一种叶片式Z轴MEMS加速度计.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114966111A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210378577.0(22)申请日2022.04.12(71)申请人苏州感测通信息科技有限公司地址215000江苏省苏州市工业园区金鸡湖大道99号苏州纳米城西北区13幢102室(72)发明人苏岩(74)专利代理机构南京苏科专利代理有限责任公司32102专利代理师陈忠辉(51)Int.Cl.G01P15/125(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图6页(54)发明名称一种叶片式Z轴MEMS加速度计(57)摘要本发明揭示了一种叶片式Z轴MEMS加速度计，由硅衬底和硅帽相接构成空腔，硅衬底和硅帽上各设有检测电极。特别地，该空腔中设有锚点、支撑框架及两组以上具有不对称质量的叶片式质量块，每组质量块通过位于中间的弹性梁连接并围绕锚点等距分布在支撑框架上，且绕锚点旋转对称；在沿锚点轴向所在Z轴输入加速度下，该质量块绕弹性梁所在、支撑框架的支臂发生XY平面外旋转运动，检测电极与质量块构成检测加速度的两组以上差分电容。应用本发明该MEMS加速度计，通过将质量块设计成相对锚点旋转对称的叶片式结构，将封装应力误差得以最大化地差分抵销，可以大幅提高Z轴MEMS加速度计的温度特性，具有更高的抗误差干扰能力及其它MEMS相关器件的普适性。CN114966111ACN114966111A权利要求书1/1页1.一种叶片式Z轴MEMS加速度计，由硅衬底和硅帽相接构成空腔，硅衬底和硅帽上各设有检测电极，其特征在于：空腔中设有锚点、支撑框架及两组以上具有不对称质量的叶片式质量块，每组质量块通过位于中间的弹性梁连接并围绕锚点等距分布在支撑框架上，且绕锚点旋转对称；在沿锚点轴向所在Z轴输入加速度下，所述质量块绕弹性梁所在、支撑框架的支臂发生XY平面外旋转运动，检测电极与质量块构成检测加速度的两组以上差分电容。2.根据权利要求1所述叶片式Z轴MEMS加速度计，其特征在于：所述质量块沿支臂外形对称但质量不对称。3.根据权利要求1所述叶片式Z轴MEMS加速度计，其特征在于：所述质量块设为与应力在硅衬底上产生的应变形状共形且对应分布。4.根据权利要求1或3所述叶片式Z轴MEMS加速度计，其特征在于：所述检测电极与质量块在XY平面的投影相重合。5.根据权利要求1或3所述叶片式Z轴MEMS加速度计，其特征在于：所述检测电极与质量块在XY平面的投影等比例放大或等比例缩小。6.根据权利要求1所述叶片式Z轴MEMS加速度计，其特征在于：所述质量块为平均分割圆盘的四组扇形叶片，每组扇形叶片对中隔断且通过弹性梁相接为一体，弹性梁定位插接于支撑框架的开槽中，相邻各组扇形叶片之间由支撑框架隔断。7.根据权利要求1所述叶片式Z轴MEMS加速度计，其特征在于：所述质量块为锚点径向范围下的内、外环嵌套形式，其中内环设为平均分割圆盘的两组以上扇形叶片，每组扇形叶片对中隔断且通过弹性梁相接为一体，相邻各组扇形叶片之间由支撑框架隔断；外环设为平均分割圆环的两组以上扇环叶片，每组扇环叶片对中隔断且通过弹性梁相接为一体，相邻各组扇环叶片之间由支撑框架隔断，弹性梁定位插接于支撑框架的开槽中。8.根据权利要求7所述叶片式Z轴MEMS加速度计，其特征在于：所述支撑框架对应内环、外环各自弹性梁相容的开槽所在支臂共线或相互错位。9.根据权利要求1所述叶片式Z轴MEMS加速度计，其特征在于：所述质量块的叶片外形至少为矩形、梯形、圆环形。2CN114966111A说明书1/6页一种叶片式Z轴MEMS加速度计技术领域[0001]本发明涉及一种芯片级传感器设计，尤其涉及一种叶片式Z轴MEMS加速度计的创新结构，属于微机电技术领域。背景技术[0002]MEMS即微机电系统(Micro‑electroMechanicalSystem)，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。其中，MEMS压力传感器、加速度计、陀螺仪等都是典型的力敏感器件，它们多用作压力、加速度、角速度等物理量的高精度测量，具有体积小、功耗低、与集成电路工艺兼容、易于大批量生产等特点。[0003]MEMS加速计是利用微型检测质量块来实现测量加速度的微型传感器。根据其检测原理，可分为压阻式、压电式、电容式、热流式等。目前高精度、商用的MEMS加速度计大多为电容式的。但是无论哪种检测原理的MEMS加速度计，其在封装过程中均无法避免地会引入额外的应力。[0004]MEMS加速度计的MEMS芯片通常采用陶瓷、金属或塑料管壳封装。MEMS芯片通常采用粘胶固定在封装壳体腔体内。由于MEMS芯片、粘胶、封装管壳为不同材料，其