[发明专利]垂直集成的MEMS加速度变换器

说明书

技术领域

本发明一般涉及加速度变换器。更具体而言，本发明涉及垂直集成的微机电系统(MEMS)加速度变换器。

背景技术

加速度变换器或加速度计是一种通常用于测量加速力的传感器。这些力可以是静态力，例如重力的恒力，或者通过移动或振动加速度计而导致它们可以是动态的。加速度计可以感测沿一个、两个或三个轴或方向的加速度或其他现象。从这种信息可以确定其中安装了加速度计的装置的移动或方向。加速度计用于惯性制导系统、车辆的安全气囊展开系统、用于各种装置的保护系统以及多种其他科学和工程系统中。

电容感测式MEMS加速度计的设计非常适用于在高重力环境和小型化装置中操作，因为它们的成本相对低。电容式加速度计相对于加速度感测电气电容的变化，以改变带电电路的输出。一种类型的电容式加速度变换器能够检测沿着通常平行于变换器封装的平面的一个或两个轴的移动。这种类型的加速度变换器使用可移动元件，该可移动元件在x轴和/或y轴加速度下基本上平行于安装有该移动元件的衬底表面移动。另一种类型的电容式加速度变换器具有“跷跷板”或“压翘板”形式的可移动元件构造，其能够检测沿着通常与变换器封装的平面相垂直的轴的移动。这种类型的加速度变换器使用在垂直于基板表面的z轴加速度下旋转的可移动元件或板。这两种类型的加速度计结构能够测量至少两种不同的电容以确定差动电容或相对电容。

现有技术中的多轴加速度变换器通常具有单片设计。在单片设计中，感测结构以平面方式制造在相同基板或装置晶片上。虽然可以通过更有效率的管芯面积设计工艺、更进取的制造工艺等来实现管芯尺寸的降低，但是在不增加制造成本或牺牲部分性能的前提下，这些工艺的效率会受到限制。

因此，需要一种改进的MEMS加速度变换器以及制造方法，以克服上述现有技术中出现的问题。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参考详细的说明和权利要求，来获得对本发明的更全面的理解，其中在整个附图中，类似的附图标记表示类似的项目，以及：

图1示出根据本发明实施例的微机电系统(MEMS)加速度变换器的分解透视图；

图2示出根据一个示例性实施例的用于制造图1中所示的加速度变换器的制造工艺的流程图；

图3示出图1中的加速度变换器的双轴传感器的俯视图；

图4示出沿图3的截线4-4的双轴传感器的侧视图；

图5示出图1中的加速度变换器的单轴传感器的俯视图；

图6示出沿图5的截线6-6的单轴传感器的侧视图；

图7示出与用于形成图1中的加速度变换器的单轴传感器耦合的双轴传感器的侧视图；

图8示出根据本发明实施例的说明串扰电容效应的第一图示和说明串扰电容消除的第二图示；

图9示出根据可替选实施例的图1中的变换器的侧视图；以及

图10示出根据另一可替选实施例的MEMS加速度变换器的侧视图。

具体实施方式

根据本文教导，出于说明性目的而提供一种紧凑型加速度变换器或加速度计作为示例，加速度变换器的实施例可以包括沿一个、两个或三个轴的感测。多轴感测可以适用于检测与变换器平面表面相平行的两个正交轴上的加速度，以及适用于检测与变换器平面表面相垂直的轴上的加速度。此外，加速度变换器可以适用于检测不同加速度感测范围的加速度，即g级别。本发明的实施例还包括垂直集成或堆叠的加速度变换器的制造方法。这种加速度变换器通过以下步骤制造：独立地制造两个变换器晶片，且随后将两个变换器晶片结合到一起，以创建能够在相同或不同加速度感测范围、沿一个、两个或三个轴进行感测的加速度变换器。

图1示出根据本发明实施例的微机电系统(MEMS)加速度变换器20的分解透视图。在所述实施例中，变换器20是多轴电容感测式加速度计，其适用于感测三个相互正交的方向上的加速度。更具体来说，变换器20在对应于X轴的方向22、对应于Y轴的方向24以及对应于Z轴的方向26上感测加速度。为清楚起见，以下将方向22称为X方向22、方向24称为Y方向24且方向26称为Z方向26。虽然本文中描述的变换器20在三个相互正交的方向上感测加速度，但应理解的是，变换器20可以适用于仅在一个方向或在两个相互正交的方向上感测加速度，如将在下文更详细讨论的那样。为示出清楚，变换器20的层在图中示出为分开的。但应当理解的是，实际上变换器的层在实现时将安装在一起。