加速度計制造技術

一種用于加速度計的感測結構，其包括：通過柔性支腿安裝到支撐件的檢驗質量塊以用于響應于沿著感測方向施加的加速度的平面內移動；所述檢驗質量塊包括基本垂直于所述感測方向延伸并且在所述感測方向上間隔開的多個可移動電極指狀物；至少一對固定電容電極，其包括基本垂直于所述感測方向延伸并且在所述感測方向上間隔開的第一組固定電極指狀物和第二組固定電極指狀物；所述第一組固定電極指狀物和所述第二組固定電極指狀物與所述可移動電極指狀物互相交叉、分別在一個方向和相反方向上與兩者間的中線具有第一偏移和第二偏移；其中所述檢驗質量塊是圍繞所述固定電容電極的外框架，所述柔性支腿從所述檢驗質量塊橫向向內延伸到中央錨。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開涉及用于加速度計的感測結構，具體地說涉及用于加速度計的電容式感測結構。專利技術背景加速度計是可測量由于運動和/或振動的加速力的機電裝置。加速度計在廣泛多種應用中得到使用，包括地震感測、振動感測、慣性感測以及傾斜感測。電容式加速度計通常由硅制成并且實現為微機電系統(MEMS)結構。典型MEMS電容式感測結構包括相對于支撐件可移動地安裝的檢驗質量塊。從檢驗質量塊延伸的一組可移動電極指狀物與一組或多組固定電極指狀物互相交叉，其中電極指狀物之間的微分電容是可測量的以便檢測檢驗質量塊在感測方向上的偏轉。包括感測結構的加速度計包括用于驅動和拾取信號的適當電子器件。WO 2004/076340和WO 2005/083451提供包括基本垂直于MEMS裝置的感測方向延伸的多個互相交叉的固定和可移動電極指狀物的電容式加速度計的實例。電極指狀物由單個硅襯底例如使用深反應離子蝕刻(DRIE)形成。硅襯底通常陽極地粘結到玻璃支撐件，玻璃具有其中元件移動的預氣穴現象。在粘結和DRIE之后，添加蓋玻璃晶片來給予具有捕獲在內側的氣態介質的密封組件。大氣壓氣體(通常是氬)在檢驗質量塊移動時為其提供臨界壓膜阻尼。隨后添加井下通孔來從玻璃支撐件的頂表面到活性硅元件進行電連接。玻璃支撐件提供高電絕緣，但在取決于玻璃類型的熱膨脹系數中存在失配。例如，SD2玻璃(硅酸鋁)給予比Pyrex(硅酸硼)好的熱匹配。玻璃中優
先使用硅(諸如氧化技術的粘結硅)以便支撐，因為其減小了對地雜散電容。加速度計的現有技術實例在WO 2012/076837中描述并且見于圖1。在此感測結構中，檢驗質量塊分離成布置在一對固定電容電極的相對側上的第一質量元件和第二質量元件。質量元件可通過撐桿剛性互連以形成整體可移動檢驗質量塊。質量元件通過連接分開的頂部錨固點和底部錨固點的一組四個柔性支腿安裝到下面的支撐件。錨固點和兩組固定電極指狀物陽極地粘結到下面的玻璃支撐件。此設計的問題是玻璃支撐件與硅襯底之間的膨脹差在存在溫度變化時升高。在均勻熱膨脹的情況下，兩個固定電極相對于兩個錨固點對稱地移動(例如，向外)，這在電極指狀物間隙變化時引起比例因子移位。在跨過裝置的熱梯度的情況下，兩個固定電極相對于彼此不對稱地移動，導致偏置移位。在開環中操作，這種裝置的靈敏度通常是30nm/g(對于30g的范圍)，因此30pm的相對移動引起1mg的偏置移位。支撐玻璃的應力可由熱膨脹/梯度造成，或者由用在裝置封裝中的黏晶(diebond)引起。黏晶是具有低楊氏模量的彈性材料，其通常具有高熱膨脹系數并且還可經歷老化效應。本公開尋求減少或克服以上列出的缺點。
技術實現思路
根據本公開的第一個方面，提供用于加速度計的感測結構，其包括：支撐件和通過柔性支腿安裝到支撐件的檢驗質量塊以用于響應于沿著感測方向施加的加速度的平面內移動；檢驗質量塊包括基本垂直于感測方向延伸并且在感測方向上間隔開的多個可移動電極指狀物；以及至少一對固定電容電極，其包括基本垂直于感測方向延伸并且在
感測方向上間隔開的第一組固定電極指狀物和第二組固定電極指狀物；第一組固定電極指狀物布置來與可移動電極指狀物互相交叉、在一個方向上與兩者間的中線具有第一偏移，并且第二組固定電極指狀物布置來與可移動電極指狀物互相交叉、在相反方向上與兩者間的中線具有第二偏移；其中檢驗質量塊采取圍繞至少一對固定電容電極的外框架的形狀，柔性支腿從檢驗質量塊橫向向內延伸到具有沿著感測方向的相對于固定電容電極對居中的位置的中央錨。因此根據本公開，檢驗質量塊采取在單個點處錨固在固定電容電極對中央的外框架的形狀。通過中央錨固點，在熱梯度存在的情況下，檢驗質量塊框架不太可能相對于固定電極指狀物移動。這減小了由支撐件與檢驗質量塊的材料(例如，硅)之間的膨脹率差造成的加速度計偏置。在一組實例中，感測結構包括至少兩對固定電容電極。在加速度計中，每對的第一組固定電極指狀物和第二組固定電極指狀物可相對于彼此被反相地驅動。檢驗質量塊錨保持沿著感測方向的相對于兩對或更多對的固定電容電極居中的位置。這意味著一對固定電容電極可定位在中央錨上方，而另一對固定電極指狀物可定位在中央錨下方(即，沿著感測方向看)。在每對固定電極中，第一組固定電極指狀物和第二組固定電極指狀物可沿著感測方向彼此緊鄰而不是如現有技術中由撐桿間隔開。每對的第一組固定電極指狀物和第二組固定電極指狀物反相地驅動導致微分對。兩個第一組固定電極指狀物可同相地電連接，而兩個第二組固定電極指狀物可反相地連接。在存在均勻溫度變化的情況下，此雙重微分方案引起兩對的固定電容電極以相同量移動并因此取消任何偏置移位并使比例因子移位最小化。與現有技術設計相比，比例因子變化可以10的因子減小。在本公開的至少一些實例中，感測結構可包括多于兩對的固定電容電極。有可能感測結構可包括三個微分電極對，或者任何其他奇數的固定電容電極對。多于一個的固定電極指狀物微分對的任何布置將提供在均勻溫度變化下的比例因子的穩定性中的改進，但據計算任選布置使用偶數的固定電容電極對。因此在一些實例中，感測結構可包括至少4、6、8等(或任何偶數)對的固定電容電極，每對的第一組固定電極指狀物和第二組固定電極指狀物被反相地驅動。據計算，溫度梯度下的開環靈敏度中的改進與偶數相比較使用奇數的微分電極對更少。在檢驗質量塊采取圍繞一對或更多對的固定電容電極的外框架形狀的情況下，固定電容電極可布置成在外框架內居中。感測結構中的電極的布置可在感測方向上對稱和/或垂直于感測方向。每對固定電容電極可包括與檢驗質量塊的中央錨橫向對準的錨。這可促進加速度計的各種元件之間的共用電連接。例如，每對固定電容電極可在沿著感測方向與檢驗質量塊的中央錨對準的中央位置處錨固到支撐件。對于每對固定電容電極，單個共用電連接可被提供用于第一組固定電極指狀物和第二組固定電極指狀物。這可減小所需要的分開電連接的數量。在兩對或更多對固定電容電極被反相地驅動的情況下，可提供與用于檢驗質量塊的第五電連接一致的至少四個單獨電連接，每個對應于每一對固定電容電極。在第一組實例中，感測結構包括沿著感測方向對稱布置的兩對固定電容電極，其中中央錨任一側一對。上部對的第一組固定電極指狀物和第二組固定電極指狀物可與下部對的第一組固定電極指狀物和第二組固定電極指狀物鏡像對稱，其中對稱軸線穿過中央錨。在感測結構包括具有布置來具有對稱偏移的位于中央錨上方的第一上部組的固定電極指狀物和第二上部組的固定電極指狀物和位于中央錨下方的第一下部組的固定電極指狀物和第二下部組的固定電極指狀物的兩對固定電容電極的加速度計中，第一上部組的固定電極指狀物可與第一下部組的固定電極指狀物同相地驅動，并且第二上部組的固定
電極指狀物可與第二下部組的固定電極指狀物同相地驅動。由于電極指狀物的對稱布置，由于均勻溫度變化的微分電容變化將被取消。此外，倒置驅動相將倒置信號感測，因此雙解調(“消波穩定”)可能消除解調器錯誤。這可用于消除連接到加速度計中的感測結構的解調器的電子偏移。如果電極通過經歷老化問題的黏晶安裝到支撐件，那么先前在高溫操作壽命期間觀察的比例因子移位可顯著減小。這取決于跨過支撐件表面的均勻黏晶的存在。在另一組實例本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于加速度計的感測結構，其包括：支撐件和通過柔性支腿安裝到支撐件的檢驗質量塊以用于響應于沿著感測方向施加的加速度的平面內移動；所述檢驗質量塊包括基本垂直于所述感測方向延伸并且在所述感測方向上間隔開的多個可移動電極指狀物；以及至少一對固定電容電極，其包括基本垂直于所述感測方向延伸并且在所述感測方向上間隔開的第一組固定電極指狀物和第二組固定電極指狀物；所述第一組固定電極指狀物布置來與所述可移動電極指狀物互相交叉、在一個方向上與兩者間的中線具有第一偏移，并且所述第二組固定電極指狀物布置來與所述可移動電極指狀物互相交叉、在相反方向上與兩者間的中線具有第二偏移；其中所述檢驗質量塊采取圍繞所述至少一對固定電容電極的外框架的形狀，所述柔性支腿從所述檢驗質量塊橫向向內延伸到具有沿著所述感測方向的相對于所述固定電容電極對居中的位置的中央錨。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.02.19 GB 1402936.71.一種用于加速度計的感測結構，其包括：支撐件和通過柔性支腿安裝到支撐件的檢驗質量塊以用于響應于沿著感測方向施加的加速度的平面內移動；所述檢驗質量塊包括基本垂直于所述感測方向延伸并且在所述感測方向上間隔開的多個可移動電極指狀物；以及至少一對固定電容電極，其包括基本垂直于所述感測方向延伸并且在所述感測方向上間隔開的第一組固定電極指狀物和第二組固定電極指狀物；所述第一組固定電極指狀物布置來與所述可移動電極指狀物互相交叉、在一個方向上與兩者間的中線具有第一偏移，并且所述第二組固定電極指狀物布置來與所述可移動電極指狀物互相交叉、在相反方向上與兩者間的中線具有第二偏移；其中所述檢驗質量塊采取圍繞所述至少一對固定電容電極的外框架的形狀，所述柔性支腿從所述檢驗質量塊橫向向內延伸到具有沿著所述感測方向的相對于所述固定電容電極對居中的位置的中央錨。2.根據權利要求1所述的感測結構，其包括至少兩對固定電容電極。3.根據權利要求2所述的感測結構，其包括另外偶數對的固定電容電極。4.根據任何前述權利要求所述的感測結構，其中每對的所述第一組固定電極指狀物和所述第二組固定電極指狀物在與所述檢驗質量塊的所述中央錨一致的中央位置處錨固到所述支撐件。5.根據任何前述權利要求所述的感測結構，其包括用于每對的所述第一組固定電極指狀物和所述第二組固定電極指狀物、與用于所述檢驗質量塊的中央電連接一致布置的共用電連接。6.根據任何前述權利要求所述的感測結構，其中所述檢驗質量塊通過兩對或更多對的分開的柔性支腿連接到所述中央錨。7.根據任何前述權利要求所述的感測結構，其中所述檢驗質量塊通過具有螺旋形形狀的多個柔性支撐腿連接到所述中央錨。8.根據權利要求9所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：AR馬爾弗恩，K哈里什，
申請(專利權)人：大西洋慣性系統有限公司，
類型：發明
國別省市：英國;GB