专利名称：电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器及制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器及其制作方法。
背景技术：
21 世纪以来，微机电(Micro-Electro-Mechanical Systems)技术得到了迅猛的发展，基于微加工和微电子技术的微机电器件在人类的生产生活中得到了不断广泛的应用。微机电器件的发展趋势是体积更小，耗能更低，价格更低，性能更优越。微机电加速度传感器是一种重要的微机电惯性器件，一直广泛应用于汽车的安全气囊触发装置，机器设备的结构振动监测等等，近年来随着产品不断的小型化和成本的大幅度降低，微机电加速度传感器也逐步应用于消费类电子产品领域，在手机、数码相机和笔记本电脑中已经有很多新颖的应用，比如手机的屏幕自动翻转感应装置，游戏机手柄控制装置，笔记本电脑跌落时的自动保护数据装置等等。微机电加速度传感器按照感应原理可以分为压阻式、压电式、电容式、热敏式和电磁式等等，其中电容式加速度传感器具有受温度变化影响小、加工容易、灵敏度高、带宽大等诸多特点而受到业界的广泛青睐。目前，微机电电容式加速度传感器多为单轴或双轴感应，实现三轴感应功能是采用不同器件的正交装配或者是在一个芯片上集成多个传感器， 这样会使器件体积偏大，加工工艺复杂，成本加大，而且正交装配的精度也不好保证。近一两年，出现了一些采用单质量块的电容加速度传感器来同时感应三轴加速度，一般是采用表面微加工技术，利用梳齿电极来测量X和y轴的加速度，而Z轴加速度的测量则采用上下极板式设计，这样增加了工艺难度，而且由于表面微加工工艺的局限性，不能得到大体积的质量块，因而不能获得良好的灵敏度。

发明内容
本发明的目的之一在于提供一种能获得良好灵敏度的微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器。本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的一种电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，其特征是它包括基底、感应机构和信号输出机构，所述基底上竖向固定设置有外围支撑和多个固定支撑，其中外围支撑位于基底之上的外边缘处；所述的感应机构包括质量块、梳齿结构和弹簧机构，所述质量块、梳齿结构和弹簧机构至基底中心向外围分布，质量块和梳齿结构位于同一平面内，所述质量块为单质量块， 质量块悬浮在所述基底中心的上方，其四周分别与梳齿结构相连，所述的梳齿结构为由X 轴梳齿结构、y轴梳齿结构和ζ轴梳齿结构构成的三轴全梳齿结构电极，其中，所述的χ轴梳齿结构有两组，沿χ轴在xy平面内以质量块为中心对称分布，用于测量χ轴加速度，所述y 轴梳齿结构有两组，沿y轴在xy平面内以质量块为中心对称分布，用于测量y轴加速度，所述ζ轴梳齿结构有四组，沿与χ轴或者y轴呈45°线和135°线夹角的位置在xy平面内以质量块为中心对称分布，用于测量ζ轴加速度，各轴梳齿结构均包括固定梳齿和活动梳齿， 各轴梳齿结构的固定梳齿通过固定支撑支撑于所述基底上，χ轴和y轴梳齿结构的活动梳齿一端连接于质量块，另一端于与所述的弹簧机构的一端相连，ζ轴疏齿结构的活动疏齿一端连接于质量块，另一端呈悬臂状，质量块通过活动梳齿和弹簧机构可以实现在χ、y> ζ轴上的运动，弹簧机构的另一端与外围支撑相连，通过外围支撑支撑在所述基底上，所述各轴梳齿结构的固定梳齿和活动梳齿分别与电源电连接且导电后构成梳齿电容的两极；所述的信号输出机构包括固定在所述的固定支撑和外围支撑上用于与外部信号电路相连的多个金属连接点，该多个金属连接点分别与所述各轴梳齿结构的固定梳齿电连接。本发明中，所述的弹簧机构共四组，沿χ轴和y轴对称分布于所述质量块四周，每一组弹簧机构包括至少两根位于中部起到梁支撑作用的梁结构以及对称分布于梁结构两边的U型弹簧，U型弹簧开口端朝向梁结构且两端口分开连接在相邻的两根梁结构上，梁结构的一端分别与相应的各轴梳齿结构的活动梳齿相连，另一端与所述的外围支撑相连。所述弹簧机构的梁结构为工字梁或矩形梁。本发明中，所述各轴梳齿结构的梳齿均为竖向板状，其中固定梳齿和活动梳齿呈相互交错状交替分布，并且相邻的梳齿间间隔一定间距。所述质量块上设计有用于降低空气阻尼的竖向释放孔。本发明中，所述的基底包括衬底和沉积在所述衬底之上的介质绝缘层，所述衬底的材料为单晶硅，所述介质绝缘层的材料为氧化硅或氮化硅。本发明的目的之二是提供一种电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器的制作方法。本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的一种电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器的制作方法，其包括如下步骤(1)提供一衬底，并在所述衬底上沉积介质绝缘层来形成基底；(2)采用干法蚀刻介质绝缘层，保留用以形成X、y、ζ三轴梳齿结构的活动梳齿的凸台；(3)在所述介质绝缘层上再沉积单晶硅层用于形成感应机构，并对所沉积的单晶硅进行重度参杂，使单晶硅具有导电性；(4)采用深反应离子蚀刻工艺，蚀刻所述沉积的单晶硅层和介质绝缘层，形成感应机构的各个部分，包括质量块，梳齿结构和弹簧机构，并形成固定支撑和外围支撑；(5)蚀刻X、y、ζ三轴梳齿结构的固定梳齿；(6)沉积金属以形成各个金属连接点，形成信号输出机构。综上所述，本发明的微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器通过将单一质量块悬挂于四组弹簧机构之上，并且使得感应χ和y轴加速度信号的两组梳齿电容和感应ζ轴加速度信号的四组梳齿电容与质量块在同一平面上，由此感应χ、y、ζ三轴加速度信号。弹簧机构由U型弹簧和梁结构组成，保证传感器在x、y、z三轴方向上，都可产生大的位移，感应机构感应机构采用了深反应离子蚀刻工艺，保证了质量块相对大的质量，具有较大的灵敏度，降低了成本。本发明采用对称式整体单质量块设计，采用体微加工技术，利用在同一平面内的梳齿电极来同时感应三轴加速度，降低了工艺难度，而且很好的保证了器件的灵敏度。


以下将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。图IA为本发明微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器实施例的总体结构简图；图IB-I为图IA的附视图；图1B-1A为图IB-I的A向放大图；图1B-2为图1B-1A的A-A线剖面示意图；图1B-3为图1B-1A的B-B线剖面示意图；图IC-I为本发明的χ轴梳齿结构的结构俯视示意图；图1C-2为沿图IC-I的C-C线剖面示意图；图ID-I为本发明的y轴梳齿结构的结构俯视示意图；图1D-2为沿图ID-I的D-D线剖面示意图；图IE-I为本发明的ζ轴梳齿结构的结构俯视示意图；图1E-2为沿图IE-I的E-E线剖面示意图；图IF为本发明的固定支撑和金属连接点的剖面示意图；图IG-I为本发明的弹簧机构的俯视结构图；图1G-2为沿图IG-I的F-F线剖面示意图；图2A至2C为微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器的模态分析示意图，其中，图2A为第一模态示意图，图2B为第二模态示意图，图2C为第三模态示意图；图3是为本发明受到χ轴反向加速度时，各轴固定梳齿和活动梳齿之间间距变化示意图；图3A是图3的B向放大图；图:3B是图3的C向放大图；图3C是图3的D向放大图；图3D是图3的E向放大图；图3E是图3的F向放大图；图4A是本发明受到ζ轴反向加速度时，ζ轴固定梳齿和活动梳齿之间间距变化示意图；图4B是本发明受到ζ轴反向加速度时，χ轴固定梳齿和活动梳齿之间间距变化示意图；图5A至5F为本发明微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器的制作方法流程示意图。
具体实施例方式如图IA至图1G-2所示的一种电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，它包括基底1、感应机构4和信号输出机构18，基底1包括衬底2和沉积在衬底之上的介质绝缘层3，衬底2的材料为单晶硅，介质绝缘层3的材料为氧化硅或氮化硅，基底1上竖向固定设置有外围支撑8和多个固定支撑36，其中外围支撑8位于基底1之上的外边缘处；所述的感应机构4包括质量块5、梳齿结构和弹簧机构6，质量块5、梳齿结构和弹簧机构6至基底中心向外围分布，质量块5和梳齿结构位于同一平面内，质量块5为单质量块，质量块5上设计有用于降低空气阻尼的竖向释放孔9，质量块5悬浮在基底中心的上方， 其四周分别与梳齿结构相连，梳齿结构为由χ轴梳齿结构31、y轴梳齿结构32和ζ轴梳齿结构33构成的三轴全梳齿结构电极，其中，χ轴梳齿结构31有两组，沿χ轴在xy平面内以质量块5为中心对称分布，用于测量χ轴加速度，y轴梳齿结构32有两组，沿y轴在xy平面内以质量块5为中心对称分布，用于测量y轴加速度，ζ轴梳齿结构33有四组，沿与χ轴或者y轴呈45°线和135°线夹角的位置在xy平面内以质量块5为中心对称分布，用于测量 ζ轴加速度，各轴梳齿结构均包括固定梳齿和活动梳齿，各轴梳齿结构的固定梳齿通过固定支撑36支撑于基底1上，χ轴和y轴梳齿结构的活动梳齿一端连接于质量块5，另一端于与所述的弹簧机构的一端相连，ζ轴疏齿结构的活动疏齿一端连接于质量块5，另一端呈悬臂状，质量块5通过活动梳齿和弹簧机构6可以实现在x、y、z轴上的运动，弹簧机构6的另一端与外围支撑8相连，通过外围支撑8支撑在基底1上，各轴梳齿结构的固定梳齿和活动梳齿分别与电源电连接且导电后构成梳齿电容的两极；所述的信号输出机构18包括固定在固定支撑36和外围支撑8上用于与外部信号电路相连的多个金属连接点20，该多个金属连接点20分别与各轴梳齿结构的固定梳齿电连接。χ轴梳齿结构31由χ轴固定梳齿23和χ轴活动梳齿16组成，y轴梳齿结构32由 y轴固定梳齿M和y轴活动梳齿17组成，ζ轴梳齿结构33由ζ轴固定梳齿25和ζ轴活动梳齿沈组成，各轴梳齿结构的梳齿均为竖向板状，其中固定梳齿和活动梳齿呈相互交错状交替分布，并且相邻的梳齿间间隔一定间距。χ轴固定梳齿23、y轴固定梳齿M和ζ轴固定梳齿25通过固定支撑36支撑于基底1上，χ轴活动梳齿16和y轴活动梳齿17的一端连接于质量块5，另一端通过所述外围支撑8支撑于所述的基底1上，ζ轴活动梳齿沈的一端连接于质量块5，另一端无支撑，呈悬臂状，由此质量块5均与χ轴活动梳齿16、y轴活动梳齿17和ζ轴活动梳齿沈相连，并且质量块5在基底中心的上方呈悬浮状分布。本发明中，χ轴活动梳齿16和χ轴固定梳齿23在所述质量块5两侧的χ轴方向形成电容Cxl和Cx2，每个χ轴固定梳齿位于靠近与其相邻的距离质量块5远的活动梳齿一侧，而远离与其相邻的距离质量块5近的活动梳齿一侧(如图1C-2所示，d2>>dl)。y轴活动梳齿17和y轴固定梳齿M在质量块5两侧的y方向形成差分电容Cyl和Cy2，每个y 轴固定梳齿位于靠近与其相邻的距离质量块5远的活动梳齿一侧，而远离与其相邻的距离质量块5近的活动梳齿一侧(如图1C-3所示，d2 >> dl)。ζ轴活动梳齿沈和所述ζ轴固定梳齿25在质量块外围沿45°线和135°线对称的形成电容071丄72丄73和074，每个 ζ轴固定梳齿25和与其相邻的活动梳齿沈等距分布。χ轴活动梳齿16的竖直厚度小于χ 轴固定梳齿23的竖直厚度并在竖直方向上处于χ轴固定梳齿23中间；y轴固定梳齿17在竖直厚度小于1轴固定梳齿M的竖直厚度并在竖直方向上处于1轴固定梳齿M中间；ζ轴活动梳齿26在竖直厚度等于ζ轴固定梳齿25的竖直厚度并偏上布置。本实施例的χ、y轴的梳齿结构有6块固定梳齿和8块活动梳齿，活动梳齿的8个梳齿分为两组并从中间相互连接在一起，每组4个齿对称分布在两侧向外伸出，固定梳齿也分为两组，对称地分布在活动梳齿的两侧，每组固定梳齿从外侧连接在一起，并向内对应地与活动梳齿相互交叉、插进于各活动梳齿之间。Z轴梳齿结构的不同之处在于固定梳齿的最外端连接在一起，并且ζ轴活动梳齿仅有一端与质量块5相连，另一端无支撑。两组χ轴梳齿结31沿χ轴对称分布用来测量χ轴加速度；两组y轴梳齿结构32 沿y轴对称分布用来测量y轴加速度，两组χ轴梳齿结构31之间形成差分电容；两组y轴梳齿结构32之间形成差分电容；四组ζ轴梳齿结构33沿45°线和135°线对称分布用来测量ζ三轴加速度。传感器信号的输出，χ轴和y轴采用差模输出，ζ轴采用共模输出。所述的弹簧机构6共四组，沿χ轴和y轴对称分布于质量块5四周，每一组弹簧机构6包括四个位于中部起到梁支撑作用的梁结构22以及对称分布于梁结构22两边的六个 U型弹簧21，U型弹簧21每两个开口相对，U型弹簧21开口端朝向梁结构22且两端口分开连接在相邻的两根梁结构22上，如此将所有梁结构连接，梁结构22的一端分别与相应的各轴梳齿结构的活动梳齿相连，另一端与外围支撑8相连，弹簧机构6的梁结构22为工字梁。作为本发明中弹簧机构的变换，每一组弹簧机构6包括至少两根位于中部起到梁支撑作用的梁结构22以及对称分布于梁结构22两边的U型弹簧21，U型弹簧21开口端朝向梁结构22且两端口分开连接在相邻的两根梁结构22上，梁结构22的一端分别与相应的各轴梳齿结构的活动梳齿相连，另一端与外围支撑8相连，弹簧机构6的梁结构22也可以是“[”型或者矩形梁中的一种。通过弹簧机构6，质量块5可以实现在χ、y、ζ三轴上的运动。信号输出机构18位于感应机构4之上，它包括用于与外部信号电路相连的各个金属连接点20，金属连接点20包括1^1、1^2、卩71、卩72、卩21、卩22、卩23、卩24、卩0多个连接点。微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器88产生电容变化时，分别通过各金属连接点20输出，与后续外部信号处理电路进行连接，并将电容变化转化成最终的电信号变化。利用C0NVENT0R软件对微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器88 进行模态分析，C0NVENT0R是专业的微机电传感器和执行器设计仿真软件。图2A-至图2C 所示的为为微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器88的前三模态简图，沿χ 方向运动和沿y方向的运动动的谐振频率完全一样是第一、二模态，第三模态是沿ζ方向的运动，其谐振频率与第一二模态接近。如图3至图3E所示，本实施例的微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器88在受到χ轴反向加速度作用时固定梳齿和活动梳齿之间间距变化示意图，当传感器受到Χ轴反方向加速度ax时，该质量块5与各轴活动梳齿电极将会沿χ轴正方向平移，如图所示χ轴梳齿结构31，因为如图1C-2，d2 >> dl，所以dl的大小变化对电容的改变起着决定作用，Cx2中的极板间距dl变大，进而Cx2电容值变小，而Cxl中的极板间距dl变小，进而Cxl电容值变大。同理，当受到χ轴正向加速度时，Cx2电容值变大，Cxl电容值变小。图3所示y轴梳齿结构32，Cyl的极板间距不变，右半部分极板正对面积增大，左半部分极板正对面积减小，增大的面积和减小的面积相等，因此Cyl的电容不变，Cy2的情况与 Cyl相同，所以Cy2也不变。同理，当受到χ轴正向加速度时，Cyl和Cy2也都不变。图3所示ζ轴梳齿结构33，在Cz2中，一方面，Cz2的左上方极板正对面积减小，右下方极板正对面积增大，增大的面积和减小的面积相等，因此极板面积对于电容影响可以忽略，同时，位于固定梳齿中间的活动梳齿与面积较大的固定梳齿距离增大，因此，Cz2减小；在Cz4中，一方面，Cz4的左下方极板正对面积减小，右上方极板正对面积增大，增大的面积和减小的面积相等，因此极板面积对于电容影响可以忽略，同时，位于固定梳齿中间的活动梳齿与面积较大的固定梳齿距离减小，因此，Cz4增大。Cz2的电容较小量等于Cz4的电容增加量，同时因为Czl和Cz2的改变量一致，Cz3和Cz4的该变量一致。因为ζ轴采用共模输出，所以ζ轴总的输出电容(Czl+Cz2+Cz3+Cz4)不变。同理，当受到χ轴正向加速度时，ζ轴总的输出电容(Czl+Cz2+Cz3+Cz4)也不变。由此说明，当微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器88在受到χ向加速度时，y轴和ζ轴没有相应的输出信号，系统只有Cxl和Cx2的电容值改变。Cxl，Cx2分别通过1^1，Px2输出到外部信号处理电路将其转化为差模输出。因为微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器88的χ轴和y轴完全对称，所以当系统受到1轴加速度时，系统只有Cyl和Cy2的电容值改变。Cyl，Cy2分别通过Py 1，Py2输出到外部信号处理电路将其转化为差模输出。如图4A、图4B所示，其为微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器88 在受到ζ轴加速度作用时的ζ轴固定梳齿和活动梳齿之间间距变化示意图，当传感器受到 Z轴反方向加速度az时，质量块5与各轴活动梳齿电极将会沿Z轴正方向平移，图4A为Z 轴梳齿结构33位移变形示意图，ζ轴活动梳齿沈向上运动，从而使得如图所示Czl、Cz2、 Cz3、Cz4的极板正对面积减小，进而CZ1、CZ2、CZ3、CZ4电容值都变小。相应的，当传感器受到ζ轴正方向加速度，ζ轴活动梳齿沈向下运动，从而使得如图所示CZ1、CZ2、CZ3、CZ4的极板正对面积增大，因此Czl、Cz2、Cz3、Cz4电容值都变大。图4B为微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器88受ζ轴反方向加速度az时轴固定梳齿和活动梳齿之间间距变化示意图，χ轴活动梳齿16向上运动，但超越不了 χ轴固定梳齿23的高度，因为极板正对面积和极板间距离都不变，所以χ轴电容值Cxl和Cx2都不变。相应的，当传感器受到ζ轴反方向加速度，χ轴活动梳齿16向下运动，但超越不了 χ轴固定梳齿23的底部，因此χ轴电容值Cxl和Cx2也都不变。因为微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器88的χ轴和y轴完全对称，所以当系统受到ζ轴加速度时，y轴电容值Cyl和Cy2都不变。由此说明，当微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器88在受到ζ向加速度时，χ轴和y轴没有相应的输出信号，系统只有Cz 1、Cz2、Cz3、Cz4的电容值变化。Cz 1、 Cz2、Cz3、Cz4分别通过1^1，Pz2, Pz3, Pz4输出到外部信号处理电路将其转化为共模输出。如图5A至图5F所示，本发明同时还提供了上述电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器的制作方法，其包括如下步骤(1)如图5A所示，提供一衬底2，并在所述衬底2上沉积介质绝缘层3来形成基底 1，衬底2选用单晶硅材料，介质绝缘层3可以是氮化硅或氧化硅材料；(2)如图5B所示，采用干法蚀刻介质绝缘层3，蚀刻除x，y，ζ轴活动梳齿之外的区域，形成凸台44，用于形成x、y、ζ三轴梳齿结构的活动梳齿；(3)如图5C所示，在所述介质绝缘层上再沉积单晶硅层46用于形成感应机构，并对所沉积的单晶硅进行P型或N型重度参杂，使单晶硅具有导电性，介质绝缘层3可阻止对衬底2的参杂；
(4)如图5D所示，采用深反应离子蚀刻工艺，蚀刻沉积的单晶硅层46和介质绝缘层3，形成感应机构4的各个部分，包括质量块、梳齿结构和弹簧机构，并形成固定支撑和外围支撑；(5)如图5E所示，蚀刻χ、y、ζ三轴梳齿结构的固定梳齿，使得ζ轴固定梳齿低25 于Z轴活动梳齿沈，χ轴活动梳齿16和y轴活动梳齿17低于χ轴固定梳齿23和y轴固定梳齿24 ；(6)如图5F所示，沉积金属以形成各个金属连接点，形成信号输出机构18。本发明的微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器通过对称的弹簧机构来支撑质量块，用于感应X，1，ζ轴加速度信号的梳齿电容均与质量块在同一平面，弹簧机构由U型弹簧和梁结构组成，当x，y，z三轴加速度作用时，均可以产生较大位移。χ轴方向运动，y轴方向运动和ζ轴方向运动分别是该传感器的前三谐振模态，而且第一二模态谐振频率完全相同，第三模态谐振频率与第一二模态差别不大。X轴和y轴的输出采用差模信号，Z轴输出采用共模信号，可以避免不同轴之间信号的干扰。本发明的微机电电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器的制作方法采用深反应离子蚀刻的体微加工方法，可获得相对大的质量块。
权利要求
1.一种电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，其特征是它包括基底(1)、感应机构(4)和信号输出机构(18)，所述基底(1)上竖向固定设置有外围支撑(8)和多个固定支撑(36)，其中外围支撑(8)位于基底(1)之上的外边缘处；所述的感应机构(4)包括质量块(5)、梳齿结构和弹簧机构(6)，所述质量块(5)、梳齿结构和弹簧机构(6)至基底中心向外围分布，质量块(5)和梳齿结构位于同一平面内，所述质量块( 为单质量块，质量块( 悬浮在所述基底中心的上方，其四周分别与梳齿结构相连，所述的梳齿结构为由χ轴梳齿结构(31)、y轴梳齿结构(32)和ζ轴梳齿结构(33)构成的三轴全梳齿结构电极，其中，所述的χ轴梳齿结构(31)有两组，沿χ轴在xy平面内以质量块( 为中心对称分布，用于测量χ轴加速度，所述y轴梳齿结构(3 有两组，沿y轴在 xy平面内以质量块(5)为中心对称分布，用于测量y轴加速度，所述ζ轴梳齿结构(33)有四组，沿与χ轴或者y轴呈45°线和135°线夹角的位置在xy平面内以质量块( 为中心对称分布，用于测量ζ轴加速度，各轴梳齿结构均包括固定梳齿和活动梳齿，各轴梳齿结构的固定梳齿通过固定支撑(36)支撑于所述基底(1)上，χ轴和y轴梳齿结构的活动梳齿一端连接于质量块(5)，另一端于与所述的弹簧机构(6)的一端相连，ζ轴疏齿结构的活动疏齿一端连接于质量块(5)，另一端呈悬臂状，质量块( 通过活动梳齿和弹簧机构(6)可以实现在x、y、z轴上的运动，弹簧机构(6)的另一端与外围支撑(8)相连，通过外围支撑(8) 支撑在所述基底(1)上，所述各轴梳齿结构的固定梳齿和活动梳齿分别与电源电连接且导电后构成梳齿电容的两极；所述的信号输出机构(18)包括固定在所述的固定支撑(36)和外围支撑(8)上用于与外部信号电路相连的多个金属连接点(20)，该多个金属连接点00)分别与所述各轴梳齿结构的固定梳齿电连接。
2.根据权利要求1所述的电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，其特征是 所述的弹簧机构(6)共四组，沿χ轴和y轴对称分布于所述质量块(5)四周，每一组弹簧机构(6)包括至少两根位于中部起到梁支撑作用的梁结构02)以及对称分布于梁结构02) 两边的U型弹簧01)，U型弹簧开口端朝向梁结构02)且两端口分开连接在相邻的两根梁结构02)上，梁结构02)的一端分别与相应的各轴梳齿结构的活动梳齿相连，另一端与所述的外围支撑(8)相连。
3.根据权利要求2所述的电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，其特征是 所述弹簧机构(6)的梁结构02)为工字梁或矩形梁。
4.根据权利要求1所述的电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，其特征是 所述各轴梳齿结构的梳齿均为竖向板状，其中固定梳齿和活动梳齿呈相互交错状交替分布，并且相邻的梳齿间间隔一定间距。
5.根据权利要求1所述的电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，其特征是 所述质量块(5)上设计有用于降低空气阻尼的竖向释放孔(9)。
6.根据权利要求1所述的电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器，其特征是 所述的基底(1)包括衬底( 和沉积在所述衬底之上的介质绝缘层(3)，所述衬底( 的材料为单晶硅，所述介质绝缘层(3)的材料为氧化硅或氮化硅。
7.一种实现权利要求1所述的电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器的制作方法，其包括如下步骤(1)提供一衬底，并在所述衬底上沉积介质绝缘层来形成基底；(2)采用干法蚀刻介质绝缘层，保留用以形成x、y、z三轴梳齿结构的活动梳齿的凸台；(3)在所述介质绝缘层上再沉积单晶硅层用于形成感应机构，并对所沉积的单晶硅进行重度参杂，使单晶硅具有导电性；(4)采用深反应离子蚀刻工艺，蚀刻所述沉积的单晶硅层和介质绝缘层，形成感应机构的各个部分，包括质量块，梳齿结构和弹簧机构，并且形成固定支撑和外围支撑；(5)蚀刻χ、y、ζ三轴梳齿结构的固定梳齿；(6)沉积金属以形成各个金属连接点，形成信号输出机构。
全文摘要
本发明公开了一种电容式单质量块全梳齿电极三轴加速度传感器及其制作方法，该加速度传感器采用单质量块设计，x，y，z轴均使用在xy平面上的梳齿结构作为感应加速度电极。感应机构，由重度参杂单晶硅通过深反应离子蚀刻制成，其包括质量块，弹簧机构和梳齿结构。弹簧机构由U型弹簧，和梁结构，组成，共四组对称分布。两组x轴梳齿结构，沿x轴在xy平面内以质量块为中心对称分布，两组y轴梳齿结构，沿y轴在xy平面内以质量块为中心对称分布，四组z向梳齿结构，沿45°和135°线在xy平面内以质量块为中心称分布。三轴加速度测量信号输出互不干扰，实现用单一质量块和全梳齿结构电极来测量三轴加速度。
文档编号G01P15/18GK102384984SQ201010272938
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月2日 优先权日2010年9月2日
发明者孙博华, 王琳 申请人:孙博华