一种三轴电容式加速度计的制作方法

本发明涉及加速度计，尤其涉及一种三轴电容式加速度计。

背景技术：

1、现有的三轴加速度计通常采用三个独立的传感器和复杂的结构来实现其功能，导致整体集成性较差。这不仅增加了设备的尺寸和重量，还可能影响其性能和可靠性。由于使用了多个独立的传感器来测量不同轴上的加速度，这种结构往往难以实现高度集成的设计，这可能导致设备的尺寸和重量较大，不便于携带和使用。此外，多个独立传感器之间的信号传输和处理也可能导致延迟和干扰，进一步影响设备的性能。

2、为了解决上述问题，现有技术通过集成式设计实现对三个方向的加速度检测，但是现有的三轴集成式加速度计仍然存在结构复杂和锚点较多的问题，结构复杂导致加速度计的生产成本增加，锚点数量较多则会导致应力在局部区域集中，从而引发疲劳和损坏，不适用于长时间稳定工作的应用场景，导致加速度计的寿命缩短、可靠性降低。

技术实现思路

1、基于以上所述，本发明的目的在于提供一种三轴电容式加速度计，结构简单、锚点少，适用于长时间稳定工作的应用场景，延长了加速度计的使用寿命，提高了加速度计的可靠性。

2、为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种三轴电容式加速度计，包括固定在衬底上的锚点，还包括由外至内依次设置的：第一加速度检测组件，用于检测第一方向的第一加速度且包括第一质量块和第一检测电极，所述第一质量块与所述锚点沿所述第一方向弹性连接，所述第一检测电极的可动部分设置在所述第一质量块上；第二加速度检测组件，用于检测第二方向的第二加速度且包括第二质量块和第二检测电极，所述第二质量块与所述第一质量块沿所述第二方向弹性连接，所述第二检测电极的可动部分设置在所述第二质量块上；第三加速度检测组件，用于检测第三方向的第三加速度且包括第三质量块和第三检测电极，所述第三质量块与所述第二质量块沿所述第三方向弹性连接，所述第三检测电极为第三方向差分电容且其可动部分设置在所述第三质量块上；

4、所述第三方向差分电容包括第三方向负差分电极和第三方向正差分电极，所述第三方向负差分电极和所述第三方向正差分电极间隔设置在所述第三质量块上，所述第三方向负差分电极为第一梳齿电极，所述第一梳齿电极包括依次交替设置的第一静梳齿和第一动梳齿，所述第三方向正差分电极为第二梳齿电极，所述第二梳齿电极包括依次交替设置的第二静梳齿和第二动梳齿，检测所述第三加速度时，所述第三质量块沿所述第三方向运动，所述第一动梳齿沿所述第三方向运动且两者的正对面积为第一交叠面积，所述第二动梳齿沿所述第三方向运动且两者的正对面积为第二交叠面积，所述第二交叠面积与所述第一交叠面积呈反向变化；

5、所述第一梳齿电极还包括固定在所述衬底上的第一梳齿固定轴，所述第一静梳齿固定在所述第一梳齿固定轴上，所述第一静梳齿由所述第一梳齿固定轴背离所述衬底的一侧沿所述第三方向延伸形成，所述第一动梳齿由所述第三质量块靠近所述衬底的一侧沿所述第三方向延伸形成；

6、所述第二梳齿电极还包括固定在所述衬底上的第二梳齿固定轴，所述第二静梳齿固定在所述第二梳齿固定轴上，所述第二静梳齿由所述第二梳齿固定轴靠近所述衬底的一侧沿所述第三方向延伸形成，所述第二动梳齿由所述第三质量块背离所述衬底的一侧沿所述第三方向延伸形成；

7、所述第三质量块沿靠近所述衬底的方向运动时，所述第一交叠面积逐渐减小，所述第二交叠面积逐渐增大；所述第三质量块沿背离所述衬底的方向运动时，所述第一交叠面积逐渐增大，所述第二交叠面积逐渐减小。

8、作为一种三轴电容式加速度计的优选方案，所述第三质量块为中心方形块，所述第三方向负差分电极和所述第三方向正差分电极的个数均为两个，所述第三方向负差分电极和所述第三方向正差分电极交替设置在所述中心方形块的四条边上，且两个所述第三方向负差分电极和两个所述第三方向正差分电极组成差分电容。

9、作为一种三轴电容式加速度计的优选方案，所述第一加速度检测组件包括能够沿所述第一方向伸缩的第一弹性连接梁，所述第一弹性连接梁的一端与所述锚点相连，所述第一弹性连接梁的另一端与所述第一质量块相连。

10、作为一种三轴电容式加速度计的优选方案，所述第一质量块内设有容纳槽，所述容纳槽为十字槽，所述第一质量块为第一方形块，所述第一方形块的每个拐角处均设有第一避让槽，所述锚点和所述第一弹性连接梁的个数均为至少四个，每个所述第一避让槽内均设有至少一个所述锚点和至少一个所述第一弹性连接梁。

11、作为一种三轴电容式加速度计的优选方案，所述第二加速度检测组件还包括能够沿所述第二方向伸缩的第二弹性连接梁，所述第二弹性连接梁的两端分别与所述第一质量块和所述第二质量块相连。

12、作为一种三轴电容式加速度计的优选方案，所述第二质量块为第二方形块，所述第二方形块的每个拐角处均设有第二避让槽，所述第二弹性连接梁的个数为至少四个，每个所述第二避让槽内均设有至少一个所述第二弹性连接梁，所述第二方形块内设有用于容纳所述第三质量块的方形槽。

13、作为一种三轴电容式加速度计的优选方案，所述第三加速度检测组件还包括能够沿所述第三方向变形的第三弹性连接梁，所述第三弹性连接梁的两端分别与所述第二质量块和所述第三质量块相连。

14、作为一种三轴电容式加速度计的优选方案，所述第一检测电极设置在所述第一质量块沿所述第一方向的两侧且为第三梳齿电极，所述第三梳齿电极包括依次交替设置的第三动梳齿和第三静梳齿，检测所述第一加速度时，所述第三动梳齿随所述第一质量块沿第一方向运动，所述第三动梳齿和所述第三静梳齿之间的第三交叠面积发生变化；所述第二检测电极设置在所述第二质量块沿所述第二方向的两侧且为第四梳齿电极，所述第四梳齿电极包括依次交替设置的第四动梳齿和第四静梳齿，检测所述第二加速度时，所述第四动梳齿随所述第二质量块沿第二方向运动，所述第四动梳齿和所述第四静梳齿之间的第四交叠面积发生变化。

15、本发明的有益效果为：

16、本发明公开了一种三轴电容式加速度计，其设计简单、集成度高且便于制造，在该三轴电容式加速度计中，仅第一质量块与锚点沿第一方向弹性相连，第二质量块则与第一质量块弹性相连，同样地，第三质量块也与第二质量块弹性相连，这样的配置使得第二质量块和第三质量块均无需额外的锚点结构，减少了锚点的数量，有助于减轻应力集中现象，从而降低局部疲劳和损坏的可能，使该加速度计非常适合于需要长时间稳定操作的场合，检测第三方向的加速度时，第一交叠面积和第二交叠面积反向变化，这种变面积检测与现有的变间隙检测相比，加速度计的整体对称性高，线性度好，适用于大量程加计，这些改进不仅延长了加速度计的寿命，还显著提升了其整体的可靠性。

技术特征：

1.一种三轴电容式加速度计，其特征在于，包括固定在衬底上的锚点，还包括由外至内依次设置的：

2.根据权利要求1所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述第三质量块为中心方形块，所述第三方向负差分电极和所述第三方向正差分电极的个数均为两个，所述第三方向负差分电极和所述第三方向正差分电极交替设置在所述中心方形块的四条边上，且两个所述第三方向负差分电极和两个所述第三方向正差分电极组成差分电容。

3.根据权利要求1所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述第一加速度检测组件包括能够沿所述第一方向伸缩的第一弹性连接梁，所述第一弹性连接梁的一端与所述锚点相连，所述第一弹性连接梁的另一端与所述第一质量块相连。

4.根据权利要求3所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述第一质量块内设有容纳槽，所述容纳槽为十字槽，所述第一质量块为第一方形块，所述第一方形块的每个拐角处均设有第一避让槽，所述锚点和所述第一弹性连接梁的个数均为至少四个，每个所述第一避让槽内均设有至少一个所述锚点和至少一个所述第一弹性连接梁。

5.根据权利要求1所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述第二加速度检测组件还包括能够沿所述第二方向伸缩的第二弹性连接梁，所述第二弹性连接梁的两端分别与所述第一质量块和所述第二质量块相连。

6.根据权利要求5所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述第二质量块为第二方形块，所述第二方形块的每个拐角处均设有第二避让槽，所述第二弹性连接梁的个数为至少四个，每个所述第二避让槽内均设有至少一个所述第二弹性连接梁，所述第二方形块内设有用于容纳所述第三质量块的方形槽。

7.根据权利要求1所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述第三加速度检测组件还包括能够沿所述第三方向变形的第三弹性连接梁，所述第三弹性连接梁的两端分别与所述第二质量块和所述第三质量块相连。

8.根据权利要求1所述的三轴电容式加速度计，其特征在于，所述第一检测电极设置在所述第一质量块沿所述第一方向的两侧且为第三梳齿电极，所述第三梳齿电极包括依次交替设置的第三动梳齿和第三静梳齿，检测所述第一加速度时，所述第三动梳齿随所述第一质量块沿第一方向运动，所述第三动梳齿和所述第三静梳齿之间的第三交叠面积发生变化；

技术总结本发明涉及加速度计技术领域，公开一种三轴电容式加速度计，包括锚点，还包括由外至内依次设置的：第一加速度检测组件，包括第一质量块和第一检测电极，第一质量块与锚点沿第一方向弹性连接；第二加速度检测组件，包括第二质量块和第二检测电极，第二质量块与第一质量块沿第二方向弹性连接；第三加速度检测组件，包括第三质量块和第三检测电极，第三质量块与第二质量块沿第三方向弹性连接，第三检测电极为第三方向差分电容。本发明公开的三轴电容式加速度计，结构简单、锚点少，适用于长时间稳定工作的应用场景，延长了加速度计的使用寿命，提高了加速度计的可靠性。技术研发人员：王章辉,柳俊文,史晓晶,胡引引受保护的技术使用者：南京元感微电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2