与第二电极板的排列方向平行于第二方向。第一电极板在第一方向的反方向上的正投影在第一质量块内,第二电极板在第一方向的反方向上的正投影在第二质量块内。通过设置第一电极板与第二电极板形成差动电容检测电路,鉴于微机械尺寸很小,故形成电容量极其微弱。为提高测量结果精度,采用差动量测方式。即在差动量测的两部分中,由于在相同环境下受到的干扰噪声基本一样,通过相减排除绝大部分干扰,能极大提高信噪比。
在第一方面的一种可能的实现方式中,多个第一开孔的部分组成第一组开孔,第一组开孔设置于第一电极板上。
在第一方面的一种可能的实现方式中,多个第一开孔的部分组成第二组开孔,第二组开孔设置于第二电极板上。
通过设置第一组开孔,增大了第一质量块与第一电极板之间的空气容纳空间,降低第一质量块与基体之间的空气压缩率,进而降低了第一质量块与基体之间的压膜阻尼。同样的,通过设置第二组开孔,增大了第二质量块与第二电极板之间的空气容纳空间,降低第二质量块与基体之间的空气压缩率,进而降低了第二质量块与基体之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中,凹槽包括第一凹槽,第一凹槽与第一组开孔中的至少一个第一开孔相连通。通过设置第一凹槽与第一开孔相连通,进一步增大了第一质量块与基体之间的空气容纳空间,降低第一质量块与基体之间的空气压缩率,进而降低了第一质量块与基体之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中,第一凹槽包括至少一个第一凹槽部分,第一凹槽部分为长槽,第一凹槽部分的长度方向垂直于第一方向,且垂直于第二方向。第一凹槽部分可以在基体内延伸,以增大第一凹槽的空间。进一步增大了第一质量块与基体之间的空气容纳空间,降低第一质量块与基体之间的空气压缩率,进而降低了第一质量块与基体之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中,第一凹槽还包括至少一个第二凹槽部分,第二凹槽部分为长槽,第二凹槽部分的长度方向垂直于第一方向,且平行于第二方向,第二凹槽部分与第一凹槽部分相连通。通过设置第二凹槽部分进一步增大第一凹槽的空间,进而增大了第一质量块与基体之间的空气容纳空间,降低第一质量块与基体之间的空气压缩率,进而降低了第一质量块与基体之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中,第一凹槽部分的长度方向上的两端分别为第三端和第四端,第二凹槽部分设置于第三端和/或第四端,第二凹槽部分的长度大于第一凹槽部分的宽度,且第一凹槽部分的宽度小于第一电极板的宽度。第一表面包括第一台阶面和第二台阶面,第一台阶面与第二台阶面沿第二方向分别位于第一凹槽部分的两侧,且第一台阶面、第二台阶面分别与第一凹槽部分的内壁面相接,第一电极板承载于第一台阶面与第二台阶面。第一电极板的长度小于或者等于第一凹槽部分的长度。两个第二凹槽部分对称设置于第一凹槽部分,进而增大第一凹槽的容纳空间。
在第一方面的一种可能的实现方式中,凹槽包括第二凹槽,第二凹槽与第二组开孔中的至少一个第一开孔相连通。通过设置第二凹槽与第一开孔相连通,进一步增大了第二质量块与基体之间的空气容纳空间,降低第二质量块与基体之间的空气压缩率,进而降低了第二质量块与基体之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中,第二凹槽包括至少一个第三凹槽部分,第三凹槽部分为长槽,第三凹槽部分的长度方向垂直于第一方向,且垂直于第二方向。第三凹槽部分可以在基体内延伸,以增大第二凹槽的空间。进一步增大了第二质量块与基体之间的空气容纳空间,降低第二质量块与基体之间的空气压缩率,进而降低了第二质量块与基体之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中,第二凹槽还包括至少一个第四凹槽部分,第四凹槽部分为长槽,第四凹槽部分与第三凹槽部分相连通,第四凹槽部分的长度方向垂直于第一方向,且平行于第二方向。通过设置第四凹槽部分进一步增大第二凹槽的空间,进而增大了第二质量块与基体之间的空气容纳空间,降低第二质量块与基体之间的空气压缩率,进而降低了第二质量块与基体之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中,第三凹槽部分包括相对的第五端和第六端,第四凹槽部分的数量设置两个,其中一个第四凹槽部分连接于第五端,另一个第四凹槽部分连接于第六端。两个第四凹槽部分对称设置于第三凹槽部分,进而增大第二凹槽的容纳空间。
在第一方面的一种可能的实现方式中,第一组开孔中的第一开孔的数量大于第二组开孔中的第一开孔的数量。由于第一质量块的质量大于第二质量块的质量,在质量块发生偏转时,第一质量块与基体之间、第二质量块与基体之间的空气压缩率不同。为了平衡第一质量块与基体之间、第二质量块与基体之间的空气压缩率,第一组开孔中的第一开孔设置的更多,使得质量块在偏转时,受力更加均匀。
在第一方面的一种可能的实现方式中,质量块包括相背对的第三表面和第四表面,第三表面朝向电极板,第四表面背对电极板,质量块上设有至少一个通孔,通孔贯穿第三表面与第四表面。通孔的形状与大小与第一开孔可以一致,在其他实施例中,通孔与第一开孔的形状与大小也可以不一致。通孔的横截面形状还可以为方形、椭圆形、异形等。在质量块发生偏转时,质量块与基体之间的空气受到挤压,被挤压的空气可以通过通孔流动,以达到质量块两侧的气压平衡,质量块的两侧是指质量块的朝向基体的一侧以及质量块的背离基体的一侧。如此一来,减小质量块偏转时受到的空气阻尼,进而提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。通孔数量与第一开孔的数量相等且一一相对。
在第一方面的一种可能的实现方式中,固定装置包括至少一个弹性臂,弹性臂的一端连接于基座,质量块连接于弹性臂的另一端。质量块通过弹性臂连接于基座上,弹性臂可以为质量块的偏转提供更大的弹性变形,质量块的偏转行程可以更大。在质量块发生偏转时,质量块与电极板之间的初始电容变化更大,使得加速度力的检测更加精确。
在第一方面的一种可能的实现方式中,质量块包括容置槽,基座的第二端与弹性臂位于容置槽内。弹性臂由一端向另一端与第二方向平行,弹性臂的一端连接于第二端,弹性臂的另一端连接于容置槽的内壁。如此一来,质量块偏转时,弹性臂对质量块的阻力较小,使得加速度力的检测更加精确。
在第一方面的一种可能的实现方式中,容置槽包括相对的第一内壁面和第二内壁面,第一内壁面与第二内壁面沿第二方向排列。弹性臂包括第一弹性臂和第二弹性臂,基座包括相对的第一侧面和第二侧面,第一侧面朝向第一内壁面,第二侧面朝向第二内壁面;第一弹性臂位于基座与第一内壁面之间,第一弹性臂的一端连接于第一侧面,第一弹性臂的另一端连接于第一内壁面;第二弹性臂位于基座与第二内壁面之间,第二弹性臂的一端连接于第二侧面,第二弹性臂的另一端连接于第二内壁面。
在第一方面的一种可能的实现方式中,第一开孔的在第一方向上的高度大于或者等于1微米,且小于或者等于10微米。第一开孔的高度在此范围内时,可以预留出足够的空气容纳空间,进而降低质量块与基体之间的空气压缩率。
在第一方面的一种可能的实现方式中,凹槽在第一方向上的高度小于或者等于100微米。凹槽的高度在此范围内时,可以预留出足够的空气容纳空间,进而降低质量块与基体之间的空气压缩率。
在第一方面的一种可能的实现方式中,基体的第一表面上未被所述电极板覆盖的区域设有至少一个第三开孔。通过设置第三开孔减小质量块偏转时受到的空气阻尼,进而提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中,本申请还提供一种微加速度计,微加速度计包括基体、质量块、固定装置、电极板和第三开孔,质量块与基体沿第一方向排列,质量块包括第一质量块和第二质量块,第一质量块与第二质量块沿第二方向排列,第二方向垂直于第一方向,第一质量块的质量大于第二质量块的质量。固定装置包括基座,基座包括相对的第一端和第二端,第一端连接于基体,第二端连接于质量块,且第一质量块与第二质量块分别位于基座的两侧,质量块相对于基座可偏转活动。基体包括第一表面,第一表面为基体的朝向质量块的表面,电极板层叠设置于第一表面,电极板沿第一方向的反方向上的投影与质量块的至少部分重叠,且与质量块形成电容。基体的第一表面上未被电极板覆盖的区域设有至少一个第三开孔。通过设置第三开孔减小质量块偏转时受到的空气阻尼,进而提高了微加速度计的信噪比,提高微加速度计的检测精度。
第二方面,还提供一种电子设备,包括壳体、电路板以及上述的微加速度计,壳体包括中板,电路板连接于中板上。微加速度计连接于电路板上,且与电路板电连接。
由于本申请实施例提供的电子设备包括如上任一技术方案的微加速度计,因此二者能够解决相同的技术问题,并达到相同的效果。
附图说明
图1为根据本申请一些实施例提供的电子设备的立体图;
图2为根据图1所示的电子设备的分解示意图;
图3为一些实施例提供的图2中沿L-L剖切的结构示意图;
图4为另一些实施例提供的图2中沿L-L剖切的结构示意图;
图5为本申请一些实施例提供的微加速度计的结构示意图;
图6为本申请又一些实施例提供的微加速度计的结构示意图;
图7为图6中的微加速度计在受到加速度力的结构示意图;
图8为本申请再一些实施例提供的微加速度计且对电极板剖切的结构示意图;
图9为图8中沿A-A线剖切的结构示意图;
图10为本申请再一些实施例提供的微加速度计且对电极板以及基体剖切的结构示意图;
图11为本申请再一些实施例提供的微加速度计且对电极板以及基体剖切的结构示意图;
图12为图11中沿B-B线剖切的结构示意图;
图13为本申请再一些实施例提供的微加速度计且对电极板以及基体剖切的结构示意图;
图14为图13中沿C-C线剖切的结构示意图;
图15为本申请再一些实施例提供的微加速度计且对电极板以及基体剖切的结构示意图;
图16为本申请在一些实施例提供的微加速度计且对电极板剖切的结构示意图;
图17为图16中基体上设置电极板的俯视图;
图18为本申请在一些实施例提供的微加速度计且对电极板以及基体剖切的结构示意图;
图19为图18中沿C-C线剖切的结构示意图;
图20为图18中又一些实施例沿C-C线剖切的结构示意图;
图21为本申请再一些实施例提供的微加速度计且对电极板以及基体剖切的结构示意图;
图22为本申请再一些实施例提供的微加速度计且对电极板、基体以及质量块剖切的结构示意图;
图23为本申请再一些实施例提供的微加速度计且对电极板、基体以及质量块剖切的结构示意图;
图24为图23中弹性臂与质量块连接的仰视图;
图25为又一些实施例的图23中弹性臂与质量块连接的仰视图;
图26为本申请在一些实施例提供的微加速度计且对电极板、基体以及质量块剖切的结构示意图;
图27为本申请再一些实施例提供的微加速度计的结构示意图;
图28为基体上设置电极板时的俯视图。
附图标记
100、电子设备;10、屏幕;11、透光盖板;12、显示模组;
20、壳体;21、背盖;22、边框;221、第二表面;22a、插口;
23、中板;23a、容纳槽;30、主电路板;31、第二表面;
40、副电路板;401、USB器件;50、电池;51、连接结构;
60、微加速度计;Z1、第一方向;X1、第二方向;61、基体;611、第一表面;
612、第二开孔;6121、第二开口;
613、凹槽;6131、第三开口;6132、第一凹槽;6134、第一凹槽部分;6135、第二凹槽部分;6133、第二凹槽;6136、第三凹槽部分;6137、第四凹槽部分;614、第三开孔;6141、第四开口;
62、质量块;621、第一质量块;622、第二质量块;623、通孔;624、第三表面;625、第四表面;626、容置槽;6261、第一内壁面;6262、第二内壁面;
63、固定装置;631、基座;6311、第一端;6312、第二端;6313、第一侧面;6314、第二侧面;632、弹性臂;6321、第一弹性臂;6322、第二弹性臂;
64、电极板;641、第一开孔;6411、第一开口;6412、第一组开孔;6413、第二组开孔;
642、第一电极板;643、第二电极板;65、框体。
具体实施方式
在一些实施例中,术语“第一”、“第二”“第三”和“第四”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”“第三”和“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在一些实施例中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
需要理解的是,上文如有涉及术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制;方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
在本申请实施例中,除特别说明之外,描述“平行”均表示允许一定误差范围内的大致平行,该误差范围可以为相对于绝对平行偏差角度小于或者等于5°的范围。描述“垂直”均表示允许一定误差范围内的大致垂直,该误差范围可以为相对于绝对垂直偏差角度小于或者等于5°的范围。
本申请提供一种电子设备。该电子设备可以为用户设备(user equipment,UE)或者终端设备(terminal)等。例如,该电子设备可以为个人数字处理(personal digitalassistant,PDA)、具有无线通信功能的手持设备、计算设备、可穿戴设备、虚拟现实(virtual reality,VR)终端设备、增强现实(augmented reality,AR)终端设备、工业控制(industrial control)设备、无人驾驶(self driving)设备、运输安全(transportationsafety)设备、智慧城市(smart city)设备。其中,大屏显示终端包括但不限于智慧屏、平板电脑(portable android device,PAD)、笔记本电脑、台式电脑、电视机、投影仪等设备。其中,可穿戴设备包括但不限于智能手环、智能手表、智能头戴显示器、智能眼镜等。
请参阅图1和图2,图1为根据本申请一些实施例提供的电子设备100的立体图,图2为根据图1所示的电子设备100的分解示意图。图1和图2所示电子设备100是以手机为例进行的说明。在此实施例中,电子设备100可以包括屏幕10、壳体20、主电路板30、副电路板40和电池50。
可以理解的是,图1和图2以及下文相关附图仅示意性的示出了电子设备100包括的一些部件,这些部件的实际形状、实际大小、实际位置和实际构造不受图1和图2以及下文各附图的限定。此外,当电子设备100为一些其他形态的设备时,电子设备100也可以不包括屏幕10。
在图1和图2所示的实施例中,电子设备100呈矩形平板状。为了方便下文各实施例的描述,建立XYZ坐标系。具体的,定义电子设备100的宽度方向为X轴方向,定义电子设备100的长度方向为Y轴方向,电子设备100的厚度方向为Z轴方向。可以理解的是,电子设备100的坐标系设置可以根据实际需要进行灵活设置,在此不做具体限定。在其他一些实施例中,电子设备100的形状也可以为正方形平板状、菱形平板状、圆形平板状、椭圆形平板状或者异形平板状等等。
屏幕10用于显示图像、视频等。请参阅图2,屏幕10包括透光盖板11和显示模组12(英文名称:panel,也称为显示面板)。透光盖板11与显示模组12层叠设置。具体的,透光盖板11与显示模组12之间可通过胶粘等方式固定连接。透光盖板11主要用于对显示模组12起到保护以及防尘作用。透光盖板11的材质包括但不限于玻璃、陶瓷和塑料。显示模组12可以采用柔性显示模组,也可以采用刚性显示模组。例如,显示模组12可以为有机发光二极管(organic light-emitting diode,OLED)显示模组,有源矩阵有机发光二极体或主动矩阵有机发光二极体(active-matrix organic light-emitting diode,AMOLED)显示模组,迷你发光二极管(mini light-emitting diode)显示模组,微型发光二极管(micro light-emitting diode)显示模组,微型有机发光二极管(micro organic light-emittingdiode)显示模组,量子点发光二极管(quantum dot light emitting diodes,QLED)显示模组,或液晶显示模组12(liquid crystal display,LCD),等等。
壳体20用于保护电子设备100的内部电子器件。请继续参阅图1和图2,壳体20包括背盖21和边框22。背盖21位于显示模组12远离透光盖板11的一侧,并与透光盖板11、显示模组12层叠设置。边框22位于背盖21与透光盖板11之间,且边框22固定于背盖21上。示例性的,边框22可以通过粘胶、卡接、焊接或螺钉连接固定连接于背盖21上。边框22也可以与背盖21为一体成型结构,也即边框22与背盖21为一个整体结构。背盖21的材质包括但不限于金属、陶瓷、塑胶和玻璃。为了实现电子设备100的轻薄化同时保证背盖21的结构强度,背盖21的材质可选为金属。边框22的材质包括但不限于金属、陶瓷、塑胶和玻璃。边框22的材质可与背盖21的材质相同,当然也可不同。
透光盖板11固定于边框22上。具体的,透光盖板11可以通过胶粘固定于边框22上。透光盖板11、背盖21与边框22围成电子设备100的内部容纳空间。该内部容纳空间将显示模组12、主电路板30、副电路板40和电池50容纳在内。
主电路板30用于集成主控制芯片。主电路板30固定于电子设备100的壳体20中。具体的,主电路板30可以固定于显示模组12的朝向背盖21的表面。示例性的,主电路板30可以通过螺纹连接、卡接、胶粘等方式固定于显示模组12的朝向背盖21的表面。在其它实施例中,请参阅图2,电子设备100还包括中板23。中板23固定于边框22的内表面一周。示例性的,中板23可以通过焊接、卡接或胶粘固定于边框22上。中板23也可以与边框22为一体成型结构。中板23的材质包括但不限于金属、陶瓷、塑胶和玻璃。中板23的材质可与背盖21的材质相同,当然也可不同。中板23用作电子设备100的结构“骨架”,主电路板30可以通过螺纹连接、卡接、胶粘、焊接等方式固定于该中板23上,具体的,主电路板30可以固定于该中板23的朝向背盖21的一侧表面上。
主控制芯片例如可以为应用处理器(application processor,AP)、双倍数据率同步动态随机存取存储器(doubledata rate,DDR)以及通用存储器(universal flashstorage,UFS)等。一些实施例中,主电路板30与屏幕10电连接,主电路板30用于控制屏幕10显示图像或视频。
主电路板30可以为硬质电路板,也可以为柔性电路板,还可以为软硬结合电路板。例如,主电路板30可以采用FR-4介质板,也可以采用罗杰斯(Rogers)介质板,还可以采用FR-4和Rogers的混合介质板,等等。这里,FR-4是一种耐燃材料等级的代号,Rogers介质板为一种高频板。
副电路板40固定于电子设备100的壳体20内。副电路板40与主电路板30在Y轴方向上排布。副电路板40可以固定于中板23的朝向背盖21的表面。具体的,副电路板40可以通过螺纹连接、卡接、胶粘或焊接等方式固定于中板23的朝向背盖21的表面。在其他实施例中,当电子设备100不包括中板23时,副电路板40也可以固定于显示模组12朝向背盖21的一侧表面上。具体的,副电路板40可以通过螺纹连接、卡接、胶粘或焊接等方式固定于显示模组12的朝向背盖21的一侧表面上。
副电路板40可以为硬质电路板,也可以为柔性电路板,还可以为软硬结合电路板。副电路板40可以采用FR-4介质板,也可以采用罗杰斯(Rogers)介质板,还可以采用FR-4和Rogers的混合介质板,等等。
副电路板40通过连接结构51与主电路板30电连接,以实现副电路板40与主电路板30之间的数据、信号传输。其中,连接结构51可以为柔性电路板(flexible printedcircuit,FPC)。在其他实施例中,连接结构51也可以为导线或者漆包线。
副电路板40上集成有串行总线(universal serial bus,USB)器件401。该USB器件401可以为USB type-C接口器件、USB type-A接口器件、USB type Micro-B接口器件或者USB type-B接口器件。边框22上对应USB器件401的位置设有插口22a,充电器、耳机、数据线等配件可经由该插口22a与USB器件401电连接,以实现电源、信号以及数据的传输。
电池50固定于电子设备100的壳体20中。电池50位于主电路板30和副电路板40之间。电池50用于为主电路板30、副电路板40、屏幕10等提供电量。一些实施例中,中板23朝向背盖21的表面设有容纳槽23a,电池50安装于该容纳槽23a内。在其他实施例中,当电子设备100不包括中板23时,还可以由主电路板30、副电路板40以及显示模组12的朝向背盖21的一侧表面限定出该容纳槽23a。
电池50可以包括但不限于镍镉电池、镍氢电池、锂电池或其他类型的电池50。并且,本申请实施例中的电池50的数量可以为多个,也可以为一个,本申请实施例中电池50的具体数量以及排布方式可以根据实际需要进行设置。
在电子设备100的使用过程中,为了识别电子设备100的运动使用状态,电子设备100还包括加速度计和陀螺仪。在电子设备100的许多应用中,加速度计和陀螺仪可以独立地或一起工作以分析电子设备100所处的运动状态,以便针对特定的应用确定各种各样的信息。例如,陀螺仪和加速度计可以被用于游戏应用(例如,智能电话或游戏控制器)中以捕获使用者的复杂运动,无人机和其它飞行器可以基于陀螺仪测量确定取向(例如,滚转、俯仰以及偏航),并且车辆可以利用测量来确定方向(例如,用于航位推测法)以及安全性(例如,以识别打滑或翻滚状况)。
下面继续以电子设备100为手机为例进行说明,当加速度计应用于手机时,由于电子设备100的超薄化发展趋势,电子设备100的内部空间越来越小。因此,加速度计的体积也越做越小,可以使用半导体制造技术制造微加速度计。其中,微加速度计是指微机电加速度计,具体的,微机电是指微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem,MEMS)。
下面对微机电系统进行详细介绍,微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem,MEMS),也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等,指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。微机电系统的内部结构一般在微米甚至纳米量级,是一个独立的智能系统。微机电系统是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的,融合了光刻、腐蚀、薄膜、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。微机电系统是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。微机电系统具有微型化、集成化以及可批量生产的特点。其中,微机电系统采用类似集成电路(IC)的生产工艺和加工过程,用硅微加工工艺在一硅片上可同时制造成百上千个微型机电装置或完整的微机电系统。使微机电系统有极高的自动化程度,批量生产可大大降低生产成本。
按照敏感方式分类,微加速度传感器主要包括压阻式、电容式、压电式等。压阻式加速度传感器灵敏度较低;压电式加速度传感器灵敏度高、体积和质量小、性能稳定,但其输出电压灵敏度要受电缆长度的影响,且不适用于低频加速度的测量。与上述换能方式相比,电容式加速度传感器具有结构简单、灵敏度和分辨率高、低频响应好、漂移小、灵敏度温度系数低、能耗低等众多优点。本申请的电子设备100采用电容式的微加速度计。
请继续参阅图2,微加速度计60可以设置于主电路板30上且与主电路板30电连接,或者设置于副电路板40上且与副电路板40电连接。下面以微加速度计60设置于主电路板30上为例进行说明,请参阅图3,图3为一些实施例提供的图2中沿L-L剖切的结构示意图。主电路板30包括第三表面31,图示中的第三表面31为主电路板30的朝向背盖21的表面,但这并不是对本申请的特殊限定。也就是说,微加速度计60也可以设置于主电路板30的朝向显示模组12的表面。微加速度计60与主电路板30之间可以通过胶粘、焊接、卡接等方式连接。
请参阅图4,图4为另一些实施例提供的图2中沿L-L剖切的结构示意图。在其他一些实施例中,主电路板30上设有安装孔(图示中未示出),微加速度计60可以安装于安装孔内,图示中的安装孔的厚度与微加速度计60的厚度相等,也就是图示中的Z轴方向上的厚度。在其他一些实施例中,安装孔的厚度还可以小于微加速度计60的厚度,也就是说,微加速度计60安装于安装孔内后,部分微加速度计60还暴露于主电路板30的外侧,也属于本申请的保护范围。通过设置安装孔,在电子设备100的厚度方向上,可以节省更多的空间,有利于电子设备100的轻薄化发展。换句话说,在同等的电子设备100的空间内,可以为微加速度计60的安装预留出更大的空间。
请参阅图5,图5为本申请一些实施例提供的微加速度计60的结构示意图。微加速度计60包括基体61、质量块62、固定装置63和电极板64。质量块62与基体61沿第一方向Z1排列,图5中以第一方向Z1为Z轴的负方向为例进行说明的,但这并不表示是对本申请的特殊限定,第一方向Z1可以根据微加速度计60安装位置的不同而不同。基体61为形成微加速度计60的载体,基体61可以为单层或多层堆叠结构。当基体61为多层堆叠结构时,基体61包括半导体衬底以及位于半导体衬底表面的介质层。其中,半导体衬底可以为硅衬底、锗衬底、硅锗衬底、碳化硅等。介质层可以为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。
质量块62包括第一质量块621和第二质量块622,第一质量块621与第二质量块622沿第二方向X1排列,第二方向X1垂直于第一方向Z1,图5中是以第二方向X1是X轴的正方向为例进行说明的。在其他一些实施例中,第二方向X1也可以是沿Y轴延伸的。第一质量块621的质量大于第二质量块622的质量。质量块62可以为圆形板状、方向板状、椭圆形板状、异形板状等,图5中是以质量块62为方形板状为例进行说明的。第一质量块621与第二质量块622可以为一体结构件,也可以是单独加工后焊接为一体的。
固定装置63包括基座631,基座631包括相对的第一端6311和第二端6312,第一端6311连接于基体61,第二端6312连接于质量块62,且第一质量块621与第二质量块622分别位于基座631的两侧。基座631包括相对的第一侧面6313和第二侧面6314,第一侧面6313与第二侧面6314的排列方向平行于第二方向X1,基座631的两侧是指,第一侧面6313的背离第二侧面6314的一侧以及第二侧面6314背离第一侧面6313的一侧。在一些实施例中,质量块62还可以包括第三质量块623,第三质量块623形成质量块62与第二端6312连接的部分。简而言之,质量块62以非对称的方式连接于基座631上的。
请参阅图6,图6为本申请又一些实施例提供的微加速度计60的结构示意图。相比较于上述实施例,质量块62还可以不包括第三质量块623,由第一质量块621的部分以及第二质量块622的部分形成质量块62的与第二端6312连接的部分。上述两种实施例都要确保第一质量块621未与第二端6312连接的部分的质量大于第二质量块622未与第二端6312连接的部分的质量。
质量块62相对于基座631可偏转活动,偏转活动是指,根据微加速度计60运动状态的不同,微加速度计60包括两种偏转活动形式,第一种,质量块62以基座631为支点,第一质量块621向远离电极板64的方向移动,第二质量块622向靠近电极板64的方向移动;第二种,质量块62以基座631为支点,第一质量块621向靠近电极板64的方向移动,第二质量块622向远离电极板64的方向移动。在一些实施例中,质量块62可以通过铰接的方式连接于基座631上,以实现质量块62相对于基座631可偏转活动。在其他一些实施例中,基座631可以为弹性件,如此一来,质量块62在外力的作用可以挤压基座631朝向一侧弯曲,以实现质量块62相对于基座631可偏转活动。基座631的弯曲方向可以根据上述两种不同形式的偏转活动朝向不同的方向,对于上述的第一种偏转活动的形式,基座631的第二端6312向第二质量块622的方向弯曲;对于上述的第二种偏转活动的形式,基座631的第二端6312向第一质量块621的方向弯曲。
请继续参阅图6,基体61包括第一表面611,第一表面611为基体61的朝向质量块62的表面,电极板64层叠设置于第一表面611,本实施例是以第一表面611是平面为例进行说明的,但这并不表示是对本申请的特殊限定,也就是说,第一表面611还可以是弧面、曲面等。电极板64沿第一方向Z1的反方向上的投影与质量块62的至少部分重叠,电极板64与质量块62形成电容。
下面对微加速度计60工作时如何检测加速度的工作原理进行详细说明。微加速度计60是一种惯性传感器,能够测量物体的运动状态。微加速度器通过将感受到的加速度以一定比例转化为电信号输出来实现对外界加速度的测量。请参阅图7,图7为图6中的微加速度计60在受到的结构示意图。当电子设备100在加速度的作用下产生位移时,电子设备100内部的微加速度计60在惯性作用下,质量块62相对于基座631发生偏转。下面以电子设备100的一个运动状态为例进行说明,当电子设备100处于沿Z轴的负方向加速的运动状态,也可以是沿Z轴的正方向减速的运动状态。由于第一质量块621的质量大于第二质量块622的质量,第一质量块621的惯性相较于第二质量块622的惯性更大。因此,第一质量块621向远离电极板64的方向移动,第二质量块622向靠近电极板64的方向移动。
质量块62相当于一个活动电极,电极板64相当于一个固定电极,活动电极与固定电极之间形成电容。电子设备100处于静止状态,质量块62与电极板64之间的距离为L1,质量块62与电极板64之间的电容为初始电容,初始电容为电子设备100处于静止状态时的质量块62与电极板64之间的电容。电子设备100处于加速运动或减速运动时,质量块62发生偏转,质量块62与电极板64之间的距离为L2,初始电容也随之变化,可以通过电容的变化测量加速度的大小。如此一来,就把微加速度计60的加速度物理信号转换成电容的变化,由加速度造成的活动电极与固定电极之间的位移变化转化为微加速度计60的电容的变化,并且电容的变化量与位移的大小呈线性关系。
在图7中详述了特定的部件,但是应当理解的是,可以根据电子设备100不同应用和系统的需要使用传感器、处理部件、存储器以及其它电路的其他合适的组合。
但是,上述微加速度传感器在使用时容易产生噪声信号,噪声信号的来源主要包括两个,第一,来源于电路中的噪声;第二,微加速度传感器在工作时产生的机械热噪声。对于电路中的噪声成因主要包括热噪声、闪烁噪声、运算放大器噪声组成。热噪声主要包括电阻的热噪声和MOS管的热噪声。
微加速度计60的噪声除了电路噪声外,另一部分是微结构在振动时产生的机械热噪声。机械热噪声是由于分子无规则的布朗运动引起的,对微加速度计60造成干扰噪声信号,机械热噪声的大小主要受到阻尼系数和温度的影响。机械热噪声的大小与质量块62的质量以及阻尼的阻尼系数有关。微加速度计60受到的阻尼主要来自两个方面:一个是来自质量块62内部的结构阻尼;一个来自质量块62周围的空气阻尼。微加速度计60可以通过增大质量块62的质量和减小阻尼系数来减小噪声。但是,增大质量块62的质量会增加电子设备100的质量,不利于电子设备100的轻薄化发展,所以通常采用减小阻尼系数来降低机械噪声。
通常情况下,结构阻尼远远小于空气阻尼,可以忽略不计。空气阻尼包括滑膜阻尼和压膜阻尼。在微加速度计60中两个平行结构面滑动产生的阻尼称为滑膜阻尼,也就是图7中质量块62相对于基体61做平移运动时产生的阻尼。两个结构面距离发生变化产生的阻尼称为压膜阻尼。也就是图7中质量块62相对于基座631做偏转运动时产生的阻尼。
请继续参阅图7,微加速度计60还包括框体65,框体65与基体61连接于第一表面611,并且与基体61围成容纳腔,电极板64、质量块62以及固定装置63设置于容纳腔内。压膜阻尼产生的原因是,质量块62向下位移时,质量块62与基体61之间的间距变小,质量块62与基体61之间的空气受到压缩。但是,质量块62与基体61之间的空间较小,空气压缩率较大,空气压缩率较大会造成压膜阻尼增大,进而造成机械热噪声的增大,进一步的降低检测精度。
由于滑膜阻尼对空气的压缩率较低,滑膜阻尼可以忽略不计,因此,需要降低压膜阻尼以提高微加速度计60的信噪比,进而提高微加速度计60的检测精度。
信噪比是指一个电子设备100或者电子系统中信号与噪声的比例。这里面的信号指的是来自设备外部需要通过这台设备进行处理的电子信号,噪声是指经过该设备后产生的原信号中并不存在的无规则的额外信号(或信息),并且该种信号并不随原信号的变化而变化。信噪比应该越高越好。狭义来讲是指放大器的输出信号的功率与同时输出的噪声功率的比,常常用分贝数表示,设备的信噪比越高表明它产生的噪声越少。一般来说,信噪比越大,说明混在信号里的噪声越小。
为了解决上述问题,本申请还提供一种微加速度计60,请参阅图8和图9,图8为本申请再一些实施例提供的微加速度计60且对电极板64剖切的结构示意图;图9为图8中沿A-A线剖切的结构示意图。本实施例在上述实施例的基础上,电极板64上设有多个第一开孔641,第一开孔641具有第一开口6411,第一开口6411朝向质量块62。如此一来,增大了质量块62与基体61之间空气的容纳空间,降低了质量块62与基体61之间的空气压缩率,进而降低了质量块62与基体61之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计60的信噪比,进而提高微加速度计60的检测精度。
请继续参阅图8,第一开孔641贯穿至电极板64的朝向第一表面611的表面,也就是说,第一开孔641为通孔,如此一来,可以进一步提高质量块62与基体61之间的空气容纳空间,进一步降低质量块62与基体61之间的空气压缩率,进而降低了质量块62与基体61之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。图8中是以第一开孔641的横截面为圆形为例进行说明的,在其他一些实施例中,第一开孔641的横截面还可以是方形、椭圆形、异形等,此处不做特殊限定。
请参阅图10,图10为本申请再一些实施例提供的微加速度计60且对电极板64以及基体61剖切的结构示意图。基体61包括多个第二开孔612,第二开孔612包括第二开口6121,第二开口6121朝向电极板64,多个第二开孔612与至少部分的第一开孔641相连通。也就是说,第二开孔612的数量小于或者等于第一开孔641的数量,在图10的实施例中,是以第二开孔612的数量小于第一开孔641的数量为例进行说明的。第二开孔612的横截面的形状可以为方形、椭圆形、异形等,此处不做特殊限定。在本实施例中是以第二开孔612的横截面为圆形为例进行说明的,第二开孔612的横截面与第一开孔641的横截面相同,并且,第二开孔612的直径可以与第一开孔641的直径大致相等。第二开孔612进一步增大了质量块62与基体61之间的空气容纳空间,降低质量块62与基体61之间的空气压缩率,进而降低了质量块62与基体61之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
在其他一些实施例中,第二开孔612的直径可以相较于第一开孔641的直径更大,以便于预留出更大的空气容纳空间,进而降低质量块62偏转时的空气压缩率,进一步提高微加速度计60的检测精度。
请参阅图11和图12,图11为本申请再一些实施例提供的微加速度计60且对电极板64以及基体61剖切的结构示意图;图12为图11中沿B-B线剖切的结构示意图。在一些实施例中,第二开孔612的数量与第一开孔641的数量相等,且第二开孔612在第一方向Z1上的投影与第一开孔641重叠,也就是第二开孔612与第一开孔641的形状一致,且大小大致相等。增加了第二开孔612的数量,进一步增大了质量块62与基体61之间的空气容纳空间,降低质量块62与基体61之间的空气压缩率,进而降低了质量块62与基体61之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
请参阅图13,图13为本申请再一些实施例提供的微加速度计60且对电极板64以及基体61剖切的结构示意图。在一些实施例中,基体61还包括凹槽613,凹槽613包括第三开口6131,第三开口6131朝向电极板64,且与至少一个第一开孔641相连通。凹槽613可以与一个第一开孔641相连通,凹槽613也可以与多个第一开孔641中的部分相连通,凹槽613也可以与所有的第一开孔641相连通。请参阅图14,图14为图13中基体61的俯视图。多个第一开孔641在第一方向Z1上的投影位于凹槽613内。通过设置凹槽613与第一开孔641相连通,进一步增大了质量块62与基体61之间的空气容纳空间,降低质量块62与基体61之间的空气压缩率,进而降低了质量块62与基体61之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
请参阅图15,图15为本申请再一些实施例提供的微加速度计60且对电极板64以及基体61剖切的结构示意图。上述实施例是以基体61上未设置第二开孔612为例进行说明的,本实施例与上述实施例的区别在于,基体61上还包括第二开孔612。凹槽613通过第三开口6131与第二开孔612相连通,进而实现凹槽613与第一开孔641的连通。通过设置多个第一开孔641、多个第二开孔612以及凹槽613,进一步增大了质量块62与基体61之间的空气容纳空间,降低质量块62与基体61之间的空气压缩率,进而降低了质量块62与基体61之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
请参阅图16和图17,图16为本申请在一些实施例提供的微加速度计60且对电极板64剖切的结构示意图;图17为图16中基体61上设置电极板64的俯视图。在一些实施例中,电极板64包括第一电极板642和第二电极板643,第一电极板642与第二电极板643的排列方向平行于第二方向X1。第一电极板642在第一方向Z1的反方向上的正投影在第一质量块621内,第二电极板643在第一方向Z1的反方向上的正投影在第二质量块622内。也就是说,第一电极板642与第一质量块621的至少部分相对,第二电极板643与第二质量块622的至少部分相对。
第一质量块621相当于第一活动电极,第一电极板642相当于第一固定电极。因此,第一质量块621与第一电极板642之间形成第一电容。微加速度计60处于静止状态或匀速运动状态时,第一电容具有第一初始电容。当微加速度计60处于加速或减速状态时,第一质量块621相对于基座631偏转,第一质量块621与第一电极板642之间的距离发生变化。第一初始电容也随之变化,可以通过第一初始电容的变化测量加速度的大小。如此一来,就把微加速度计60的加速度物理信号转换成电容的变化。
同样的,第二质量块622相当于第二活动电极,第二电极板643相当于第二固定电极。因此,第二质量块622与第二电极板643之间形成第二电容。微加速度计60处于静止状态或匀速运动状态时,第二电容具有第二初始电容。当微加速度计60处于加速或减速状态时,第二质量块622相对于基座631偏转,第二质量块622与第二电极板643之间的距离发生变化。第二初始电容也随之变化,可以通过第二初始电容的变化测量加速度的大小。如此二来,就把微加速度计60的加速度物理信号转换成电容的变化。
通过设置第一电极板642与第二电极板643形成差动电容检测电路,鉴于微机械尺寸很小故形成电容量极其微弱。为提高测量结果精度,采用差动量测方式。即在差动量测的两部分中,由于在相同环境下受到的干扰噪声基本一样,通过相减排除绝大部分干扰,能极大提高信噪比。
请继续参阅图17,在一些实施例中,多个第一开孔641的部分形成第一组开孔6412,第一组开孔6412设置于第一电极板642上。第一组开孔6412中的第一开孔641可以阵列设置于第一电极板642上。多个第一开孔641的部分还形成第二组开孔6413,第二组开孔6413设置于第二电极板643上。第二组开孔6412中的第一开孔641可以阵列设置于第二电极板643上。第一组开孔6412可以采用方形阵列、环形阵列、曲线阵列等阵列方式设置于第一电极板642上。同样的,第二组开孔6413也可以采用方形阵列、环形阵列、曲线阵列等阵列方式设置于第二电极板643上。通过设置第一组开孔6412,增大了第一质量块621与第一电极板642之间的空气容纳空间,降低第一质量块621与基体61之间的空气压缩率,进而降低了第一质量块621与基体61之间的压膜阻尼。同样的,通过设置第二组开孔6413,增大了第二质量块622与第二电极板643之间的空气容纳空间,降低第二质量块622与基体61之间的空气压缩率,进而降低了第二质量块622与基体61之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
请参阅图18,图18为本申请在一些实施例提供的微加速度计60且对电极板64以及基体61剖切的结构示意图。在一些实施例中,凹槽613包括第一凹槽6132,第一凹槽6132与第一组开孔6412中的至少一个第一开孔641相连通。通过设置第一凹槽6132与第一开孔641相连通,进一步增大了第一质量块621与基体61之间的空气容纳空间,降低第一质量块621与基体61之间的空气压缩率,进而降低了第一质量块621与基体61之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
请参阅图19,图19为图18中沿C-C线剖切的结构示意图。第一凹槽6132包括至少一个第一凹槽部分6134,第一凹槽部分6134为长槽,第一凹槽部分6134的长度方向垂直于第一方向Z1,且垂直于第二方向X1。第一凹槽部分6134可以在基体61内延伸,以增大第一凹槽6132的空间。进一步增大了第一质量块621与基体61之间的空气容纳空间,降低第一质量块621与基体61之间的空气压缩率,进而降低了第一质量块621与基体61之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
请参阅图20,图20为图18中又一些实施例沿C-C线剖切的结构示意图,第一凹槽6132还包括至少一个第二凹槽部分6135,第一凹槽6132还包括至少一个第二凹槽部分6135,第二凹槽部分6135为长槽,第二凹槽部分6135的长度方向垂直于第一方向Z1,且平行于第二方向X1,第二凹槽部分6135与第一凹槽部分6134相连通。在其他一些实施例中,第一凹槽部分6134与第二凹槽部分6135还可以是沿曲线延伸的。通过设置第二凹槽部分6135进一步增大第一凹槽6132的空间,进而增大了第一质量块621与基体61之间的空气容纳空间,降低第一质量块621与基体61之间的空气压缩率,进而降低了第一质量块621与基体61之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
请继续参阅图20,第一凹槽部分6132的长度方向上的两端分别为第三端和第四端,第二凹槽部分6135设置于第三端和第四端,或者第三端和第四端中的一个上,第二凹槽部分6135的长度大于第一凹槽部分6132的宽度,且第一凹槽部分6132的宽度小于第一电极板的宽度。第一表面包括第一台阶面和第二台阶面,第一台阶面与第二台阶面沿第二方向分别位于第一凹槽部分的两侧,且第一台阶面、第二台阶面分别与第一凹槽部分的内壁面相接,第一电极板承载于第一台阶面与第二台阶面。第一电极板的长度小于或者等于第一凹槽部分的长度。两个第二凹槽部分6135对称设置于第一凹槽部分6134,进而增大第一凹槽6132的容纳空间。
请返回参阅图18,凹槽613包括第二凹槽6133,第二凹槽6133与第二组开孔6413中的至少一个第一开孔641相连通。通过设置第二凹槽6133与第一开孔641相连通,进一步增大了第二质量块622与基体61之间的空气容纳空间,降低第二质量块622与基体61之间的空气压缩率,进而降低了第二质量块622与基体61之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
请返回参阅图19,第二凹槽6133包括至少一个第三凹槽部分6136,第三凹槽部分6136为长槽,第三凹槽部分6136的长度方向垂直于第一方向Z1,且垂直于第二方向X1。第三凹槽部分6136可以在基体61内延伸,以增大第二凹槽6133的空间。进一步增大了第二质量块622与基体61之间的空气容纳空间,降低第二质量块622与基体61之间的空气压缩率,进而降低了第二质量块622与基体61之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
请参阅图20,第二凹槽6133还包括至少一个第四凹槽部分6137,第四凹槽部分6137为长槽,第四凹槽部分6137的长度方向垂直于第一方向Z1,且平行于第二方向X1的长槽,第四凹槽部分6137与第三凹槽部分6136相连通。通过设置第四凹槽部分6137进一步增大第二凹槽6133的空间,进而增大了第二质量块622与基体61之间的空气容纳空间,降低第二质量块622与基体61之间的空气压缩率,进而降低了第二质量块622与基体61之间的压膜阻尼。进一步的提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
请继续参阅图20,第三凹槽部分6136包括相对的第五端和第六端,第四凹槽部分6137的数量设置两个,其中一个第四凹槽部分6137连接于第五端,另一个第四凹槽部分6137连接于第六端。两个第四凹槽部分6137对称设置于第三凹槽部分6136,进而增大第二凹槽6133的容纳空间。
请参阅图21,图21为本申请再一些实施例提供的微加速度计60且对电极板64以及基体61剖切的结构示意图。第一组开孔6412中的第一开孔641的数量大于第二组开孔6413中的第一开孔641的数量。由于第一质量块621的质量大于第二质量块622的质量,在质量块62发生偏转时,第一质量块621与基体61之间、第二质量块622与基体61之间的空气压缩率不同。为了平衡第一质量块621与基体61之间、第二质量块622与基体61之间的空气压缩率,设置更多的第一组开孔6412,使得质量块62在偏转时,受力更加均匀。
请参阅图22,图22为本申请再一些实施例提供的微加速度计60且对电极板64、基体61以及质量块62剖切的结构示意图。质量块62包括相背对的第三表面624和第四表面625,第三表面624朝向电极板64,第四表面625背对电极板64,质量块62上设有至少一个通孔623,通孔623贯穿第三表面624与第四表面625。也就是说,通孔623的形状与大小与第一开孔641一致,在其他实施例中,通孔623与第一开孔641的形状与大小也可以不一致。通孔623的横截面形状还可以为方形、椭圆形、异形等。在质量块62发生偏转时,质量块62与基体61之间的空气受到挤压,被挤压的空气可以通过通孔623流动,以达到质量块62两侧的气压平衡,质量块62的两侧是指质量块62的朝向基体61的一侧以及质量块62的背离基体61的一侧。如此一来,减小质量块62偏转时受到的空气阻尼,进而提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
请参阅图23和24,图23为本申请再一些实施例提供的微加速度计60且对电极板64、基体61以及质量块62剖切的结构示意图;图24为图23中弹性臂632与质量块62连接的仰视图。固定装置63包括至少一个弹性臂632,弹性臂632的一端连接于基座631,质量块62连接于弹性臂532的另一端。质量块62通过弹性臂632连接于基座631上,弹性臂632可以为质量块62的偏转提供更大的弹性变形,质量块62的偏转行程可以更大。在质量块62发生偏转时,质量块62与电极板64之间的初始电容变化更大,使得的检测更加精确。
请参阅图25,图25为又一些实施例的图23中弹性臂632与质量块62连接的仰视图。弹性臂632的长度的延伸方向垂直于第一方向Z1,且垂直于第二方向X1。也就是说,弹性臂632的长度的延伸方向垂直于质量块62的偏转方向。如此一来,质量块62偏转时,弹性臂632对质量块62的阻力较小,使得的检测更加精确。
质量块62包括容置槽626,基座631的第二端6312与弹性臂632位于容置槽626内。弹性臂632由一端向另一端与第二方向X1平行,弹性臂632的一端连接于第二端6312,弹性臂632的另一端连接于容置槽626的内壁。
容置槽626包括相对的第一内壁面6261和第二内壁面6262,第一内壁面6261与第二内壁面6262沿第二方向X1排列。弹性臂632包括第一弹性臂6321和第二弹性臂6322,基座631包括相对的第一侧面和第二侧面,第一侧面朝向第一内壁面6261,第二侧面朝向第二内壁面6262;第一弹性臂6321位于基座631与第一内壁面6261之间,第一弹性臂6321的一端连接于第一侧面,第一弹性臂6321的另一端连接于第一内壁面6261;第二弹性臂6322位于基座631与第二内壁面6262之间,第二弹性臂6322的一端连接于第二侧面,第二弹性臂6322的另一端连接于第二内壁面6262。
通过弹性臂632连接质量块62可以为质量块62的偏转提供更大的幅度,以便于质量块62偏转更大的距离,使得电极板64测得电容与初始电容相差更大,以便于提高微加速度计100的检测精度。
请参阅图26,图26为本申请在一些实施例提供的微加速度计60且对电极板64、基体61以及质量块62剖切的结构示意图。在一些实施例中,微加速度计60还包括框体65,框体65与基体61的第一表面611连接形成容纳腔,电极板64、质量块62以及固定装置63设置于容纳腔内。微加速度计60使用时,可以根据适用的电子设备100的不同,可以对容纳腔调整为不同的气压。
在一些实施例中,第一开孔641的在第一方向Z1上的高度大于或者等于1微米,且小于或者等于10微米,也就是图示中的Z轴方向上第一开孔641的高度。第一开孔641的高度在此范围内时,可以预留出足够的空气容纳空间,进而降低质量块62与基体61之间的空气压缩率。
在一些实施例中,凹槽613在第一方向Z1上的高度小于或者等于100微米。也就是图示中的Z轴方向上凹槽613的高度。凹槽613的高度在此范围内时,可以预留出足够的空气容纳空间,进而降低质量块62与基体61之间的空气压缩率。
请参阅图27和图28,图27为本申请再一些实施例提供的微加速度计60的结构示意图,图28为基体61上设置电极板64时的俯视图;在一些实施例中,基体61的第一表面611上未被所述电极板64覆盖的区域设有至少一个第三开孔614。通过设置第三开孔614减小质量块62偏转时受到的空气阻尼,进而提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
在一些实施例中,微加速度计60包括基体61、质量块62、固定装置63、电极板64和第三开孔614,质量块62与基体61沿第一方向Z1排列,质量块62包括第一质量块621和第二质量块622,第一质量块621与第二质量块622沿第二方向X1排列,第二方向X1垂直于第一方向Z1,第一质量块621的质量大于第二质量块622的质量。固定装置63包括基座61,基座61包括相对的第一端和第二端,第一端连接于基体61,第二端连接于质量块62,且第一质量块621与第二质量块622分别位于基座631的两侧,质量块62相对于基座631可偏转活动。基体61包括第一表面611,第一表面611为基体61的朝向质量块62的表面,电极板64层叠设置于第一表面611,电极板64沿第一方向的反方向上的投影与质量块62的至少部分重叠,且与质量块62形成电容。基体61的第一表面611上未被所述电极板64覆盖的区域设有至少一个第三开孔614。上述实施例为仅在基体61上设置第三开孔614的实施例,通过设置第三开孔614减小质量块62偏转时受到的空气阻尼,进而提高了微加速度计60的信噪比,提高微加速度计60的检测精度。
上述实施例是以电子设备100为手机为例进行说明的,但这并不表示对本申请的特殊限定,也就是说,微加速度计60还可以应用于其他电子设备100上。例如,电子设备100为机器人时,可以测量出机器人是在爬坡还是下坡,亦或是摔倒。电子设备100为电脑时,能够动态的检测出电子设备100在使用时的振动,并根据这些振动数据,系统可以智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行,这样可以保护由于振动造成的电子设备100的损坏,比如在颠簸的工作环境以及不小心从高处掉落。当电子设备100为数码相机以及摄像机时,通过微加速度计60检测拍摄时的首部振动,并根据这些振动自动调节向相机的聚焦。
在本说明书的描述中,具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (24)
1.一种微加速度计,其特征在于,包括:
基体;
质量块,所述质量块与所述基体沿第一方向排列,所述质量块包括第一质量块和第二质量块,所述第一质量块与所述第二质量块沿第二方向排列,所述第二方向垂直于所述第一方向,所述第一质量块的质量大于所述第二质量块的质量;
固定装置,所述固定装置包括基座,所述基座包括相对的第一端和第二端,所述第一端连接于所述基体,所述第二端连接于所述质量块,且所述第一质量块与所述第二质量块分别位于所述基座的两侧,所述质量块相对于所述基座可偏转活动;
电极板,所述基体包括第一表面,所述第一表面为所述基体的朝向所述质量块的表面,所述电极板层叠设置于所述第一表面,所述电极板沿所述第一方向的反方向上的投影与所述质量块的至少部分重叠,且与所述质量块形成电容,所述电极板上设有至少一个第一开孔,所述第一开孔具有第一开口,所述第一开口朝向所述质量块。
2.根据权利要求1所述的微加速度计,其特征在于,所述第一开孔贯穿至所述电极板的朝向所述第一表面的表面。
3.根据权利要求2所述的微加速度计,其特征在于,所述基体包括多个第二开孔,所述第二开孔包括第二开口,所述第二开口朝向所述电极板,所述多个第二开孔与至少部分的所述第一开孔相连通。
4.根据权利要求3所述的微加速度计,其特征在于,所述第二开孔的数量与所述第一开孔的数量相等,且所述第二开孔与所述第一开孔一一相对并连通。
5.根据权利要求1-4任一项所述的微加速度计,其特征在于,所述基体还包括凹槽,所述凹槽包括第三开口,所述第三开口朝向所述电极板,且与所述至少一个第一开孔相连通。
6.根据权利要求5所述的微加速度计,其特征在于,
所述电极板包括第一电极板和第二电极板,所述第一电极板与所述第二电极板的排列方向平行于所述第二方向;
所述第一电极板在所述第一方向的反方向上的正投影在所述第一质量块内,所述第二电极板在所述第一方向的反方向上的正投影在所述第二质量块内。
7.根据权利要求6所述的微加速度计,其特征在于,所述多个第一开孔的部分组成第一组开孔,所述第一组开孔设置于所述第一电极板上。
8.根据权利要求7所述的微加速度计,其特征在于,所述多个第一开孔的部分组成第二组开孔,所述第二组开孔设置于所述第二电极板上。
9.根据权利要求7或8所述的微加速度计,其特征在于,所述凹槽包括第一凹槽,所述第一凹槽与所述第一组开孔中的至少一个所述第一开孔相连通。
10.根据权利要求9所述的微加速度计,其特征在于,所述第一凹槽包括至少一个第一凹槽部分,所述第一凹槽部分为长槽,所述第一凹槽部分的长度方向垂直于所述第一方向,且垂直于所述第二方向。
11.根据权利要求10所述的微加速度计,其特征在于,所述第一凹槽还包括至少一个第二凹槽部分,所述第二凹槽部分为长槽,所述第二凹槽部分的长度方向垂直于所述第一方向,且平行于所述第二方向,所述第二凹槽部分与所述第一凹槽部分相连通。
12.根据权利要求11所述的微加速度计,其特征在于,
所述第一凹槽部分的长度方向上的两端分别为第三端和第四端,所述第二凹槽部分设置于所述第三端和/或所述第四端,所述第二凹槽部分的长度大于所述第一凹槽部分的宽度,且所述第一凹槽部分的宽度小于所述第一电极板的宽度;
所述第一表面包括第一台阶面和第二台阶面,所述第一台阶面与所述第二台阶面沿所述第二方向分别位于所述第一凹槽部分的两侧,且所述第一台阶面、所述第二台阶面分别与所述第一凹槽部分的内壁面相接,所述第一电极板承载于所述第一台阶面与所述第二台阶面;
所述第一电极板的长度小于或者等于所述第一凹槽部分的长度。
13.根据权利要求9所述的微加速度计,其特征在于,所述凹槽包括第二凹槽,所述第二凹槽与所述第二组开孔中的至少一个所述第一开孔相连通。
14.根据权利要求8所述的微加速度计,其特征在于,所述第一组开孔中的第一开孔的数量大于所述第二组开孔中的第一开孔的数量。
15.根据权利要求1-4任一项所述的微加速度计,其特征在于,
所述质量块包括相背对的第三表面和第四表面,所述第三表面朝向所述电极板,所述第四表面背对所述电极板,所述质量块上设有至少一个通孔,所述通孔贯穿所述第三表面与所述第四表面。
16.根据权利要求15所述的微加速度计,其特征在于,所述通孔数量与所述第一开孔的数量相等且一一相对。
17.根据权利要求1-4任一项所述的微加速度计,其特征在于,
所述固定装置包括至少一个弹性臂,所述弹性臂的一端连接于所述基座,所述质量块连接于所述弹性臂的另一端。
18.根据权利要求17所述的微加速度计,其特征在于,
所述质量块包括容置槽,所述基座的第二端与所述弹性臂位于所述容置槽内;
所述弹性臂由所述一端向所述另一端与所述第二方向平行,所述弹性臂的所述一端连接于所述第二端,所述弹性臂的所述另一端连接于所述容置槽的内壁。
19.根据权利要求18所述的微加速度计,其特征在于,
所述容置槽包括相对的第一内壁面和第二内壁面,所述第一内壁面与所述第二内壁面沿第二方向排列;
所述弹性臂包括第一弹性臂和第二弹性臂,所述基座包括相对的第一侧面和第二侧面,所述第一侧面朝向所述第一内壁面,所述第二侧面朝向所述第二内壁面;所述第一弹性臂位于所述基座与所述第一内壁面之间,所述第一弹性臂的一端连接于所述第一侧面,所述第一弹性臂的另一端连接于所述第一内壁面;所述第二弹性臂位于所述基座与所述第二内壁面之间,所述第二弹性臂的一端连接于所述第二侧面,所述第二弹性臂的另一端连接于所述第二内壁面。
20.根据权利要求1-4任一项所述的微加速度计,其特征在于,所述第一开孔的在所述第一方向上的高度大于或者等于1微米,且小于或者等于10微米。
21.根据权利要求5所述的微加速度计,其特征在于,所述凹槽在所述第一方向上的高度小于或者等于100微米。
22.根据权利要求1-4任一项所述的微加速度计,其特征在于,所述基体的第一表面上未被所述电极板覆盖的区域设有至少一个第三开孔。
23.一种微加速度计,其特征在于,包括:
基体;
质量块,所述质量块与所述基体沿第一方向排列,所述质量块包括第一质量块和第二质量块,所述第一质量块与所述第二质量块沿第二方向排列,所述第二方向垂直于所述第一方向,所述第一质量块的质量大于所述第二质量块的质量;
固定装置,所述固定装置包括基座,所述基座包括相对的第一端和第二端,所述第一端连接于所述基体,所述第二端连接于所述质量块,且所述第一质量块与所述第二质量块分别位于所述基座的两侧,所述质量块相对于所述基座可偏转活动;
电极板,所述基体包括第一表面,所述第一表面为所述基体的朝向所述质量块的表面,所述电极板层叠设置于所述第一表面,所述电极板沿所述第一方向的反方向上的投影与所述质量块的至少部分重叠,且与所述质量块形成电容;
所述基体的第一表面上未被所述电极板覆盖的区域设有至少一个第三开孔。
24.一种电子设备,其特征在于,包括:
壳体;
电路板,所述壳体包括中板,所述电路板连接于所述中板上;
权利要求1-23任一项所述的微加速度计,所述微加速度计连接于所述电路板上,且与所述电路板电连接。
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CN202320591697.9U CN220490859U (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 一种微加速度计及电子设备 |
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CN202320591697.9U CN220490859U (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 一种微加速度计及电子设备 |
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CN220490859U true CN220490859U (zh) | 2024-02-13 |
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Family Applications (1)
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CN202320591697.9U Active CN220490859U (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 一种微加速度计及电子设备 |
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2023
- 2023-03-17 CN CN202320591697.9U patent/CN220490859U/zh active Active
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GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |