[发明专利]一种机械调制的硅电容式加速度计

说明书

技术领域

本发明涉及加速度计技术领域，特别涉及一种机械调制的硅电容式加速度计。

背景技术

硅电容式加速度计隶属微机电系统领域（MEMS，micro-electro-mechanical system），是应用MEMS加工技术将硅晶圆(silicon wafer)制成敏感外界视加速度（所谓视加速度，是指在加速度计敏感方向上的惯性加速度分量与引力加速度分量之和，下文简称加速度）的可变电容，并辅以后续电路，形成的一类微加速度计。与传统加速度计相比，微加速度计具有体积、质量、功耗、成本、产能、环境适应性等多方面优势，但与传统加速度计中较高精度的石英挠性加速度计等相较而言，目前各类微加速度计在精度上无明显优势。在众多微加速度计门类中，力敏感的硅微谐振式加速度计和位移敏感的硅电容式加速度计均有较高精度的报道，较其他压阻式加速度计、压电式加速度计、热对流式加速度计等更具精度潜力。

对于硅微谐振式加速度计而言，在结构上有中国专利CN1979175、CN101303365、CN101858927、CN102749479等广泛研究，在后续电路上也有如中国专利CN1405566、CN102136830等技术将其细节改善，使得硅微谐振式加速度计的精度进一步提高。

就硅电容式加速度计而言，从结构形式上一般分为形如中国专利CN102175890的三明治硅电容式加速度计和形如中国专利CN201852851的梳齿硅电容式加速度计。对于三明治硅电容式加速度计而言，中国专利CN102175890、CN101625372、CN1570651等已有技术都为提高硅电容式微加速度计的精度做出了努力，使得三明治硅电容式加速度计的精度显著提高。

但是，硅微谐振式加速度计存在温漂大、带宽低、难于闭环、交叉耦合抑制难提高、高精度结构造价昂贵等技术难点，在短时间内制约了精度提高和产品推广。三明治硅电容式加速度计也存在工艺实现难度较高、电气引线困难的问题，从而制约了产品推广和产能，影响了高精度的电路技巧实现。

虽然如此，但由于力敏感的硅微谐振式加速度计从工作原理上不受驱动载波干扰，三明治硅电容式加速度计的结构灵敏度较高，较之传统的梳齿硅电容式加速度计仍然有精度优势。因此，如何对上述两种加速度计的特性进行扬长避短，提供一种抗干扰性好、灵敏度高、易于推广应用的加速度计成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对前述现有技术中硅微谐振式加速度计、三明治硅电容式加速度计和梳齿硅电容式加速度计的各自局限与优势，以及硅微陀螺解耦技术的局限与优势，提出一种不受驱动载波干扰、结构灵敏度较高、根据结构特点应用解耦技术、兼容低难度SOG生产工艺、电气引线灵活的硅电容式加速度计。从而在维持其他性能指标相当的前提下，使噪声和抗干扰等性能指标得到明显改善，从而使加速度计精度进一步提高，且更易于低成本大规模生产。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种机械调制的硅电容式加速度计，包括基片、硅片和金属电极，其中：

所述硅片包括中心质量块（100）；所述中心质量块（100）包括内部中频活动部分（601）和围绕在所述内部中频活动部分（601）四周的外部低频活动部分（602），所述内部中频活动部分（601）和外部低频活动部分（602）之间通过梁（701）相连；

所述金属电极包括：位于所述中心质量块附近的质量块电极（101），所述质量块电极（101）通过梁（702）与所述中心质量块（100）相连；位于所述中心质量块附近的反馈负电极（202）、反馈正电极（201）；位于所述内部中频活动部分（601）附近的驱动正电极（501）、驱动负电极（502）、驱动检测正电极（401）、驱动检测负电极（402）、外界加速度检测正电极（301）、外界加速度检测负电极（302）、驱动正电极（501）、驱动负电极（502）、驱动检测正电极（401）和驱动检测负电极（402）。

根据本发明提出的机械调制的硅电容式加速度计，其中，所述质量块电极（101）用于约束活动的中心质量块（100）并将其电信号引出；所述外界加速度检测正电极（301）、外界加速度检测负电极（302）、驱动正电极（501）、驱动负电极（502）、驱动检测正电极（401）、驱动检测负电极（402）、反馈负电极（202）和反馈正电极（201）均为梳状电极。