惯性传感器结构与惯性传感器的制作方法

本发明涉及微机电，特别涉及一种惯性传感器结构与惯性传感器。

背景技术：

1、微机电(micro-electro-mechanical systems，简称mems)加速度计是微机电系统中一种常见的传感器元件，自被提出以来，经历了将近半个世纪的发展和演变。随着应用范围的逐步拓宽，加速度计广泛应用于消费电子、汽车电子及航空航天等领域，mems技术具有小体积、低功耗、可批量生产等优点，因而越来越多的人开始关注微机电系统惯性传感器芯片。

2、在现有技术中，z轴电容式加速度传感器采用偏心翘板结构实现。在无外界信号时，运动电极与固定电极相对静止，翘板两边无电容变化，当对z方向施加加速度信号时，运动极板发生扭转，翘板两边的运动极板相对固定电极的运动方向相反，此时翘板两边的电容发生变化，可根据差动电容计算运动极板的位移量。

3、目前有通过将两个完全相同的z轴电容式加速度传感器相对彼此旋转180°放置，来解决由温度梯度带来的偏移影响，但两个完全相同的z轴电容式加速度传感器相互独立，工作状态下两传感器的运动并不能保证完全相同。用以响应z轴方向加速度的质量块会受到其所在平面内z轴和y轴方向的模态影响而发生面内的扭转，使输出结果产生偏差，影响测量结果的精确性。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供一种惯性传感器结构与惯性传感器，以使两个质量块同频运动的同时，避免面内干扰模态对质量块的影响。

2、为了解决上述技术问题，本发明的实施例公开了如下技术方案：

3、一方面，提供了一种惯性传感器结构，包括：

4、衬底；

5、器件结构，其设置在所述衬底的一侧，所述器件结构具有与所述衬底相平行的第一平面；所述器件结构包括第一可动质量块、第二可动质量块、用于固定所述第一可动质量块的第一锚点以及用于固定所述第二可动质量块的第二锚点；所述第一可动质量块包括位于所述第一锚点两侧的第一质量单元和第二质量单元，所述第二可动质量块包括位于所述第二锚点两侧的第三质量单元和第四质量单元；所述第一质量单元和第二质量单元的质量不等，所述第三质量单元和所述第四质量单元的质量不等；所述第一可动质量块和所述第二可动质量块关于一中心点180°旋转对称。

6、所述器件结构还包括一对限位梁，所述第一可动质量块和所述第二可动质量块的几何中心确定第一直线，所述一对限位梁分别设置在所述第一可动质量块和所述第二可动质量块关于所述第一直线的两侧，所述限位梁沿所述第一直线延伸方向延伸，所述一对限位梁中的一者通过一对子梁分别与第一可动质量块中质量较大的质量单元以及第二可动质量块中质量较小的质量单元连接，所述一对限位梁中的另一者通过一对子梁分别与所述第一可动质量块中质量较小的质量单元以及第二可动质量块中质量较大的质量单元连接。

7、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述子梁与所述限位梁的延伸方向垂直。

8、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述限位梁的长度大于连接在同一所述限位梁上的一对子梁之间的距离。

9、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第一质量单元、所述第二质量单元、所述第三质量单元和所述第四质量单元靠近所述限位梁的一侧分别设有与各自外缘连通的通槽；

10、所述子梁延伸至所述通槽内与所述第一质量单元、所述第二质量单元、所述第三质量单元或所述第四质量单元连接。

11、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第一锚点和所述第二锚点分别设置在所述第一可动质量块和所述第二可动质量块的几何中心；

12、所述第一可动质量块中质量较小的质量单元和所述第二可动质量块中质量较小的质量单元设有若干镂空孔，以使得所述第一质量单元和所述第二质量单元质量不等，所述第三质量单元和所述第四质量单元质量不等。

13、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第一锚点与所述第一可动质量块偏心连接，以使得所述第一质量单元和所述第二质量单元质量不等，所述第二锚点与所述第二可动质量块偏心连接，以使得所述第一质量单元和所述第二质量单元质量不等。

14、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第一可动质量块还包括第一镂空槽，所述第一镂空槽内设置有所述第一锚点和用于与所述第一锚点连接的第一弹性梁；

15、所述第二可动质量块还包括第二镂空槽，所述第二镂空槽内设置有所述第二锚点和用于与所述第二锚点连接的第二弹性梁；

16、所述第一弹性梁与所述第二弹性梁的轴线方向相同，且所述第一弹性梁与所述第二弹性梁的轴线方向与所述限位梁的延伸方向平行或垂直。

17、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第一质量单元、所述第二质量单元、所述第三质量单元和所述第四质量单元呈2*2阵列排布；

18、所述第一可动质量块中质量较小的质量单元和所述第二可动质量块中质量较小的质量单元呈对角线排布。

19、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述第一质量单元、所述第二质量单元、所述第三质量单元和所述第四质量单元沿所述第一直线延伸方向依次排布；

20、所述第一可动质量块中质量较小的质量单元和所述第二可动质量块中质量较小的质量单元相邻设置；或，

21、所述第一可动质量块中质量较大的质量单元和所述第二可动质量块中质量较大的质量单元相邻设置。

22、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，包括：

23、固定电极层，所述固定电极层位于所述衬底朝向所述器件结构的一侧，所述固定电极层包括第一固定电极组和第二固定电极组；

24、所述第一固定电极组与所述第一可动质量块形成针对垂直于第一平面的方向上加速度的第一差分电容；

25、所述第二固定电极组与所述第二可动质量块形成针对垂直于第一平面的方向上加速度的第二差分电容。

26、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，第一差分电容包括第一电容和第二电容；

27、所述第一固定电极组包括第一固定电极和第二固定电极，所述第一固定电极与所述第一质量单元相对设置以形成所述第一电容，所述第二固定电极与所述第二质量单元相对设置以形成所述第二电容；

28、第二差分电容包括第三电容和第四电容；

29、所述第二固定电极组包括第三固定电极和第四固定电极，所述第三固定电极与所述第三质量单元相对设置以形成所述第三电容，所述第四固定电极与所述第四质量单元相对设置以形成所述第四电容。

30、另一方面，进一步公开了一种惯性传感器，除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述惯性传感器包括如上述任一项所述的惯性传感器结构。

31、上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：在现有技术中，响应第三轴向加速度的质量块会受面内第一轴向和第二轴向的干扰模态影响而发生面内扭转，影响第三轴向加速度的测量精度，本技术通过限位梁连接一可动质量块中质量较大的质量单元和另一可动质量块中质量较小的质量单元，能够增加可动质量块在面内的扭转刚度，使第一轴向、第二轴向的干扰模态不易被触发，从而抑制面内的干扰模态对质量块测量第三轴向加速度的影响，同时，限位梁的设置能够保证本技术在受到第三轴向方向加速度的情况下，两个可动质量块的翻转运动同频。此外，限位梁还能够对可动质量块起到第三轴向上的限位作用，避免第一可动质量块和第二可动质量块与与其上下两侧的结构粘连失效。