平面内和平面外加速度计的制作方法

本公开内容涉及mems加速度计，并且特别地涉及其中检测质量块(proof mass)在装置平面内和装置平面外移动的加速度计。

背景技术：

1、mems加速度计可以配备有用于测量检测质量块的移动的电容器。图1a示出了以其静止位置位于xy平面内的检测质量块11以及在该检测质量块旁边的固定结构12。检测质量块包括一组梳状电极(例如111)，所述梳状电极与固定结构12上的对应梳状电极(121)相互交错。如果检测质量块11和固定结构12两者由导电材料制成，则它们一起形成电容器。检测质量块11相对于固定结构12在y方向上的任何移动可以作为电容变化被检测到。

2、如果如图1a所示梳状电极的交错是对称的，使得从每个固定梳状物至相邻的检测质量块梳状物的距离在正y方向和负y方向上相等，则根据从电容器测量的输出信号无法将正y方向上的移动与负y方向上的移动区分开。因此，有利的是，在正y方向或负y方向上产生交错的偏移。

3、这在图1b中示出，在图1b中，当检测质量块处于其静止位置时，固定梳状物121与检测质量块梳状物111相比更靠近检测质量块梳状物112。当检测质量块沿正y方向(由y轴箭头指示)移动远离其静止位置时，电容将增大。当检测质量块沿负y方向移动时，电容将减小。然而，利用图1b所示的布置获得的输出信号对检测质量块的位移具有强的非线性依赖。

4、在图1c中示出了进一步的改进。该加速度计包含彼此电绝缘的两个单独的固定结构12和13。现在可以测量两个单独的电容输出信号——来自在检测质量块11与固定结构12之间形成的电容器142的第一信号；以及来自在检测质量块11与固定结构13之间形成的电容器143的第二信号。在图1c中可以看出，类似于图1b，电容器142中的梳状物的交错具有正偏移。但在另一电容器143中，交错具有负偏移。已知的是，利用这种交错几何结构，通过从第二信号中减去第一信号而获得的差分测量信号可以表现出对检测质量块的位移的几乎线性依赖。

5、也可以实现与检测质量块相邻的交替且电分离的两组固定梳齿。然后可以测量来自每个组的单独输出信号。这已经在图1d中示出，在图1d中，固定梳状物124形成一组，并且固定梳状物125形成另一组(图中省略了附接这些梳状物的固定结构)。梳状物124与检测质量块梳状物113形成第一电容器，并且梳状物125与检测质量块梳状物113形成第二电容器。在图1d中可以看出，这些梳状物的交错在113-124电容器中具有正偏移，并且在113-125电容器中具有负偏移。

6、一些检测质量块被设计成在垂直于检测质量块平面的z方向上移动。这样的检测质量块也可以包括梳状电极，所述梳状电极与固定梳状电极在xy平面内相互交错，使得这些电极可以一起形成电容器。图2a示出了以下电容器的xz截面：在该电容器中，当检测质量块处于其静止位置时，可移动梳状电极21与固定梳状电极22对准。图2b示出了在检测质量块(和可移动梳状电极21)沿负z方向移动后的同一截面。将相互交错的梳状物用于测量z方向上的移动的普遍问题在于：检测质量块沿正z方向的移动(未示出)和检测质量块沿负z方向的移动两者均使电极之间的交叠减小，这使电容减小。因此，沿正方向的移动和沿负方向的移动是无法区分的。因此，z方向上的移动通常通过例如需要单独电极的平行板电容测量的其他手段来测量。

7、文献us2017010300公开了一种使用具有交错偏移的电容器来测量质量块部分的平面内移动的加速度计。

8、tsuchiya等人的出版物dynamic sensitivity matrix measurement forsingle-mass soi 3-axis accelerometer，2012年i6 mems会议论文集，巴黎，2012年1月29日至2月2日，第420页至第423页，公开了一种加速度计，其中两对梳状电极的固定梳状物和可移动梳状物的高度不同，利用单差分测量检测x加速度和y加速度，利用双差分测量检测z加速度。z轴测量需要移动质量块的四个不同侧上的测量电容器。

技术实现思路

1、本公开内容的目的是提出一种具有简单测量布置的多轴加速度计。本公开内容的目的通过特征在于独立权利要求中所述内容的布置来实现。在从属权利要求中公开了本公开内容的优选实施方式。

2、本公开内容基于以下构思：在一组测量电容器中在平面内方向和平面外方向两者上实现梳状物偏移。该布置的优点在于，可以利用双差分测量将相同的测量电容器用于检测平面内移动和平面外移动两者。

技术特征：

1.一种微机电加速度计，其包括装置层中的一个或更多个检测质量块，其中，所述装置层限定了xy平面和垂直于所述xy平面的z方向，并且所述一个或更多个检测质量块包括沿x方向延伸的转子梳状物，以及

2.根据权利要求1所述的微机电加速度计，其中，所述一个或更多个检测质量块包括第一侧和第二侧，并且所述第一侧在垂直于所述y方向的x方向上与所述第二侧相对，以及所述一组四个测量电容器包括第一测量电容器、第二测量电容器、第三测量电容器和第四测量电容器，并且所述第一测量电容器和所述第二测量电容器位于所述一个或更多个检测质量块的所述第一侧上，以及所述第三测量电容器和所述第四测量电容器位于所述一个或更多个检测质量块的所述第二侧上。

3.根据权利要求2所述的微机电加速度计，其中，

4.根据权利要求2所述的微机电加速度计，其中，

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的微机电加速度计，其中，所述一个或更多个检测质量块由第一检测质量块和第二检测质量块组成，以及

6.根据权利要求5所述的微机电加速度计，其中，所述第一悬挂结构和所述第二悬挂结构以及所述联接结构允许所述第一检测质量块和所述第二检测质量块在所述加速度计经历所述z方向上的加速度时，绕在所述y方向上延伸的相应旋转轴以相反的旋转方向在所述装置平面外同时旋转。

7.根据权利要求5所述的微机电加速度计，其中，所述第一悬挂结构和所述第二悬挂结构以及所述联接结构允许所述第一检测质量块和所述第二检测质量块在所述加速度计经历所述z方向上的加速度时以所述z方向上的线性平移来同时移动。

8.根据权利要求6至7中的任一项所述的微机电加速度计，其中，所述第一悬挂结构和所述第二悬挂结构以及所述联接结构允许所述第一检测质量块和所述第二检测质量块在所述加速度计经历所述y方向上的加速度时以相反的旋转方向在所述xy平面内同时旋转。

9.根据权利要求6至7中的任一项所述的微机电加速度计，其中，所述第一悬挂结构和所述第二悬挂结构以及所述联接结构允许所述第一检测质量块和所述第二检测质量块在所述加速度计经历所述y方向上的加速度时以所述y方向上的线性平移来同时移动。

10.根据任一前述权利要求所述的微机电加速度计，其中，所述一个或更多个检测质量块还包括沿所述y方向延伸的附加转子梳状物，以及

11.根据权利要求10所述的微机电加速度计，其中，所述一组四个附加测量电容器还包括第三附加对和第四附加对，使得所述四个附加测量电容器中的每一个属于所述第三附加对或所述第四附加对，以及

12.根据权利要求1至4中的任一项所述的微机电加速度计，其中，所述一个或更多个检测质量块由第一检测质量块和第二检测质量块组成，以及所述第一检测质量块通过第一悬挂结构悬挂在一个或更多个锚点上，并且所述第二检测质量块通过第二悬挂结构悬挂在所述一个或更多个锚点上，以及所述第一检测质量块利用联接结构联接至所述第二检测质量块，以及

技术总结本申请涉及平面内和平面外加速度计。在一些实施例中，公开了一种微机电加速度计，其包括一个或更多个检测质量块。该加速度计还包括四组定子梳状物，该四组定子梳状物与转子梳状物一起形成一组四个测量电容器。一些转子梳状物具有相对于定子的在装置平面内的方向上的正偏移，而其他转子梳状物具有负偏移。一些转子梳状物具有相对于定子梳状物的在垂直于装置平面的方向上的负偏移。一些定子梳状物具有相对于转子梳状物的在垂直于装置平面的方向上的负偏移。技术研发人员：维莱-佩卡·吕特克宁,马蒂·柳库,安斯·布卢姆奎斯特受保护的技术使用者：株式会社村田制作所技术研发日：技术公布日：2024/9/12