TWI762816B - 經提升靈敏度之z軸加速度計 - Google Patents

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Abstract

本文揭露經嵌入可動結構之Z軸蹺蹺板加速度計。蹺蹺板加速度計可包括經嵌入之質量，其可樞動或轉移而離開蹺蹺板樑體之平面。可樞動或轉移之經嵌入質量可經設置以提升Z軸加速度計之靈敏度，因其相較於蹺蹺板樑體本身提供之位移，可提供較大之Z軸位移。

Description

經提升靈敏度之Z軸加速度計
本發明通常係關於微機電系統（MEMS）之Z軸加速度計。
Z軸加速度計可包括「翹翹板」樑體，其響應於沿Z軸之加速度而樞動。於較高之加速度頻率，樑體之位移(displacement)幅度可能減少。
本文揭露經嵌入可動結構之Z軸蹺蹺板加速度計。蹺蹺板加速度計可包括經嵌入之質量，其可樞動或轉移而離開蹺蹺板樑體之平面。可樞動或轉移之經嵌入質量可經設置以提升Z軸加速度計之靈敏度，因其相較於蹺蹺板樑體本身提供之位移，可提供較大之Z軸位移。
根據本發明之樣態，微機電系統Z軸蹺蹺板加速度計包含基板、固定錨，及透過固定錨連接於基板之樑體，該樑體經設置以繞第一軸樞動。第一軸平行於基板。樑體相對於第一軸不對稱分佈。微機電系統Z軸蹺蹺板加速度計包含驗證質量，其經耦合至樑體，且經設置以相對樑體繞異於第一軸之第二軸樞動。
根據本發明之樣態，其提供操作微機電系統Z軸加速度計之方法。加速度計包含基板、固定錨、透過固定錨連接於基板之樑體，及耦合於樑體之驗證質量。該方法包含利用至少一偵測電容量偵測樑體相對基板之位置之一指示；及輸出指示至少一偵測電容量之一訊號。樑體經設置以繞第一軸樞動，第一軸平行於基板。驗證質量經設置以相對樑體繞異於第一軸且平行於基板之第二軸樞動。
根據本發明之樣態，微機電系統Z軸加速度計包含基板、固定錨，及透過固定錨連接於基板之樑體。樑體經設置以繞第一軸樞動，第一軸平行於基板。微機電系統Z軸加速度計包含經嵌入於樑體之驗證質量。驗證質量經配置可相對於樑體之樞動平面垂直面外轉移。
本發明之樣態關於微機電系統之Z軸加速度計，其具有樞動樑體，該樞動樑體具有驗證質量，其係經設置以相對樑體移動。於某些實施例，驗證質量可經設置以樞動出樑體之平面、轉移出樑體之平面或樞轉且轉移出樑體之平面。響應Z方向之加速度，與樑體相比，經耦合至樑體之驗證質量可經設置以較大幅度相對基板移動，至少於加速度計之目標操作頻率。相較未具有驗證質量，驗證質量相對樑體之移動可提升加速度計之靈敏度。於某些實施例，經提升靈敏度之頻率範圍可包括2 kHz至16 kHz。於某些實施例，操作頻率係可為11.6 kHz、12.1 kHz或13.7 kHz，但其他頻率亦為可行，本發明此處論述之樣態並不限於該等特定頻率。
發明人進一步認識到，使用經設置相對於樑體之樞動平面移動之驗證質量，可提升樞動樑體（或稱「翹翹板」）型Z軸加速度計之靈敏度。Z軸翹翹板加速度計可包括基板、至少一固定錨，及樑體，樑體耦合至至少一固定錨且經設置以繞平行於基板之第一軸樞動。然而，樑體之位移幅度可隨著施加於加速度計之加速度頻率增加而減少，舉例而言，當施加之加速度頻率增為平方時，位移幅度減少。因此，於較高頻率操作時，加速度計之靈敏度可能降低，且於某些較高頻率下，加速度計有時過於不靈敏而不實用。發明人認識到，即使於較高頻率下，也能增加微機電系統之Z軸翹翹板加速度計靈敏度之手段。於某些實施例，該手段係可為經耦合於樑體且經配置以相對於樑體移動之驗證質量。響應於Z方向加速度，經耦合至樑體之驗證質量可具有位移剛度，其異於樑體響應於相同Z方向加速度之位移剛度。某些實施例可包括至少二驗證質量，其等可相對樑體移動。
根據本發明之其一樣態，蹺蹺板加速度計包含經設置以繞第一軸樞動之樑體，及經耦合至樑體且經設置以相對樑體繞異於第一軸之第二軸樞動之驗證質量。樑體係可抵持於或懸掛於基板之上，且第一軸及第二軸可平行於基板。於某些實施例，第二軸係可平行於第一軸，或於其他實施例，第二軸可垂直於第一軸。於某些實施例，第二軸可平行於樑體之平面。與未具驗證質量之加速度計相比，驗證質量相對於樑體之樞動關係可形成加速度計經提升之靈敏度，由於響應於輸入之加速度，驗證質量可提供加速度計較大之位移。
根據本發明之其一樣態，蹺蹺板加速度計包含經設置以繞第一軸樞動之樑體，及經耦合至樑體且經設置以自樑體面外轉移之驗證質量。即，於某些實施例，驗證質量可經設置未繞第一軸樞動。發明人已認識到，經耦合至蹺蹺板加速度計之樑體且經設置以相對樑體樞動平面面外轉移之驗證質量可提升加速度計之靈敏度，因其響應輸入之加速度，可提供較大之位移。於某些實施例，面外轉移係可為垂直於該平面。
本發明之樣態可提供經不同方式設置之樑體。於某些實施例，樑體可包括第一部分及第二部分。於某些實施例，樑體可進一步包括第三部分。第一部分係可鄰近於第二部分，且第二部分係可位於第一部分及第三部分之間。樑體之第一部分及第二部分係可透過第一軸獨立。於樑體包括第一部分及第二部分之實施例中，第二部分之質量可大於樑體第一部分之質量。於樑體包括第一、第二及第三部分之實施例中，第二及第三部分之結合質量可大於樑體第一部分之質量。
根據本發明之樣態，驗證質量可相對樑體位於不同位置。於某些實施例，驗證質量可經耦合至樑體之第一部分、第二部分或第三部分之任一者。於某些實施例，驗證質量經嵌入樑體之至少一部分。於某些實施例，驗證質量可經樑體部分或全部圍繞。於某些實施例，驗證質量未必嵌入於樑體之一部分，舉例而言，驗證質量可經耦合至樑體之外緣。於某些實施例，樑體可經設置於遠離第一軸之一部分，其可提升加速度計之靈敏度。
本發明之樣態提供驗證質量可經耦合至樑體之不同位向。於某些實施例，驗證質量包括鄰近第一軸之第一側邊及遠離第一軸之第二側邊。於某些實施例，第一側邊可耦合至樑體，或第二側邊可耦合至樑體，或者，於某些實施例，驗證質量之第一側邊及第二側邊皆可耦合至樑體。
根據本發明之其一樣態，驗證質量可透過不同結構耦合至樑體。於某些實施例，驗證質量可透過至少一彈簧或繫繩耦合至樑體。至少一彈簧係可為至少一扭力彈簧。至少一彈簧係可為至少一彎曲彈簧。於某些實施例，該等彈簧同時包括扭力彈簧及彎曲彈簧。
根據本發明之樣態，加速度計可包括異於樑體及驗證質量之結構。舉例而言，可提供偵測、驅動及/或自我測試電極。於某些實施例，可包括訊號電極，其係可為驅動及/或偵測電極。於某些實施例，該等電極位於基板上，例如訊號電極。於某些實施例，該等電極位於樑體上。可選地，或，此外，樑體本身可形成至少一電極。該等電極可位於，或由樑體之第一、第二及第三部分之任一者組成。電極可經設置於基板上且位於樑體至少一部分之下。於某些實施例具有至少二電極，各電極連接於樑體之相異偵測區域。偵測區域可包含樑體朝向電極之區域。偵側區域可包括樑體具有驗證質量之一部分、樑體未具驗證質量之一部分、驗證質量或樑體之其他結構。於某些實施例，驅動電極可用於提供驅動訊號至樑體。驅動訊號係可透過經設置於基板上且於樑體下方之第一驅動電極及第二驅動電極提供至樑體。於至少某些實施例，驅動訊號係可為差分驅動訊號。
樑體及/或電極可偵測樑體相對於基板之位移。電極及樑體可形成至少一偵測電容器，其各自響應樑體之移動，於電極與樑體之間提供變動之偵測電容量。至少一偵測電容器可提供差分輸出或擬差分輸出。於某些實施例，可由樑體提供差分輸出。偵測電容器之輸出可用於決定加速度計之加速度。相較於未具驗證質量之組態，與經配置相對樑體移動之驗證質量一同配置時，偵測電容器可提供較高靈敏度之訊號。驗證質量可使來自偵測電容器之訊號彼此不完全差分。
本發明之樣態可提供樑體，其經配置以提供樑體之至少二實質相同偵測區域。於某些實施例，其等區域係可為包括樑體一部分之第一偵測區域，及包括驗證質量之第二偵測區域。於某些實施例，配置樑體使第一及第二偵測區域為實質相同係為有益。
根據本發明之樣態，樑體可包括至少一結構以提供至少二實質相同之偵測區域。於某些實施例，樑體可包括樑體內之至少一第一開口。第一開口可鄰近驗證質量。於某些實施例，至少一彈簧可鄰近樑體之至少一第一開口。自至少一彈簧穿越第一軸之部分樑體可包括至少一短線，其經設置與至少一彈簧佔據樑體之實質相同之區域。自至少一第一開口穿越第一軸之部分樑體可包括至少一第二開口，其經設置與至少一第一開口佔據樑體之實質相同之區域。至少一彈簧、至少一短線、至少一第一開口及至少一第二開口可經設置以提供兩個實質相同之偵測區域。於某些實施例，第一開口及第二開口可提供用於樑體之應力釋放。
進一步於下方論述前述之樣態與實施例及其他之樣態及實施例。該等樣態及/或實施例可單獨、全部，或由至少二者之組合使用，本發明並不限於此。
圖1A係為本發明微機電系統Z軸加速度計100之其一例示性實施例之示意圖。微機電系統Z軸加速度計100係可為翹翹板加速度計，其可於本文改稱為樞動樑體加速度計。微機電系統Z軸加速度計100可經設置以偵測Z方向之加速度。微機電系統Z軸加速度計100可包含樑體110、驗證質量120、基板130及至少一固定錨140。
於某些實施例，響應Z方向之加速度，樑體110可相對基板130移動。圖1A描繪本發明微機電系統Z軸加速度計100之其一實施例之示意圖，其中Z方向施加之加速度係為0g。圖1B描繪本發明微機電系統Z軸加速度計100之其一實施例之示意圖，其中Z方向施加之加速度係為大於0g之加速度。
於某些實施例，樑體110可繞第一軸192樞動。樑體110可經設置於樞動平面(pivoting plane)。第一軸192可與固定錨140對齊，使樑體110繞固定錨140樞動。於某些實施例，第一軸192與樑體110共平面。於某些實施例，第一軸192係實質平行於基板130。
根據本發明之樣態，樑體110可經設置於或包含至少一部分。於某些實施例，樑體110可包括第一部分112、鄰近第一部分112之第二部分114，及鄰近第二部分114之第三部分116。於某些實施例，該等部分係可實質為矩形。第一部分112可透過樑體所繞樞動之第一軸192獨立於第二部分114。於某些實施例，第一部分112及第二部分114可透過異於第一軸192之軸獨立。於某些實施例，第二部分114可透過實質相似之方式獨立於第三部分116。
樑體110可經配置使透過第一軸192分離樑體110之兩側質量之質量不平衡。第二部分114及第三部分116之結合質量可大於、小於，或於某些實施例實質等於第一部分112之質量。於其一實施例，第一部分112透過第一軸192獨立於第二部分114，且第二部分114及第三部分116共同形成樑體之一部分。於第二部分114及第三部分116之結合質量大於第一部分112之組態，加速度計100係可為翹翹板加速度計。於至少一樣態，樑體110可相對於一軸呈不對稱分佈。該軸係可為第一軸192。於某些實施例，樑體110可相對於X-Y平面之形狀呈不對稱分佈。於某些實施例，樑體110係可相對於質量分佈呈不對稱。樑體110可進一步包括開口或其他結構，其等用於配置樑體質量及/或樑體不同部分之質量。第一部分112、第二部分114及第三部分116之質量可經配置使樑體110響應Z方向之加速度樞動。
本發明之樣態亦具有驗證質量120。驗證質量120可經設置以提升微機電系統Z軸加速度計100於Z方向加速度之靈敏度。於某些實施例，驗證質量120可相對樑體110移動。於某些實施例，驗證質量120可相對樑體110朝面外方向移動。驗證質量120可相對樑體樞動及/或轉移。於圖1B及圖1C之例示性實施例，驗證質量120相對於樑體110繞第二軸194樞動，第二軸194實質平行於第一軸192。
於某些實施例，驗證質量120可繞第二軸194樞動。第二軸194可異於第一軸192。驗證質量120經設置以響應Z方向之加速度繞第二軸194樞動。於圖1C之例示性實施例，驗證質量120可繞第二軸194樞動，第二軸194實質平行於第一軸192，且實質平行於基板130。於例示性實施例，第二軸194與第一軸192沿著垂直第一軸192之方向而分隔。但本發明並不限於此，第二軸194可以相對第一軸192之任意其他配置進行設置。舉例而言，第二軸194可經配置實質垂直於第一軸192，或於未實質平行或垂直於第一軸192之一角度配置。第一軸192可經設置於樑體110之平面，或可經設置於樑體110之平面外。
於某些實施例，驗證質量120可透過不同方式相對樑體110配置。於圖1C之例示性實施例，驗證質量120經配置於樑體110之第二部分114。但本發明並不限於此，樑體110可經其他方式配置。舉例而言，於某些實施例，驗證質量120經配置於樑體110之第一部分112，或樑體110之第三部分116。於某些實施例，驗證質量120可部分嵌入樑體110之至少一部分。於圖1C之例示性實施例，驗證質量120可經配置以嵌入樑體110之第二部分114。於某些實施例，驗證質量120可部分或完全經樑體110圍繞。於某些實施例，驗證質量120可耦合至樑體110之外緣，藉此並未嵌入樑體110，舉例而言，如圖4所示之例示性實施例。
根據本發明之樣態，驗證質量120可透過不同位向耦合至樑體110。驗證質量120可包含第一側邊122及第二側邊124。第一側邊122及第二側邊124可經配置實質平行於第一軸192。但本發明並不限於此，第一側邊122及第二側邊124可配置實質垂直於第一軸192，或以未實質平行或垂直於第一軸192之一角度配置。第一側邊122可鄰近第一軸192，且第二側邊124可遠離第一軸192。於圖1C之例示性實施例，驗證質量120之第二側邊124經耦合至樑體110。但本發明並不限於此，驗證質量120之任一側邊可經耦合至樑體110。於某些實施例，驗證質量120之第一側邊122可耦合至樑體110。於其他實施例，驗證質量120異於第一側邊122及第二側邊124之一側邊可經耦合至樑體110。舉例而言，於驗證質量經配置實質為矩形柱體之組態，驗證質量120實直垂直於第一側邊122及第二側邊124之一側邊可經耦合至樑體110。
驗證質量120可藉由合適類型、形狀、尺寸及位向之至少一彈簧耦合至樑體110。圖1C描繪驗證質量120透過彈簧128耦合至樑體110。該等彈簧係沿第二軸194配置，其中，驗證質量120相對樑體110繞第二軸194樞動。於圖1C之例示性實施例，驗證質量120透過四個扭力彈簧耦合至樑體110。但本發明並不限制耦合於驗證質量120及樑體110之間之彈簧數量，亦可使用任意合適數量之彈簧。扭力彈簧之結構具有些許剛度，使其可繞樞動軸樞動，但本發明之扭力彈簧並不限於此樣態。於某些實施例，相對於扭力彈簧，樑體110及/或驗證質量120可視為剛性及/或堅固材質。於某些實施例，驗證質量120透過至少一彎曲彈簧耦合至樑體110。彎曲彈簧之結構具有些許剛度，使其可自一位置轉移，但本發明之彎曲彈簧並不限於此樣態。於某些實施例，相對於彎曲彈簧，樑體110及/或驗證質量120可視為剛性及/或堅固材質。彈簧128可透過不同長度、截面積及材質之配置，以達到所需扭轉及/或彎曲之剛性及/或剛度。
本發明之樣態亦提供不同形狀之驗證質量。於圖1C之例示性實施例，驗證質量120經實質塑型為矩形柱體。但本發明並不限於此，驗證質量120可具有其他形狀，舉例而言，三角柱體或其他可能形狀之柱體。
根據本發明之樣態，加速度計可包括至少二驗證質量。當具有至少二驗證質量時，其等可透過實質相似於驗證質量120之至少一樣態設置。當具有至少二驗證質量時，其等可相對樑體對稱配置。舉例而言，至少二驗證質量可經配置鏡面對稱及/或轉移於實質垂直於第一軸之一軸。於某些實施例，至少二驗證質量可經配置鏡面對稱及/或轉移於第一軸。
於某些實施例，樑體110可經配置使樑體110各部分具有實質相同之偵測區域。為設置上述部分之實質相同偵測區域，樑體可包括一些元件，其等位於樑體110遠離驗證質量120之一部分上，及樑體110鄰近驗證質量之一部分上。
樑體110可包括至少一第一開口150。第一開口可鄰近驗證質量120。第一開口150可經設置使驗證質量120及樑體110之間具有間隙，其可允許驗證質量120相對樑體110自由移動。於圖1C之例示性實施例，第一開口150鄰近驗證質量120及樑體110。第一開口150可圍繞驗證質量120，且第一開口150可經樑體110圍繞。
根據本發明之樣態，第一開口150可包括經不同方法配置之至少一側邊。第一開口150可包括第一側邊152及第二側邊154。第一開口150可包括異於第一側邊152及第二側邊154之至少一側邊。
第一開口150之該等側邊可經配置為不同尺寸。於圖1C之例示性實施例，第一開口150之第二側邊154寬於第一開口150之第一側邊152。於某些實施例，第一側邊152可寬於第二側邊154，或與第二側邊154實質同寬。
第一開口150之該等側邊可相對樑體110於不同角度設置。第一側邊152及第二側邊154可經設置實質平行於第一軸192。但本發明並不限於此，第一側邊152及第二側邊154可經設置實質垂直於第一軸192，或以未實質平行或垂直於第一軸192之一角度設置。
第一開口150之該等側邊可相對樑體110經設置於不同位置。於某些實施例，第一側邊152可鄰近第一軸192且第二側邊154可遠離第一軸192。於某些實施例，第一側邊152可遠離第一軸192且第二側邊154可鄰近第一軸192。
第一開口150可透過不同方式相對驗證質量120及/或彈簧128配置。於某些實施例，第一開口150較寬之一側邊係可為鄰近經耦合至樑體110之驗證質量120之一側邊。於某些實施例，第一開口150較寬之一側邊係可為鄰近經設置彈簧128之驗證質量120之一側邊。於某些實施例，彈簧128可經設置於第一開口150較寬之一側邊。於圖1C之例示性實施例，第二側邊154寬於第一側邊，且第二側邊鄰近驗證質量120之第二側邊124。於第二側邊124透過扭力彈簧128耦合至樑體110之實施例中，彈簧128經設置於第一開口150之第二側邊154。
於某些實施例，至少一結構可經配置於樑體110自驗證質量120穿過第一軸192之部分上。該等結構可經設置使連接至樑體110之複數電極中之每一者各自耦合至實質相同之偵測區域。於加速度計具有兩電極之組態，該等結構可經設置使樑體110之兩部分具有實質相同之偵測區域。於圖1C之例示性實施例，驗證質量120及第一開口150經設置於樑體110之第二部分114。於該例示性實施例，第二開口160經設置於樑體110之第一部分112，其由第一開口150穿越第一軸192。
於某些實施例，樑體110可包括至少一第二開口160。第二開口160可經設置使樑體110之兩部分至第一軸192或另一軸具有相同距離，形成樑體110實質相同之偵測區域。
根據本發明之樣態，第二開口160可包括透過不同方式設置之至少一側邊。第二開口160可包括第一側邊162及第二側邊164。第二開口160可包括異於第一及第二側邊162及164之至少一側邊。
第二開口160之該等側邊可經設置為不同尺寸。於例示性實施例，第二開口160之第二側邊164寬於第二開口160之第一側邊162。於某些實施例，第一側邊162可寬於第二側邊164，或與第二側邊164實質同寬。
第二開口160之該等側邊可相對樑體110以不同角度設置。第一側邊162及第二側邊164可經設置實質平行於第一軸192。但本發明並不限於此，第一側邊162及第二側邊164可經設置實質垂直於第一軸192，或以未實質平行或垂直於第一軸192之一角度設置。
第二開口160之該等側邊可相對樑體110經設置於不同位置。於某些實施例，第一側邊162可鄰近第一軸192且第二側邊164可遠離第一軸192。於其他實施例，第一側邊162可遠離第一軸192且第二側邊164可鄰近第一軸192。
於至少一層面，第二開口160及第一開口150可至少部分對稱。於第二開口160及第一開口150至少部分鏡面對稱及/或轉移於第一軸192之層面，該等兩開口可至少部分對稱。第一開口之第一側邊152及第二開口之第一側邊162可與第一軸192等距及/或具有實質相同之寬度。第一開口150之第二側邊154及第二開口160之第二側邊164可與第一軸192等距及/或具有實質相同之寬度。第一開口150及第二開口160可於X-Y平面佔據實質相同之區域。
第二開口160可包括至少一短線168。短線168經設置可跨越開口160且位於第一側邊162、第二側邊164或其他側邊。短線168經設置於第二開口160較寬側邊之部分可使彈簧128及短線之該部分於X-Y平面佔據實質相等之區域。於某些實施例，短線168可提供樑體110之結構性支持。
圖1C僅描繪位於第二開口160第二側邊164之短線，但應理解本發明並不限於此。短線可經設置於開口之任一側邊，舉例而言，如圖8C（於下方論述）所示，於第一側邊與第二側邊間之側邊，或於第一側邊。短線可位於第二開口160之所有或多數側邊。根據本發明之樣態，短線可經設置以具有足夠剛度或足夠數量，使樑體經第二開口160圍繞之部分無法相對於樑體顯著移動，即使於短線只位於開口單一側邊之情況下亦然，如圖1C所示。
本發明之微機電系統Z軸加速度計100可包括基板130。於圖1A及圖1B之例示性實施例，基板130經設置於X-Y平面。樑體110可透過固定錨140連接至基板130，且樑體110可經設置於基板130上方。樑體110可抵持於或懸掛於基板130之上。於某些實施例，可透過位於基板上之不同結構達成樑體之懸掛或抵持。
於某些實施例，基板130可包括其他結構。於某些實施例，基板130可包括至少一偵測電極、驅動電極及/或自我測試電極。於圖1A及圖1B之例示性實施例，加速度計包括第一電極132、第二電極134及自我測試電極136。第一電極132及第二電極134可包含驅動及/或偵測電極。於例示性實施例，該等電極經設置於基板130之上。於例示性實施例，各電極耦合至樑體110之一部分。但本發明並不限於此，該等電極可透過其他方式設置，舉例而言，位於樑體110之上，或設置於其他基板上。
於不同實施例中，第一電極132及第二電極134可經設置獨立運作。於某些實施例，第一電極132及第二電極134可提供驅動訊號，且樑體110及/或驗證質量120經設置以提供自樑體110及/或驗證質量120相對基板130之位移所取得之偵測訊號。於某些實施例，該等第一及第二電極132及134可經設置以提供偵測訊號，其指示樑體110及/或驗證質量120相對基板130之位移。
微機電系統Z軸加速度計100可包括偵測（感測）電容器。於某些實施例，樑體110可與第一電極132及第二電極134之每一者形成偵測電容器。於圖1A及圖1B之例示性實施例，第一電極132朝向樑體110之第一部分112，其作為第一偵測部分，並形成第一偵測電容器。第二電極134朝向驗證質量120及樑體110之第二部分114，其作為第二偵測部分，並形成第二偵測電容器。但本發明並不限於此，各電極可經設置朝向任一部分、或樑體110之任何複數部分及/或可經設置透過驗證質量120之任何配置方式朝向驗證質量120，藉以形成不同偵測電容器。樑體110之該等偵測部分可經設置以具有朝向該等電極之實質相同偵測區域，如本發明所述。
偵測電容器之電容量可經使用以測量樑體110之加速度。第一偵測電容器之電容量可隨樑體110及基板130之間距離改變而改變。第二偵測電容器之電容量可隨驗證質量120及基板130之間距離改變而改變。該等偵測電容器之電容量可響應於樑體110之位移改變。由樑體110之位移衍生之訊號可用於計算微機電系統Z軸加速度計100於Z方向之加速度。
偵測電容器可提供輸入訊號，其指示因樑體樞動及/或驗證質量移動而造成之電容量改變。於某些實施例，樑體可提供訊號，其用於指示加速度計之加速度。第一及第二偵測電容器可提供差分訊號。第一偵測電容器可提供第一電容量，且第二偵測電容器可提供第二電容量。第一電容量及第二電容量可提供及/或經比較而提供差分或擬差分訊號。即，當其一電容量增加時，另一電容量可減少。第二偵測電容器可提供第二電容量，相較於未具相對樑體110移動之驗證質量之組態，其具有較大電容量範圍。第二偵測電容器可提供第二電容量，其相對於第一偵測電容器之第一電容量，具有較大電容量範圍。至少於此層面，第一偵測電容器與第二偵測電容器之電容量彼此實質上可不為差分。即，一訊號之增加未必對應於另一訊號實質上同等減少，且反之亦然。經耦合至樑體之部分且遠離第一軸192之偵測電容器可提供較大量級之訊號。第一及第二偵測電容器之電容量可經使用以計算加速度計100於Z方向之加速度。
樑體110可提供差分或擬差分輸出訊號。於某些實施例，樑體110形成之電極可包括樑體110之各部分，其朝向基板上之驅動電極。樑體110之固定錨140可電耦合至樑體110。固定錨140可電耦合至導通跡線或位於基板130上之其他結構。固定錨140可自樑體110提供輸出訊號至該跡線。
於某些實施例，樑體110形成耦合至第一偵測電容器及第二偵測電容器之電極。固定錨140可經配置於樑體110之一部分，其沿著X方向位於第一偵測電容器及第二偵測電容器之間。固定錨140可提供差分訊號，指示分別由第一及第二電容器提供之第一及第二電容量。該訊號係可為輸出訊號，指示第一及第二電容量之比較值。固定錨140可提供輸出訊號至位於基板130上之跡線。跡線可提供訊號至位於基板上之裝置或於基板外部之裝置。裝置可包括經設置處理輸出訊號以計算加速度之電路。
自我檢測電極136可經設置朝向樑體110之一部分，且不朝向電極132及134。於圖1A及圖1B之例示性實施例，自我檢測電極136朝向樑體110之第三部分116。自我檢測電極可朝向樑體之任一合適部分。自我檢測電極136可經使用執行微機電系統Z軸加速度計100之自我檢測功能，但可經選擇性省略。
本發明之微機電系統Z軸加速度計100亦可包括至少一固定錨140。於圖1C之例示性實施例，其具有一個固定錨140。但本發明並不限於此，其可具有任意合適數量之固定錨。舉例而言，於某些實施例，其可具有至少二固定錨，且經設置於沿著第一軸192之線上。固定錨140可經耦合至基板130。固定錨140經配置可使樑體110繞實質平行於基板130之第一軸192樞動。至少一固定錨140可沿著第一軸192設置，使樑體110繞固定錨140樞動。於圖1C之例示性實施例，樑體110圍繞固定錨140。但本發明並不限於此，固定錨140可透過任意合適方式相對樑體110設置。舉例而言，於具有至少二固定錨之情況下，該等固定錨可設置於樑體110之外緣。於此組態，該等固定錨可沿第一軸192設置，或可不沿第一軸192設置。固定錨140可於實質垂直於第一軸192之方向相對樑體110之邊緣實質上居中設置，或於實質垂直於第一軸192之方向未相對樑體110之邊緣實質上居中設置。
固定錨140可藉由合適類型、形狀、尺寸及位向之至少一彈簧耦合至樑體110。於圖1C之例示性實施例，固定錨140透過兩個彈簧142耦合至樑體110。於圖1C之例示性實施例，彈簧142係為扭力彈簧。於某些實施例，彈簧142係可為扭力彈簧及/或彎曲彈簧。相對於彈簧142，樑體110及/或固定錨140可視為剛性及/或堅固材質。彈簧142可透過不同長度、截面積及材質之配置，以達到所需扭轉及/或彎曲之剛性及/或剛度。
於某些實施例，樑體110、驗證質量120、基板130、至少一固定錨140及其他元件可由導體及/或半導體材料組成，如多晶矽、矽或金屬導體。若使用半導體材料，其可經適當參雜以展現所需之導電度。該等元件可透過任意合適製造程序製造。
根據本發明之樣態，電子系統可包括上述之加速度計。本發明加速度計之電極可電耦合至電路板。電路板可耦合至不同電子元件。於某些實施例，加速度計可耦合至不同外部元件。舉例而言，加速度計可電耦合至電源裝置。於某些實施例，加速度計可電耦合至處理器，其處理來自加速度計之訊號。電路板係可為印刷電路板。電子系統可配置不同設定以偵測加速度，包括運動、保健、軍事及工業等之運用。某些非限制性例示包括偵測環境，舉例而言，於汽車或其他車輛，工業設備（例如，工業機械之健康監測）或穿戴裝置，例如個人健康偵測器或體適能追蹤器。
上述之加速度計可提供用於偵測Z方向加速度之操作方法。加速度計可包括基板、至少一固定錨、透過至少一固定錨連接於基板之樑體，及經設置相對樑體移動之驗證質量。樑體可繞第一軸樞動。樑體相對於第一軸可呈不對稱分佈。驗證質量可經配置移動出樑體之平面。驗證質量可經設置相對樑體樞動及/或轉移。驗證質量可經設置以繞異於第一軸之第二軸樞動。加速度計可進一步包括第一電極及第二電極，其等皆位於基板上。
某些實施例中運用之方法包含透過至少一偵測電容量偵測樑體相對於基板之位置之指示，並輸出指示至少一偵測電容量之訊號。驅動交流電訊號可透過電極施加至樑體。輸出訊號係可為基於電容量之差分訊號，該電容量隨樑體樞動改變。
該方法可進一步包括對第一輸出訊號及第二輸出訊號之至少一者執行至少一運算，以計算施加於加速度計Z方向之加速度。舉例而言，可於邏輯電路或處理器運用合適之演算法計算加速度。
上述不同之樣態及實施例。但可於本發明之範疇內，實施替代方案。第一替代組態
圖2描繪Z軸加速度計200之其一替代組態。Z軸加速度計200可包括樑體210、驗證質量220、基板及至少一固定錨240。加速度計200可包括驗證質量220，其透過驗證質量220之第一側邊222耦合至樑體210，且鄰近樑體繞其樞動之第一軸292。
於至少一樣態，樑體210經設置實質近似於樑體110。樑體210經設置可繞第一軸292樞動。於至少一樣態，第一軸292可經設置實質近似於第一軸192。樑體210可包括第一部分212、第二部分214及第三部分216。於至少一樣態，第一部分212可經設置實質近似於第一部分112。於至少一樣態，第二部分214可經設置實質近似於第二部分114。於至少一樣態，第三部分216可經設置實質近似於第三部分116。
於至少一樣態，驗證質量220可經設置實質近似於驗證質量120。驗證質量220可經設置以繞第二軸294樞動。於至少一樣態，第二軸294可經設置實質近似於第二軸194。驗證質量220可包括第一側邊222及第二側邊224。於至少一樣態，第一側邊222可經設置實質近似於第一側邊122。於至少一樣態，第二側邊224可經設置實質近似於第二側邊124。驗證質量220透過至少一彈簧228耦合至樑體210，且鄰近於至少一第一開口250。於至少一樣態，彈簧228可經設置實質近似於彈簧128。於圖2之例示性實施例，驗證質量220之第一側邊222可透過彈簧228耦合至樑體210。
於至少一樣態，第一開口250可經設置實質近似於第一開口150。第一開口250可具有第一側邊252及第二側邊254。第一側邊252可經設置實質近似於第一側邊152。第二側邊254可經設置實質近似於第二側邊154。於圖2之例示性實施例，第一開口250之第一側邊252寬於第一開口250之第二側邊254。
樑體210可包括第二開口260，其具有第一側邊262及第二側邊264，並可包括短線268。第二開口260可經設置實質近似於第二開口160。第一側邊262可經設置實質近似於第一側邊162。第二側邊264可經設置實質近似於第二側邊164。短線268可經設置實質近似於短線168。於圖2之例示性實施例，第二開口260之第一側邊262寬於第二開口260之第二側邊264。
於至少一樣態，基板可經設置實質近似於基板130。基板可包括第一電極、第二電極及自我檢測電極。於至少一樣態，第一電極可經設置實質近似於第一電極132。於至少一樣態，第二電極可經設置實質近似於第二電極134。於至少一樣態，自我檢測電極可經設置實質近似於自我檢測電極136。
於圖2之例示性實施例，Z軸加速度計200包括一個固定錨240。於至少一樣態，固定錨240可經設置實質近似於固定錨140。固定錨240透過彈簧242耦合至樑體210。於至少一樣態，彈簧242可經設置實質近似於彈簧142。第二替代組態
圖3描繪Z軸加速度計300之其一替代組態。Z軸加速度計300可包括樑體310、驗證質量320、基板及至少一固定錨340。Z軸加速度計300可包括驗證質量320，其耦合至樑體310之一部分，且未鄰近樑體繞其樞動之第一軸392。此組態可於Z方向加速度提供Z軸加速度計300經進一步提升之靈敏度。樑體310之第二部分314係位於第一軸392及驗證質量320之間，使驗證質量320位於距離第一軸392較遠之位置。於某些實施例，驗證質量320可經設置使其與第一軸392之間可具有不同距離。
於至少一樣態，樑體310經設置實質近似於樑體110。樑體310經設置可繞第一軸392樞動。於至少一樣態，第一軸392可經設置實質近似於第一軸192。樑體310可包括第一部分312、第二部分314及第三部分316。於至少一樣態，第一部分312可經設置實質近似於第一部分112。於至少一樣態，第二部分314可經設置實質近似於第二部分114。於至少一樣態，第三部分316可經設置實質近似於第三部分116。
於至少一樣態，驗證質量320可經設置實質近似於驗證質量120。驗證質量320可經設置以繞第二軸394樞動。於至少一樣態，第二軸394可經設置實質近似於第二軸194。驗證質量320可包括第一側邊322及第二側邊324。於至少一樣態，第一側邊322可經設置實質近似於第一側邊122。於至少一樣態，第二側邊324可經設置實質近似於第二側邊124。驗證質量320透過至少一彈簧328耦合至樑體310，且鄰近於至少一第一開口350。於至少一樣態，彈簧328可經設置實質近似於彈簧128。於圖3之例示性實施例，驗證質量320經設置於樑體310之第三部分316。於此例示性實施例，驗證質量320之第一側邊322透過彈簧328耦合至樑體310。但本發明並不限於此，於某些實施例，驗證質量320之其他側邊，例如驗證質量之第二側邊324，可透過彈簧328耦合至樑體310。
於至少一樣態，第一開口350可經設置實質近似於第一開口150。第一開口350可具有第一側邊352及第二側邊354。第一側邊352可經設置實質近似於第一側邊152。第二側邊354可經設置實質近似於第二側邊154。於圖3之例示性實施例，第一開口350之第一側邊352寬於第一開口350之第二側邊354。
樑體310可包括第二開口360，其具有第一側邊362及第二側邊364，且可包括短線368。第二開口360可經設置實質近似於第二開口160。第一側邊362可經設置實質近似於第一側邊162。第二側邊364可經設置實質近似於第二側邊164。短線368可經設置實質近似於短線168。於圖3之例示性實施例，第二開口360之第一側邊362寬於第二開口之第二側邊364。
於至少一樣態，基板可經設置實質近似於基板130。基板可包括第一電極、第二電極及自我檢測電極。於至少一樣態，第一電極可經設置實質近似於第一電極132。於至少一樣態，第二電極可經設置實質近似於第二電極134。於至少一樣態，自我檢測電極可經設置實質近似於自我檢測電極136。於圖3之例示性實施例，第二電極朝向驗證質量320，其中，驗證質量320經設置於樑體310之第三部分316，且自我檢測電極336朝向樑體310之第二部分314。
於圖3之例示性實施例，Z軸加速度計300包括一個固定錨340。於至少一樣態，固定錨340可經設置實質近似於固定錨140。固定錨340透過彈簧342耦合至樑體310。於至少一樣態，彈簧342可經設置實質近似於彈簧142。 第三替代組態
圖4描繪Z軸加速度計400之其一替代組態。Z軸加速度計400可包括樑體410、驗證質量420、基板及至少一固定錨440。Z軸加速度計400可包括驗證質量420，其耦合至樑體410之外緣。
於至少一樣態，樑體410經設置實質近似於樑體110。樑體410經設置可繞第一軸492樞動。於至少一樣態，第一軸492可經設置實質近似於第一軸192。樑體410可包括第一部分412、第二部分414及第三部分416。於至少一樣態，第一部分412可經設置實質近似於第一部分112。於至少一樣態，第二部分414可經設置實質近似於第二部分114。於至少一樣態，第三部分416可經設置實質近似於第三部分116。
於至少一樣態，驗證質量420可經設置實質近似於驗證質量120。驗證質量420可經設置以繞第二軸494樞動。於至少一樣態，第二軸494可經設置實質近似於第二軸194。驗證質量420可包括第一側邊422及第二側邊424。於至少一樣態，第一側邊422可經設置實質近似於第一側邊122。於至少一樣態，第二側邊424可經設置實質近似於第二側邊124。驗證質量420透過至少一彈簧428耦合至樑體410，且鄰近於至少一第一開口450。於至少一樣態，彈簧428可經設置實質近似於彈簧128。於圖4之例示性實施例，驗證質量420經設置於樑體410之第三部分416。於此例示性實施例，驗證質量420可透過彈簧428耦合至樑體410之外緣，且驗證質量420並未經樑體圍繞。
於至少一樣態，第一開口450可經設置實質近似於第一開口150。樑體410可包括第二開口460，且可包括短線468。第二開口460可經設置實質近似於第二開口160。短線468可經設置實質近似於短線168。
於至少一樣態，基板可經設置實質近似於基板130。基板可包括第一電極、第二電極及自我檢測電極。於至少一樣態，第一電極可經設置實質近似於第一電極132。於至少一樣態，第二電極可經設置實質近似於第二電極134。於至少一樣態，自我檢測電極可經設置實質近似於自我檢測電極136。於圖4之例示性實施例，第二電極朝向驗證質量420，其中，驗證質量420經設置於樑體410之第三部分416，且自我檢測電極朝向樑體410之第二部分414。
於圖4之例示性實施例，Z軸加速度計400包括一個固定錨440。於至少一樣態，固定錨440可經設置實質近似於固定錨140。固定錨440透過彈簧442耦合至樑體410。於至少一樣態，彈簧442可經設置實質近似於彈簧142。第四替代組態
圖5描繪Z軸加速度計500之其一替代組態。Z軸加速度計500可包括樑體510、驗證質量520、基板及至少一固定錨540。加速度計可包括樑體510，其相對於固定錨540位於中心。樑體510可包括開口，樑體於第一軸樞動時，其等經設置用於降低樑體於第一軸一側之質量。
本發明之樣態於垂直第一軸之方向提供相對樑體位於中心之至少一固定錨。於某些實施例，樑體之第一部分可具有第三開口，其經設置使樑體第二部分之質量大於第一部分之質量。於此實施例，驗證質量可耦合至樑體之第一部分或第二部分。相較於固定錨不位於中心之組態，固定錨位於中心之組態可於Z方向無加速度時提供接近零之偏移量，但於Z方向加速度可能具有較低之靈敏度。
於至少一樣態，樑體510經設置實質近似於樑體110。樑體510經設置可繞第一軸592樞動。於至少一樣態，第一軸592可經設置實質近似於第一軸192。於圖5之例示性實施例，於實質垂直於第一軸592之方向，樑體510遠離第一軸592之邊緣實質相對第一軸為中心分佈。於樑體510平面上實質垂直於第一軸592之兩方向，樑體510自第一軸592之延伸距離可實質等距。
樑體510可包括第一部分512、第二部分514及第三部分516。於至少一樣態，第一部分512可經設置實質近似於第一部分112。於至少一樣態，第二部分514可經設置實質近似於第二部分114。第二部分514可透過第一軸等分為鄰近第二開口560之短線區段及鄰近第一開口550之短線區段。於至少一樣態，第三部分516可經設置實質近似於第三部分116。
樑體可包括至少一結構，其用於配置樑體510於第一軸592一側之質量。該等結構可配置樑體510，使樑體於第一軸592一側之質量大於其於第一軸另一側之質量。
樑體510可包括開口，其等經設置用於降低樑體於第一軸592一側之質量。於圖5之例示性實施例，樑體之第二部分與第一軸592相交。於例示性實施例，樑體510包括第三開口570，其位於樑體510之第二部分514，且位於第二部分514遠離驗證質量之一側。但本發明並不限於此，於某些實施例，樑體510包括位於樑體510之第二部分514之第三開口570，其設置於第二部分鄰近驗證質量520之一側，或於某些實施例，開口570係位於樑體之其他部分。第三開口570經設置用於降低樑體510於第一軸592一側之質量。於某些實施例，樑體510可包括一結構，其用於增加樑體510於第一軸592一側之質量。本發明之其他加速度計可包括一結構，其經設置以增加及/或降低樑體於第一軸樞動時，樑體於第一軸一側之質量。
於至少一樣態，驗證質量520可經設置實質近似於驗證質量120。驗證質量520可經設置以繞第二軸594樞動。於至少一樣態，第二軸594可經設置實質近似於第二軸194。驗證質量520可包括第一側邊522及第二側邊524。於至少一樣態，第一側邊522可經設置實質近似於第一側邊122。於至少一樣態，第二側邊524可經設置實質近似於第二側邊124。驗證質量520透過至少一彈簧528耦合至樑體510，且鄰近於至少一第一開口550。於至少一樣態，彈簧528可經設置實質近似於彈簧128。於圖5之例示性實施例，驗證質量520係位於樑體510之第三部分516。於此例示性實施例，驗證質量520之第一側邊522可透過彈簧528耦合至樑體510。但本發明並不限於此，驗證質量520之其他側邊可耦合至樑體，舉例而言，驗證質量之第二側邊524可耦合至樑體510。
於至少一樣態，第一開口550可經設置實質近似於第一開口150。第一開口550可具有第一側邊552及第二側邊554。第一側邊552可經設置實質近似於第一側邊152。第二側邊554可經設置實質近似於第二側邊154。於圖5之例示性實施例，第一開口550之第一側邊552寬於第一開口之第二側邊554。
樑體510可包括第二開口560，其具有第一側邊562及第二側邊564，且可包括短線568。第二開口560可經設置實質近似於第二開口160。第一側邊562可經設置實質近似於第一側邊162。第二側邊564可經設置實質近似於第二側邊164。短線568可經設置實質近似於短線168。於此例示性實施例，第二開口560之第一側邊562寬於第二開口之第二側邊564。
於至少一樣態，基板可經設置實質近似於基板130。基板可包括第一電極、第二電極及自我檢測電極。於至少一樣態，第一電極可經設置實質近似於第一電極132。於至少一樣態，第二電極可經設置實質近似於第二電極134。於至少一樣態，自我檢測電極可經設置實質近似於自我檢測電極136。於圖5之例示性實施例，第二電極朝向驗證質量520，其中，驗證質量520經設置於樑體510之第三部分516，且自我檢測電極朝向樑體之第二部分514。
於圖5之例示性實施例，Z軸加速度計500包括一個固定錨540。於至少一樣態，固定錨540可經設置實質近似於固定錨140。固定錨540透過彈簧542耦合至樑體510。於至少一樣態，彈簧542可經設置實質近似於彈簧142。於圖5之例示性實施例，固定錨540於X方向上相對於樑體510之外緣實質位於其中心。第一軸592於X方向且相對樑體510之外緣實質位於其中心。加速度計500可包括至少二固定錨540，其於X方向可沿第一軸592設置及/或相對於樑體510之外緣設置於其中心。第五替代組態
圖6描繪Z軸加速度計600之其一替代組態。Z軸加速度計600可包括樑體610、驗證質量620、基板及至少一固定錨640。Z軸加速度計600可包括驗證質量620，其繞一軸樞動，該軸經設置與樑體610所繞其樞動之軸之間具有一角度，而非與其平行。
於至少一樣態，樑體610經設置實質近似於樑體110。樑體610經設置可繞第一軸692樞動。於至少一樣態，第一軸692可經設置實質近似於第一軸192。樑體610可包括第一部分612、第二部分614及第三部分616。於至少一樣態，第一部分612可經設置實質近似於第一部分112。於至少一樣態，第二部分614可經設置實質近似於第二部分114。於至少一樣態，第三部分616可經設置實質近似於第三部分116。
於至少一樣態，驗證質量620可經設置實質近似於驗證質量120。驗證質量620可經設置以繞第二軸694樞動。於至少一樣態，第二軸694可經設置實質近似於第二軸194。驗證質量620可包括第一側邊622及第二側邊624。於至少一樣態，第一側邊622可經設置實質近似於第一側邊122。於至少一樣態，第二側邊624可經設置實質近似於第二側邊124。驗證質量620透過至少一彈簧628耦合至樑體610，且鄰近於至少一第一開口650。於至少一樣態，彈簧628可經設置實質近似於彈簧128。
驗證質量620可透過不同方式相對於樑體設置。於圖6之例示性實施例，驗證質量620經設置於樑體610之第二部分614。驗證質量可設置於樑體610之第一部分612或第三部分616。於此例示性實施例，驗證質量620之第一側邊622透過彈簧628耦合至樑體610。於此例示性實施例，第一側邊622係實質垂直於第一軸692。但本發明並不限於此，任意形狀之驗證質量可透過其任意側邊耦合至樑體。於此例示性實施例，彈簧628係沿第二軸694配置，第二軸694係實直垂直於第一軸692。驗證質量620相對於樑體610繞第二軸694樞動。第二軸694可以任意角度相對第一軸692配置。
驗證質量620可鄰近至少一第一開口650。於至少一樣態，第一開口650可經設置實質近似於第一開口150。第一開口650可具有第一側邊652及第二側邊654。第一側邊652可經設置實質近似於第一側邊152。第二側邊654可經設置實質近似於第二側邊154。於圖6之例示性實施例，第一開口650圍繞驗證質量620，且經樑體610圍繞。於此例示性實施例，第一開口包括鄰近彈簧628之第一側邊652，其寬於第二開口660，第二開口660位於自彈簧越過驗證質量620之方向上。
樑體610可包括第二開口660，其具有第一側邊662及第二側邊664，並可包括短線668。第二開口660可經設置實質近似於第二開口160。第一側邊662可經設置實質近似於第一側邊162。第二側邊664可經設置實質近似於第二側邊164。短線668可經設置實質近似於短線168。於圖6之例示性實施例，第二開口660係自第一開口650跨越該第一軸692，且位於樑體610之第一部分612。於此例示性實施例，第二開口包括第一側邊662，其係自第一開口650之第一側邊652跨越第一軸692，且其寬於第二開口之第二側邊664，該第二側邊位於第一開口之第一側邊652穿越第一軸692之線上。
於至少一樣態，基板可經設置實質近似於基板130。基板可包括第一電極、第二電極及自我檢測電極。於至少一樣態，第一電極可經設置實質近似於第一電極132。於至少一樣態，第二電極可經設置實質近似於第二電極134。於至少一樣態，自我檢測電極可經設置實質近似於自我檢測電極136。
於圖6之例示性實施例，Z軸加速度計600包括一個固定錨640。於至少一樣態，固定錨640可經設置實質近似於固定錨140。固定錨640透過彈簧642耦合至樑體610。於至少一樣態，彈簧642可經設置實質近似於彈簧142。第六替代組態
圖7描繪Z軸加速度計700之其一替代組態。Z軸加速度計700可包括樑體710、驗證質量720、基板及至少一固定錨740。Z軸加速度計700可包括驗證質量720，其位於樑體710之第一部分712。
於至少一樣態，樑體710經設置實質近似於樑體110。樑體710經設置以繞第一軸792樞動。於至少一樣態，第一軸792可經設置實質近似於第一軸192。樑體710可包括第一部分712、第二部分714及第三部分716。於至少一樣態，第一部分712可經設置實質近似於第一部分112。於至少一樣態，第二部分714可經設置實質近似於第二部分114。於至少一樣態，第三部分716可經設置實質近似於第三部分116。
於至少一樣態，驗證質量720可經設置實質近似於驗證質量120。驗證質量720可經設置以繞第二軸794樞動。於至少一樣態，第二軸794可經設置實質近似於第二軸194。驗證質量720可包括第一側邊722及第二側邊724。於至少一樣態，第一側邊722可經設置實質近似於第一側邊122。於至少一樣態，第二側邊724可經設置實質近似於第二側邊124。驗證質量720可透過至少一彈簧728耦合至樑體710，且鄰近於至少一第一開口750。於至少一樣態，彈簧728可經設置實質近似於彈簧128。於圖7之例示性實施例，驗證質量720位於樑體710之第一部分716。於此例示性實施例，驗證質量720之第二側邊724透過彈簧728耦合至樑體710。驗證質量720之第一側邊722可選擇性地耦合至樑體710。
於至少一樣態，第一開口750可經設置實質近似於第一開口150。第一開口750可具有第一側邊752及第二側邊754。第一側邊752可經設置實質近似於第一側邊152。第二側邊754可經設置實質近似於第二側邊154。於圖7之例示性實施例，第一開口750之第二側邊754寬於第一開口之第一側邊752。
樑體710可包括第二開口760，其具有第一側邊762及第二側邊764，並可包括短線768。第二開口760可經設置實質近似於第二開口160。第一側邊762可經設置實質近似於第一側邊162。第二側邊764可經設置實質近似於第二側邊164。短線768可經設置實質近似於短線168。於圖7之例示性實施例，第二開口760設置於樑體710之第二部分714。於此例示性實施例，第二開口760之第二側邊764寬於第二開口760之第一側邊762。
於至少一樣態，基板可經設置實質近似於基板130。基板可包括第一電極、第二電極及自我檢測電極。於至少一樣態，第一電極可經設置實質近似於第一電極132。於至少一樣態，第二電極可經設置實質近似於第二電極134。於至少一樣態，自我檢測電極可經設置實質近似於自我檢測電極136。於圖7之例示性實施例，第一電極732朝向樑體710之第二部分714。第二電極朝向驗證質量720，其中，驗證質量720經設置於樑體710之第一部分712，且自我檢測電極朝向樑體之第三部分716。於某些實施例，第一電極可朝向樑體710之第三部分716，且自我測試電極可朝向樑體710之第二部分714。
於圖7之例示性實施例，Z軸加速度計700包括一個固定錨740。於至少一樣態，固定錨740可經設置實質近似於固定錨140。固定錨740透過彈簧742耦合至樑體710。於至少一樣態，彈簧742可經設置實質近似於彈簧142。第七替代組態
圖8A至8C描繪Z軸加速度計800之其一替代組態。圖8A至8C描繪之Z軸加速度計800可包括樑體810、驗證質量820、基板830及至少一固定錨840。Z軸加速度計800可包括驗證質量820，其經設置可相對樑體810之樞動平面轉移。
圖8A描繪本發明Z軸加速度計800之其一實施例之示意圖，其中Z方向施加之加速度係為0g。圖8B描繪本發明Z軸加速度計800之其一實施例之示意圖，其中Z方向施加之加速度係為大於0g之加速度。該示意圖描繪驗證質量820相對樑體810面外轉移。於某些實施例，驗證質量820可相對樑體之平面垂直面外轉移。但本發明並不限於此，驗證質量820可相對樑體樞動及/或轉移。
如圖8C所示，於至少一態樣，樑體810經設置實質近似於樑體110。樑體810經設置以繞第一軸892樞動。於至少一樣態，第一軸892可經設置實質近似於第一軸192。樑體810可包括第一部分812、第二部分814及第三部分816。於至少一樣態，第一部分812可經設置實質近似於第一部分112。於至少一樣態，第二部分814可經設置實質近似於第二部分114。於至少一樣態，第三部分816可經設置實質近似於第三部分116。
於至少一樣態，驗證質量820可經設置實質近似於驗證質量120。驗證質量820可包括第一側邊822及第二側邊824。於至少一樣態，第一側邊822可經設置實質近似於第一側邊122。於至少一樣態，第二側邊824可經設置實質近似於第二側邊124。驗證質量820透過至少一彈簧828耦合至樑體810，且鄰近於至少一第一開口850。於至少一樣態，彈簧828可經設置實質近似於彈簧128。於圖8C之例示性實施例，驗證質量820之第一側邊822可透過四個彈簧828耦合至樑體，且其第二側邊824可透過四個彈簧828耦合至樑體810。於圖8C之例示性實施例，彈簧828係為彎曲彈簧。但本發明並不限制用於耦合驗證質量820之任意彈簧數量、或限於彎曲彈簧，或限制任何型式彈簧之數量。彎曲彈簧可經設置使驗證質量820響應Z軸之加速度而轉移及/或樞動於樑體810之樞動平面。相較於未具驗證質量，驗證質量820可具有較高之振幅。
於至少一樣態，第一開口850可經設置實質近似於第一開口150。第一開口850可具有第一側邊852及第二側邊854。第一側邊852可經設置實質近似於第一側邊152。第二側邊854可經設置實質近似於第二側邊154。於圖8C之例示性實施例，第一側邊852及第二側邊854具有實質相同之寬度。
樑體810可包括第二開口860，其具有第一側邊862及第二側邊864，且可包括短線868。第二開口860可經設置實質近似於第二開口160。第一側邊862可經設置實質近似於第一側邊162。第二側邊864可經設置實質近似於第二側邊164。短線868可經設置實質近似於短線168。於圖8C之例示性實施例，第一側邊862及第二側邊864具有實質相同之寬度。
於至少一樣態，基板830可經設置實質近似於基板130。基板830可包括第一電極832、第二電極834及自我檢測電極836。於至少一樣態，第一電極832可經設置實質近似於第一電極132。於至少一樣態，第二電極834可經設置實質近似於第二電極134。於至少一樣態，自我檢測電極836可經設置實質近似於自我檢測電極136。
於圖8C之例示性實施例，加速度計800包括一個固定錨840。於至少一樣態，固定錨840可經設置實質近似於固定錨140。固定錨840透過彈簧842耦合至樑體810。於至少一樣態，彈簧842可經設置實質近似於彈簧142。
應理解雖然本發明揭露單軸加速度計之不同組態，但根據本發明揭露之至少二加速度計可經結合使用於相同裝置內，以偵測至少二軸之加速度。於某些實施例，至少二加速度計可偵測至少二垂直軸之加速度，且可同時偵測至少二加速度。
本發明某些實施例之某些應用包括低或高加速度環境，該環境包括，但不限於車輛、穿戴裝置及機械健康監測。
圖9描繪本發明其一非限定性例示，其中本文論述形式之至少一加速度計經應用於車輛。於圖9之例示，車輛900包括控制單元902，其透過有線或無線方式耦合至車輛之車載電腦904。控制單元902可包括本文論述形式之至少一加速度計。作為非限制性例示，至少一加速度計可偵測驅動方向及/或垂直於驅動方向之加速度。至少一加速度計可經配置以偵測垂直加速度，舉例而言，其有利於偵測車輛900之懸吊狀態。控制單元902可從車載電腦904接收電力及控制訊號，且可提供本文論述形式之輸出訊號至車載電腦904。
圖10描繪一系統，其包括三個Z軸微機電系統加速度計1002a、1002b及1002c，其等係為本文論述之至少一形式，且經耦合至工業設備1004之零件。設備1004係可為馬達，但不限於此。加速度計1002a至1002c可經耦合至設備，且經配置以偵測設備於對應之軸上之震動。舉例而言，加速度計1002a可經定向以偵測Z軸加速度，加速度計1002b可經定向以偵測Y軸加速度，且加速度計1002c可經定向以偵測X軸加速度。於其一替代性實施例，加速度計1002a至1002c之至少二者可於單一組件或殼體內組合使用，其異於上述之三獨立殼體組態。系統可無線傳輸各加速度計產生之加速度數據。可自設備1004之震動獲取供應加速度計電路系統之電力。亦可使用其他組態。
本發明之不同樣態可提供至少一效益。於此列舉某些範例。應理解並非所有樣態皆必然提供所有效益，例示之外之效益亦可透過至少一樣態提供。根據本發明之某些樣態，其等提供經提升靈敏度之Z軸蹺蹺板加速度計。經提升之靈敏度係可為特別顯著或有助於高操作頻率。舉例而言，於2 kHz至100 kHz頻率間（僅為非限制性例示，亦可為任何此區間範圍內之數值）運作之蹺蹺板加速度計，其與傳統設計相比，可表現經提升之靈敏度。
本文論述之本發明之某些樣態及實施例，應理解該技術領域通常知識者可根據其等進行取代、更改及改良。於上述之取代、更改及改良亦落入本發明技術之精神及範疇內。因此，應理解上述之實施例僅用於呈現例示，且於請求項及其等同範圍內，本發明之實施例可透過異於具體論述之其他方式實施。此外，本文論述之特徵、系統、物件、材料及/或方法之至少二者之結合，若該特徵、系統、物件、材料及/或方法之間並無矛盾，皆落入本發明之揭露範疇內。
如上論述，某些樣態可經實施作為至少一種方法。作為方法之一部分之步驟可經合適順序執行。因此，可透過異於論述之步驟順序執行實施例，其包括可同時執行某些步驟，即使其等於例示性實施例中係為接續性步驟。
應理解，本文使用之所有定義，其等優先於字典定義、透過引用方式合併之文獻，及/或該術語之普遍定義。
術語「近似」、「實質上」及「大約」，於某些實施例中，其等係可經使用指稱與目標數值相距±20%，於某些實施例中，係指稱與目標數值相距±10%，於某些實施例中，係指稱與目標數值相距±5%，且於某些實施例中，係指稱與目標數值相距±2%。術語「近似」及「大約」可包括目標數值。
100:加速度計 110:樑體 112:第一部分 114:第二部分 116:第三部分 120:驗證質量 122:第一側邊 124:第二側邊 128:彈簧 130:基板 132:第一電極 134:第二電極 136:自我檢測電極 140:固定錨 142:彈簧 150:第一開口 152:第一側邊 154:第二側邊 160:第二開口 162:第一側邊 164:第二側邊 168:短線 192:第一軸 194:第二軸 200:加速度計 210:樑體 212:第一部分 214:第二部分 216:第三部分 220:驗證質量 222:第一側邊 224:第二側邊 228:彈簧 230:基板 232:第一電極 234:第二電極 236:自我檢測電極 240:固定錨 242:彈簧 250:第一開口 252:第一側邊 254:第二側邊 260:第二開口 262:第一側邊 264:第二側邊 268:短線 292:第一軸 294:第二軸 300:加速度計 310:樑體 312:第一部分 314:第二部分 316:第三部分 320:驗證質量 322:第一側邊 324:第二側邊 328:彈簧 330:基板 332:第一電極 334:第二電極 336:自我檢測電極 340:固定錨 342:彈簧 350:第一開口 352:第一側邊 354:第二側邊 360:第二開口 362:第一側邊 364:第二側邊 368:短線 392:第一軸 394:第二軸 400:加速度計 410:樑體 412:第一部分 414:第二部分 416:第三部分 420:驗證質量 422:第一側邊 424:第二側邊 428:彈簧 430:基板 432:第一電極 434:第二電極 436:自我檢測電極 440:固定錨 442:彈簧 450:第一開口 460:第二開口 468:短線 492:第一軸 494:第二軸 500:加速度計 510:樑體 512:第一部分 514:第二部分 516:第三部分 520:驗證質量 522:第一側邊 524:第二側邊 528:彈簧 530:基板 532:第一電極 534:第二電極 536:自我檢測電極 540:固定錨 542:彈簧 550:第一開口 552:第一側邊 554:第二側邊 560:第二開口 562:第一側邊 564:第二側邊 568:短線 570:第三開口 592:第一軸 594:第二軸 600:加速度計 610:樑體 612:第一部分 614:第二部分 616:第三部分 620:驗證質量 622:第一側邊 624:第二側邊 628:彈簧 630:基板 632:第一電極 634:第二電極 636:自我檢測電極 640:固定錨 642:彈簧 650:第一開口 652:第一側邊 654:第二側邊 660:第二開口 662:第一側邊 664:第二側邊 668:短線 692:第一軸 694:第二軸 700:加速度計 710:樑體 712:第一部分 714:第二部分 716:第三部分 720:驗證質量 722:第一側邊 724:第二側邊 728:彈簧 730:基板 732:第一電極 734:第二電極 736:自我檢測電極 740:固定錨 742:彈簧 750:第一開口 752:第一側邊 754:第二側邊 760:第二開口 762:第一側邊 764:第二側邊 768:短線 792:第一軸 794:第二軸 800:加速度計 810:樑體 812:第一部分 814:第二部分 816:第三部分 820:驗證質量 822:第一側邊 824:第二側邊 830:彈簧 832:基板 834:第一電極 836:第二電極 840:自我檢測電極 840:固定錨 842:彈簧 850:第一開口 852:第一側邊 854:第二側邊 860:第二開口 862:第一側邊 864:第二側邊 868:短線 892:第一軸 900:車輛 902:控制單元 904:車載電腦 1000:系統 1002a:加速度計 1002b:加速度計 1002c:加速度計 1004:工業設備
下列圖式描繪本發明所述之各種樣態及實施例。圖式未必依實際比例繪製。出現於複數圖式中之相同物件以相同標號標示。 圖1A係為本發明Z軸加速度計之其一實施例之側視圖，其具有可樞動之驗證質量。 圖1B係為本發明Z軸加速度計之其一實施例之側視圖，其具有可樞動之驗證質量。 圖1C係為本發明Z軸加速度計之其一實施例之俯視圖，其具有可樞動之驗證質量。 圖2係為本發明Z軸加速度計之其一實施例之俯視圖，其具有可樞動之驗證質量。 圖3係為本發明Z軸加速度計之其一實施例之俯視圖，其具有可樞動之驗證質量。 圖4係為本發明Z軸加速度計之其一實施例之俯視圖，其具有可樞動之驗證質量。 圖5係為本發明Z軸加速度計之其一實施例之俯視圖，其具有可樞動之驗證質量。 圖6係為本發明Z軸加速度計之其一實施例之俯視圖，其具有可樞動之驗證質量。 圖7係為本發明Z軸加速度計之其一實施例之俯視圖，其具有可樞動之驗證質量。 圖8A係為本發明Z軸加速度計之其一實施例之側視圖，其具有可轉移之驗證質量。 圖8B係為本發明Z軸加速度計之其一實施例之側視圖，其具有可轉移之驗證質量。 圖8C係為本發明Z軸加速度計之其一實施例之俯視圖，其具有可轉移之驗證質量。 圖9描繪本發明其一非限制性實施例，其中，一車輛可包括本文論述之至少一種Z軸加速度計。 圖10描繪本發明其一非限制性實施例，其中，於一工業設備零件上設置三個本文論述類型之Z軸加速度計。
100:加速度計
110:樑體
112:第一部分
114:第二部分
116:第三部分
120:驗證質量
130:基板
132:第一電極
134:第二電極
136:自我檢測電極
140:固定錨
192:第一軸
194:第二軸

Claims (23)

  1. 一種微機電系統Z軸蹺蹺板加速度計，包含：一基板，設置於一平面；一固定錨；一樑體，其透過該固定錨連接至該基板，且經配置以反應於在一第一方向的一加速度而繞一第一軸樞動，該第一方向垂直於該平面，且該第一軸平行於該基板，其中，該樑體係相對該第一軸呈非對稱；及一驗證質量，其經耦合至該樑體，且經配置以反應於在該第一方向的該加速度而相對於該樑體繞一第二軸樞動，該第二軸異於該第一軸；其中，該驗證質量於該驗證質量之一側邊經耦合至該樑體，且該第二軸與該側邊平行並固定在該樑體的平面內。
  2. 如請求項1之微機電系統Z軸蹺蹺板加速度計，其中，該驗證質量包含鄰近該第一軸之一第一側邊，及遠離該第一軸之一第二側邊，且經耦合至該樑體之該驗證質量之該側邊為該第一側邊。
  3. 如請求項1之微機電系統Z軸蹺蹺板加速度計，其中，該驗證質量包含鄰近該第一軸之一第一側邊，及遠離該第一軸之一第二側邊，且經耦合至該樑體之該驗證質量之該側邊為該第二側邊。
  4. 如請求項1之微機電系統Z軸蹺蹺板加速度計，其中，該樑體進一步包含：一彈簧，其經耦合至該樑體及該驗證質量，且位在該第一軸之一第一側；及複數短線，位於該第一軸之一第二側，該第一軸之該第二側相對於該第一軸之該第一側； 其中，該等短線經配置與該彈簧佔據該樑體上實質相同之一區域。
  5. 如請求項1之加速度計，其中，該固定錨於垂直該第一軸之方向係相對該樑體位於其中心。
  6. 如請求項1之微機電系統Z軸蹺蹺板加速度計，其中，該樑體包含一第一部分及一第二部分，其等透過該第一軸分離，該第二部分之質量大於該第一部分之質量，其中，該驗證質量經耦合至該樑體之該第一部分。
  7. 如請求項1之微機電系統Z軸蹺蹺板加速度計，其中，該樑體包含一第一部分及一第二部分，其等透過該第一軸分離，該第二部分之質量大於該第一部分之質量，其中，該驗證質量經耦合至該樑體之該第二部分。
  8. 如請求項1之微機電系統Z軸蹺蹺板加速度計，其進一步包含一電路系統，該電路系統係設置於該基板上，且經配置以偵測該基板與該驗證質量之間之一電容量。
  9. 如請求項1之微機電系統Z軸蹺蹺板加速度計，其進一步包含一電極，該電極係設置於該基板上，其中，當該驗證質量朝向該電極樞動時，該驗證質量經配置使其與該電極之間相較於該樑體具有較短之距離。
  10. 如請求項1之微機電系統Z軸蹺蹺板加速度計，其中，該第二軸係實質平行於該第一軸。
  11. 如請求項1之微機電系統Z軸蹺蹺板加速度計，其中，該驗證質量被該樑體圍繞。
  12. 一種操作微機電系統Z軸加速度計之方法，該微機電系統Z軸加速度計包括一基板、一固定錨、透過該固定錨連接至該基板之一樑體，及經耦合至該樑體之一驗證質量，該方法包含： 利用一第一偵測電容量偵測相對該基板之該樑體之一第一部份之一位置之一指示，其中，該基板設置於一平面；利用一第二偵測電容量偵測相對該基板之該驗證質量之一部份之一指示，該驗證質量耦合該樑體之一第二部分；輸出一訊號，其係指示該第一偵測電容量以及該第二偵測電容量；其中：該樑體經配置以反應於在一第一方向的一加速度而繞一第一軸樞動，該第一方向垂直於該平面，且該第一軸平行於該基板；該驗證質量經配置以反應於在該第一方向的該加速度而相對於該樑體繞一第二軸樞動，該第二軸異於該第一軸且平行於該基板；該第一偵測電容量具有一第一範圍；該第二感測電容量具有一第二範圍，大於該第一範圍；以及輸出該信號包括輸出該第一電容量與該第二電容量之一差分。
  13. 如請求項12之操作微機電系統Z軸加速度計之方法，進一步包含使該驗證質量相對於該樑體樞動，其透過移動該驗證質量之一自由側邊至該樑體而達成，該自由側邊位於該第一軸與該驗證質量之一連接點之間。
  14. 如請求項12之操作微機電系統Z軸加速度計之方法，進一步包含使該驗證質量相對於該樑體樞動，其透過移動該驗證質量之一自由側邊至該樑體而達成，該自由側邊藉由該驗證質量之一連接點與該第一軸分離。
  15. 如請求項12之操作微機電系統Z軸加速度計之方法，其中，該驗證質量係為一第一驗證質量，且該微機電系統Z軸加速度計包含一第二驗證 質量，其經配置以相對該樑體樞動，其中，該方法進一步包含偵測該第二驗證質量相對該基板之一位置。
  16. 如請求項12之操作微機電系統Z軸加速度計之方法，其中，該驗證質量被該樑體圍繞。
  17. 一種微機電系統Z軸加速度計，包含：一基板；一固定錨；一樑體，其透過該固定錨連接至該基板，並經配置以繞一第一軸樞動，該第一軸平行於該基板；一驗證質量，其經嵌入於該樑體，並經配置可相對該樑體之一樞動平面進行垂直平面外轉移；以及一電路系統，該電路系統設置於該基板上，且經配置以偵測由該基板與該樑體所形成之一第一電容器之一第一電容量，及偵測由該基板與該驗證質量所形成之一第二電容器之一第二電容量。
  18. 如請求項17所述之微機電系統Z軸加速度計，其中，該樑體相對該第一軸具有一不對稱質量，其包括一第一質量部分，其位於該第一軸之一第一側上，及一第二質量部分，其位於該第一軸之一第二側上，該第一質量部分大於該第二質量部分，其中，該驗證質量係嵌入於該第一質量部分。
  19. 如請求項17所述之微機電系統Z軸加速度計，其中，該樑體相對該第一軸具有一不對稱之質量，其包括一第一質量部分，其位於該第一軸之一第一側上，及一第二質量部分，其位於該第一軸之一第二側上，該第一質量部分大於該第二質量部分，其中，該驗證質量係嵌入於該第二質量部分。
  20. 如請求項17所述之微機電系統Z軸加速度計，進一步另一電路系統經配置以處理代表該第一電容量及該第二電容量之至少一訊號。
  21. 如請求項17所述之微機電系統Z軸加速度計，其中，該樑體係相對該第一軸呈不對稱分佈，其中，該驗證質量係嵌入該第一軸之一側上之該樑體。
  22. 如請求項17所述之微機電系統Z軸加速度計，其中，該驗證質量包含鄰近該第一軸之一第一側邊以及遠離該第一軸之一第二側邊，該微機電系統Z軸加速度計更包含複數彈簧，以及該驗證質量的該第一側邊與該第二側邊透過該等彈簧耦合至該樑體。
  23. 如請求項17所述之微機電系統Z軸加速度計，其中，該驗證質量被該樑體圍繞。
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