一种机械调制的硅电容式加速度计的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]娃电容式加速度计隶属微机电系统领域(MEMS, micro-electro-mechanicalsystem),是应用MEMS加工技术将娃晶圆(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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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、闻精度结构造价昂贵等技术难点，在短时间内制约了精度提闻和广品推广。二明治娃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。
[0006]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】
[0007]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。
[0008]为解决上述问题，本发明采用的技术方案是:
[0009]—种机械调制的娃电容式加速度计,包括基片、娃片和金属电极,其中:
[0010]所述娃片包括中心质量块(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；
[0011]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 )。
[0012]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。
[0013]根据本发明提出的机械调制的硅电容式加速度计，其中，所述内部中频活动部分(601)是由驱动正电极(501)和驱动负电极(502)通过升频驱动方法利用高频电信号来进行驱动的。
[0014]根据本发明提出的机械调制的硅电容式加速度计，其中，所述外界加速度检测正电极(301)和外界加速度检测负电极(302)是通过将驱动检测正电极(401)和驱动检测负电极(402)检出的信号作为载波的方式来检测外界加速度的。
[0015]根据本发明提出的机械调制的硅电容式加速度计，其中，所述外界加速度检测正电极(301)和外界加速度检测负电极(302)是通过直接检测幅值的方式来检测外界加速度的。
[0016]根据本发明提出的机械调制的硅电容式加速度计，其中，所述内部中频活动部分(601)的一阶自振频率高于所述中心质量块(100 )的一阶自振频率，且所述内部中频活动部分(601)和所述中心质量块(100)的振型方向相互正交。
[0017]根据本发明提出的机械调制的硅电容式加速度计，其中，所述硅电容式加速度计的检测精度通过减小工作气压的方式来提高，且所述检测精度最高与大气压值成反比。
[0018]根据本发明提出的机械调制的硅电容式加速度计，其中，所述硅电容式加速度计由SOG生产工艺制成。
[0019]根据本发明提出的机械调制的硅电容式加速度计，其中，所述内部中频活动部分(601)和所述外部低频活动部分(602)之间通过解耦结构相连。
[0020]与现有技术相比，本发明提出的硅电容式加速度计具有较高的灵敏度和较大的工作带宽范围，其线性度好、工作精度高、电器引线灵活，具有良好的环境适应性，易于低成本大规模生产。
【附图说明】
[0021 ] 图1为本发明实施例的机械结构图。
[0022]附图标记说明:100-中心质量块；101-质量块电极；201-反馈正电极；202-反馈负电极；301-外界加速度检测正电极；302_外界加速度检测负电极；401-驱动检测正电极；402_驱动检测负电极；501-驱动正电极；502_驱动负电极；601_内部中频活动部分；602-外部低频活动部分；701_直梁；702_折叠梁。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]本发明主要是提供了一种机械调制的硅电容式加速度计。现有技术中，硅微谐振式加速度计精度高却存在温漂大、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；三明治硅电容式加速度计精度高但也存在工艺实现难度高和电气引线困难的技术难点；常见梳齿硅电容式加速度计虽然加工工艺简便易行且电气引线灵活，却存在由于梳齿较多易受干扰、灵敏度不够高等技术难点从而制约了其精度提高。正是针对上述所列各类加速度计的局限与优势，本发明才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。下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0025]请参见图1,本发明的硅电容式加速度计包括中心质量块100及质量块电极101、反馈正电极201、反馈负电极202、外界加速度检测正电极301、外界加速度检测负电极302、驱动检测正电极401、驱动检测负电极402、驱动正电极501和驱动负电极502，上述所有电极均为固定设置。其中，两质量块电极101分别位于中心质量块100的上下两侧，并分别通过两个折叠梁702与中心质量块100相连，从而使得中心质量块100可沿垂直方向上下运动。
[0026]中心质量块100又分为位于内部中心的内部中频活动部分601和围绕在内部中频活动部分601四周的外部低频活动部分602，其中内部中频活动部分601和外部低频活动部分602之间通过四个沿上下方向