电容式加速度计的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电容式加速度计，包括基板及第一半导体结构层。第一半导体结构层设置在基板上，包括第一质量块、第一及第二支撑基座、第一及第二弹性件，及第一及第二梳状电容组。第一及第二支撑基座分别对应第一及第二轴向。第一弹性件以垂直于第一轴向来回弯折的方式连接在第一质量块及第一支撑基座间。第二弹性件以垂直于第二轴向来回弯折的方式连接在第一质量块及第二支撑基座间。第一及第二梳状电容组分别设置在对应第二及第一轴向的位置上且连接于第一质量块。第一轴向垂直于第二轴向。借此，电容式加速度计的体积可进一步地缩减。
【专利说明】电容式加速度计
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种加速度计，特别是涉及一种电容式加速度计。
【背景技术】
[0002]一般而言，传统三轴电容式加速度计采用各感测轴独立的电容感测结构设计，也就是用来感测X轴、Y轴及Z轴加速度的质量块与其相关感测电极组件分别独立设置，以达到三轴独立感测的目的。此种配置虽然可在加速度感测上具有避免各轴的线性度及灵敏度受到它轴影响而降低的功效，但是为了同时达到降低机械噪声的目的，往往就会产生加速度计的整体尺寸过大的问题。因此，如何进一步地缩减其整体尺寸及提升其灵敏度与线性度为目前电容式加速度计在结构设计上的重要课题之一。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种电容式加速度计，以解决上述之问题。
[0004]基于上述目的，本发明提供一种电容式加速度计，所述电容式加速度计包括一基板及一第一半导体结构层。所述第一半导体结构层设置在所述基板上，所述第一半导体结构层包括一第一质量块、至少一第一支撑基座、一第一弹性件、至少一第一梳状电容组、至少一第二支撑基座、一第二弹性件及至少一第二梳状电容组。所述第一支撑基座位在所述第一质量块对应一第一轴向的至少一侧。所述第一弹性件以垂直于所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一质量块及所述第一支撑基座之间，用以使所述第一质量块在所述第一轴向受力时沿所述第一轴向弹性平移。所述第一梳状电容组连接在所述第一质量块对应一第二轴向的至少一侧上。所述第二支撑基座位于所述第一质量块对应所述第二轴向的至少一侧。所述第二弹性件以垂直于所述第二轴向来回弯折的方式连接在所述第一质量块及所述第二支撑基座之间，用以使所述第一质量块在所述第二轴向受力时沿所述第二轴向弹性平移。所述第二梳状电容组连接在所述第一质量块对应所述第一轴向的至少一侧上。所述第一轴向垂直于所述第二轴向。
[0005]所述基板可以具有至少一感测电极，所述电容式加速度计可以还包括一第二半导体结构层，设置在所述基板上且位于所述第一半导体结构层的一侧，所述第二半导体结构层包括一第二质量块及至少一第三支撑基座。所述第二质量块沿所述第一轴向或所述第二轴向具有一转动轴，用来与所述感测电极产生一感测电容。所述第三支撑基座连接于所述转动轴，用以使所述第二质量块不对称地浮置在所述感测电极的上方。当所述第二质量块在一第三轴向受力时，所述第二质量块以所述转动轴为中心枢转，所述第三轴向垂直于所述第一轴向及所述第二轴向。
[0006]所述第一半导体结构层可以包括二第一梳状电容组，每一第一梳状电容组包括多个梳状电容板及多个固定梳状电容板。所述多个梳状电容板自所述第一质量块上延伸形成。所述多个固定梳状电容板固定在所述基板上且与所述多个梳状电容板相互平行并交替排列。所述二第一梳状电容组上的梳状电容板与固定梳状电容板的组数彼此相异。
[0007]所述第一半导体结构层可以包括二第一支撑基座及二第一弹性件，每一第一弹性件分别以垂直于所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一质量块及相对应的第一支撑基座之间，所述二第一弹性件的弯折次数彼此相异。
[0008]本发明另提供一种电容式加速度计，包括一基板及一第一半导体结构层。所述第一半导体结构层设置在所述基板上，所述第一半导体结构层包括一第一质量块、至少二第一支撑基座、二第一弹性件、至少一第一梳状电容组、至少二第二支撑基座、二第二弹性件及至少一第二梳状电容组。所述至少二第一支撑基座分别位于所述第一质量块对应一第一轴向的至少一侧。所述二第一弹性件分别以平行于所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一质量块及相对应的第一支撑基座之间，用以使所述第一质量块在一第二轴向受力时沿所述第二轴向弹性平移。所述第一梳状电容组连接在所述第一质量块对应所述第一轴向的至少一侧上。所述至少二第二支撑基座，分别位于所述第一质量块对应所述第一轴向的至少一侧。所述二第二弹性件分别以平行于所述第二轴向来回弯折的方式连接在所述第一质量块及相对应的第二支撑基座之间，用以使所述第一质量块在所述第一轴向受力时沿所述第一轴向弹性平移。所述第二梳状电容组连接在所述第一质量块对应所述第二轴向的至少一侧上。所述二第一弹性件的弯折次数彼此相异，所述第一轴向垂直于所述第二轴向。
[0009]所述基板可以具有至少一感测电极，所述电容式加速度计可以还包括一第二半导体结构层，设置在所述基板上且位于所述第一半导体结构层的一侧，所述第二半导体结构层包括一第二质量块及至少一第三支撑基座。所述第二质量块沿所述第一轴向或所述第二轴向具有一转动轴，用来与所述感测电极产生一感测电容。所述第三支撑基座连接于所述转动轴，用以使所述第二质量块不对称地浮置在所述感测电极的上方。当所述第二质量块在一第三轴向受力时，所述第二质量块以所述转动轴为中心旋转，所述第三轴向垂直于所述第一轴向及所述第二轴向。
[0010]所述电容式加速度计可以包括二第一梳状电容组，每一第一梳状电容组包括多个梳状电容板及多个固定梳状电容板。所述多个梳状电容板自所述第一质量块上延伸形成。所述多个固定梳状电容板固定在所述基板上且与所述多个梳状电容板相互平行并交替排列。所述二第一梳状电容组上的梳状电容板与固定梳状电容板的组数彼此相异。
[0011]本发明另提供一种电容式加速度计，包括一基板及一第一半导体结构层。所述第一半导体结构层设置在所述基板上，所述第一半导体结构层包括一第一质量块、至少一第一支撑基座、一第一弹性件、至少一第一梳状电容组、至少一第二支撑基座、一第二弹性件及至少一第二梳状电容组。所述第一支撑基座位于所述第一质量块对应一第一轴向的至少一侧。所述第一弹性件具有一第一弯折结构及一第一阶梯结构，所述第一弯折结构以对应所述第一轴向来回弯折的方式连接于所述第一支撑基座，所述第一阶梯结构连接在所述第一质量块及所述第一弯折结构之间。所述第一梳状电容组连接在所述第一质量块对应所述第一轴向的至少一侧上。所述第二支撑基座位于所述第一质量块对应一第二轴向的至少一侦U。所述第二弹性件具有一第二弯折结构及一第二阶梯结构，所述第二弯折结构以对应所述第二轴向来回弯折的方式连接于所述第二支撑基座，所述第二阶梯结构连接在所述第一质量块及所述第二弯折结构之间。所述第二梳状电容组连接在所述第一质量块对应所述第二轴向的至少一侧上。所述第一轴向垂直于所述第二轴向。
[0012]所述第一质量块在对应所述第一阶梯结构及所述第二阶梯结构的位置上可以分别设置有一突出块。
[0013]所述基板可以具有至少一感测电极，所述电容式加速度计可以还包括一第二半导体结构层，设置在所述基板上且位于所述第一半导体结构层的一侧，所述第二半导体结构层包括一第二质量块及至少一第三支撑基座。所述第二质量块沿所述第一轴向或所述第二轴向具有一转动轴，用来与所述感测电极产生一感测电容。所述第三支撑基座连接于所述转动轴，用以使所述第二质量块不对称地浮置在所述感测电极的上方。当所述第二质量块在一第三轴向受力时，所述第二质量块以所述转动轴为中心旋转，所述第三轴向垂直于所述第一轴向及所述第二轴向。
[0014]所述第一半导体结构层可以包括二第一梳状电容组，每一第一梳状电容组包括多个梳状电容板及多个固定梳状电容板。所述多个梳状电容板自所述第一质量块上延伸形成。所述多个固定梳状电容板固定在所述基板上且与所述多个梳状电容板相互平行并交替排列。所述二第一梳状电容组上的梳状电容板与固定梳状电容板的组数彼此相异。
[0015]所述第一弯折结构可以垂直于所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一支撑基座及所述第一阶梯结构之间，所述第二弯折结构以垂直于所述第二轴向来回弯折的方式连接在所述第二支撑基座及所述第二阶梯结构之间。
[0016]所述第一弯折结构可以平行于所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一支撑基座及所述第一阶梯结构之间，所述第二弯折结构以平行于所述第二轴向来回弯折的方式连接在所述第二支撑基座及所述第二阶梯结构之间。
[0017]所述第一半导体结构层可以包括二第一支撑基座及二第一弹性件，每一第一弯折结构分别以对应所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一质量块及相对应的第一支撑基座之间，每一第一弯折结构的弯折次数彼此相异。
[0018]本发明另提供一种电容式加速度计，包括一基板及一第一半导体结构层。所述第一半导体结构层设置在所述基板上，所述第一半导体结构层包括一第一质量块、至少二第一梳状电容组、至少一第一支撑基座、一第一弹性件、至少二第二梳状电容组、至少一第二支撑基座及一第二弹性件。所述至少二第一梳状电容组连接在所述第一质量块对应一第一轴向的至少一侧上。所述第一支撑基座设置在所述至少二第一梳状电容组之间。所述第一弹性件以对应所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一质量块及所述第一支撑基座之间。所述至少二第二梳状电容组连接在所述第一质量块对应一第二轴向的至少一侧上。所述第二支撑基座设置在所述至少二第二梳状电容组之间。所述第二弹性件以对应所述第二轴向来回弯折的方式连接在所述第一质量块及所述第二支撑基座之间。所述第一轴向垂直于所述第二轴向。
[0019]所述基板可以具有至少一感测电极，所述电容式加速度计可以还包括一第二半导体结构层，设置在所述基板上且位于所述第一半导体结构层的一侧，所述第二半导体结构层包括一第二质量块及至少一第三支撑基座。所述第二质量块沿所述第一轴向或所述第二轴向具有一转动轴，用来与所述感测电极产生一感测电容。所述第三支撑基座连接于所述转动轴，用以使所述第二质量块不对称地浮置在所述感测电极的上方。当所述第二质量块在一第三轴向受力时，所述第二质量块以所述转动轴为中心旋转，所述第三轴向垂直于所述第一轴向及所述第二轴向。
[0020]所述第一半导体结构层可以包括二第一梳状电容组，每一第一梳状电容组包括多个梳状电容板及多个固定梳状电容板。所述多个梳状电容板自所述第一质量块上延伸形成。所述多个固定梳状电容板固定在所述基板上且与所述多个梳状电容板相互平行并交替排列。所述二第一梳状电容组上的梳状电容板与固定梳状电容板的组数彼此相异。
[0021]所述第一弹性件可以垂直于所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一支撑基座及所述第一质量块之间，所述第二弹性件以垂直于所述第二轴向来回弯折的方式连接在所述第二支撑基座及所述第一质量块之间。
[0022]所述第一弹性件可以平行于所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一支撑基座及所述第一质量块之间，所述第二弹性件以平行于所述第二轴向来回弯折的方式连接在所述第二支撑基座及所述第一质量块之间。
[0023]所述第一半导体结构层可以包括二第一支撑基座及二第一弹性件，每一第一弹性件分别以对应所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一质量块及相对应的第一支撑基座之间，所述二第一弹性件的弯折次数彼此相异。
[0024]根据上述技术方案，本发明相较于现有技术至少具有下列优点及有益效果:本发明利用改变弹性件弯折方式(如弹性件弯折次数彼此相异、改变弹性件弯折方向等)、改变梳状电容组上的梳状电容板与固定梳状电容板的组数，或是改变梳状电容组与弹性件的配置的设计，以进一步地缩减电容式加速度计的整体体积或是提升电容式加速度计在第一轴向及第二轴向上的感测线性度及灵敏度。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是根据本发明的第一实施例所提出的电容式加速度计的上视图；
[0026]图2是第I图的第二半导体结构层的侧视图；
[0027]图3是根据本发明的第二实施例所提出的电容式加速度计的上视图；
[0028]图4是根据本发明的第三实施例所提出的电容式加速度计的上视图；
[0029]图5是根据本发明的第四实施例所提出的电容式加速度计的上视图。
[0030]其中，附图标记说明如下:
[0031]12基板16第二半导体结构层
[0032]18,204第一质量块 20、306第一支撑基座
[0033]24,304第一梳状电容组26、312第二支撑基座
[0034]30,310第二梳状电容组32梳状电容板
[0035]34固定梳状电容板36感测电极
[0036]38第二质量块 40第三支撑基座
[0037]42转动轴210 第一弯折结构
[0038]212 第一阶梯结构 214 第二弯折结构
[0039]216 第二阶梯结构 218 突出块
[0040]10、100、200、300 电容式加速度计
[0041]14、102、202、302 第一半导体结构层
[0042]22、104、206、308 第一弹性件
[0043]28、106、208、314 第二弹性件
【具体实施方式】
[0044]请参照图1，图1是根据本发明的一第一实施例所提出的一电容式加速度计10的上视图，如第I图所示，电容式加速度计10包括一基板12、一第一半导体结构层14及一第二半导体结构层16。基板12可由绝缘材料(如玻璃或陶瓷)所组成，用以装载第一半导体结构层14及第二半导体结构层16于其上，第二半导体结构层16位于第一半导体结构层14的一侧，以下分别针对第一半导体结构层14及第二半导体结构层16的结构设计进行说明。
[0045]首先，在第一半导体结构层14的结构设计方面，第一半导体结构层14包括一第一质量块18、至少一第一支撑基座20、至少一第一弹性件22、至少一第一梳状电容组24、至少一第二支撑基座26、至少一第二弹性件28及至少一第二梳状电容组30，上述第一支撑基座20、第一弹性件22、第一梳状电容组24、第二支撑基座26、第二弹性件28及第二梳状电容组30在第I图中均显示四个，其中第一质量块18可由半导体材料(如硅)所组成。
[0046]在此实施例中，第一支撑基座20位于第一质量块18对应第一轴向(即图1所不的X轴方向)的两侧，第二支撑基座26位于第一质量块18对应与第一轴向垂直的第二轴向(即图1所示的Y轴方向)的两侧。第一弹性件22以垂直于第一轴向来回弯折的方式连接在第一质量块18及第一支撑基座20之间(如图1所示)，用以提供弹力以使第一质量块18在第一轴向受力时可沿第一轴向弹性平移，而第二弹性件28则是以垂直于第二轴向来回弯折的方式连接在第一质量块18及第二支撑基座26之间(如图1所示)，用以提供弹力以使第一质量块18在第二轴向受力时可沿第二轴向弹性平移。
[0047]第一梳状电容组24分别连接在第一质量块18对应第一轴向的两侧上，每一第一梳状电容组24包括复数个梳状电容板32及复数个固定梳状电容板34，复数个梳状电容板32自第一质量块18上延伸形成，复数个固定梳状电容板34固定在基板12上且与复数个梳状电容板32相互平行并交替排列，藉此，第一半导体结构层14即可利用第一梳状电容组24的电容变化量感测第一质量块18在第二轴向上的加速度，而由图1可知，在此实施例中，二第一梳状电容组24上的梳状电容板32与固定梳状电容板34的组数彼此相异，以产生增加第一梳状电容组24的电容变化量的效果，从而提升第一半导体结构层14在电容变化感测上的灵敏度。第二梳状电容组30分别连接在第一质量块18对应第二轴向的两侧上，藉此，第一半导体结构层14即可利用第二梳状电容组30的电容变化量感测第一质量块18在第一轴向上的加速度，至于第二梳状电容组30的电容感测设计，其可参照上述针对第一梳状电容组24的说明类推，故于此不再赘述。
[0048]接着，在第二半导体结构层16的结构设计方面，请参阅图1及图2，图2是第I图的第二半导体结构层16的侧视图。由图1及图2可知，基板12具有至少一感测电极36 (在图2中显示二个)，第二半导体结构层16包括一第二质量块38及至少一第三支撑基座40 (在图2中显示二个)。在此实施例中，第二质量块38沿第一轴向具有一转动轴42，第三支撑基座40连接于转动轴42，用以使第二质量块38可沿第二轴向不对称地浮置在感测电极36的上方，而与感测电极36产生感测电容，藉此，当第二质量块38在第三轴向(即图2的Z轴方向)受力时，第二质量块38就能以转动轴42为中心进行旋转而造成其与感测电极36之间的感测电容产生变化，换句话说，第二半导体结构层16可利用第二质量块38与感测电极36之间的电容变化量感测出第二质量块38在第三轴向上的加速度。上述第二质量块38不对称地浮置在感测电极36的上方的设计可不限于图1所示的配置方式，也就是说，第二质量块38也可采用沿第二轴向具有转动轴42的设计，进而使第二质量块38可沿第一轴向不对称地浮置在感测电极36的上方，至于采用何种设计，其端视电容式加速度计10的实际应用而定。
[0049]在上述配置下，当电容式加速度计10在空间中受力而在第一轴向上具有加速度时，第一质量块18就会朝第一轴向弹性平移，此时，第二梳状电容组30上的梳状电容板与固定梳状电容板的间距就会随着第一质量块18在第一轴向上的弹性平移而有所变化，从而导致第二梳状电容组30的电容值发生变化，如此即可根据第二梳状电容组30的电容变化量，进一步地感测出电容式加速度计10在第一轴向上的加速度值。
[0050]同理，当电容式加速度计10在空间中受力而在第二轴向上具有加速度时，第一质量块18就会朝第二轴向弹性平移，此时，第一梳状电容组24上的梳状电容板32与固定梳状电容板34的间距就会随着第一质量块18在第二轴向上的弹性平移而有所变化，从而导致第一梳状电容组24的电容值发生变化，如此即可根据第一梳状电容组24的电容变化量，进一步地感测出电容式加速度计10在第二轴向上的加速度值。
[0051]除此之外，当电容式加速度计10在空间中受力而在第三轴向上具有加速度时，第二质量块38就会以转动轴42为旋转中心而朝第三轴向枢转，此时，第二质量块38与基板12上的感测电极36的间距就会随着第二质量块38在第三轴向上的枢转而有所变化，从而导致第二质量块38与感测电极36之间的电容值发生变化，如此即可根据第二质量块38与感测电极36之间的电容变化量，进一步地感测出电容式加速度计10在第三轴向上的加速度值。
[0052]综上所述，利用第一半导体结构层14上的质量块与支撑基座、弹性件及梳状电容组的配置，及第二半导体结构层16上的可不对称旋转的质量块与基板上的感测电极的配置，电容式加速度计10可具有感测三轴向加速度的功能。需注意的是，在此实施例中，由图1可知，利用第一弹性件22垂直于第一轴向来回弯折的方式取代现有弹性件在质量块与支撑基座之间横向地来回弯折的方式的设计，即可产生第一半导体结构层14在第一轴向上的宽度缩减的效果。同样地，利用第二弹性件28垂直于第二轴向来回弯折的方式，其亦可达到第一半导体结构层14在第二轴向上的宽度缩减的效果。如此一来，就能达到节省第一半导体结构层14在电容式加速度计10上所需占用的结构空间的目的，从而进一步地缩减电容式加速度计10的整体体积。
[0053]接下来，请参照图3，其为根据本发明的一第二实施例所提出的一电容式加速度计100的上视图，第二实施例中所述的组件与第一实施例中所述的组件编号相同者，表示其具有相似的功能或结构，电容式加速度计100与上述实施例主要不同之处在于弹性件的弯折设计，至于电容式加速度计100在感测三轴向加速度上的设计，其可参照上述实施例类推，故于此不再赘述。由图3可知，电容式加速度计100包括基板12、一第一半导体结构层102及第二半导体结构层16。第一半导体结构层102设置在基板12上，其包括第一质量块18、至少二第一支撑基座20、至少二第一弹性件104、至少一第一梳状电容组24、至少二第二支撑基座26、至少二第二弹性件106及至少一第二梳状电容组30，上述第一支撑基座20、第一弹性件104、第一梳状电容组24、第二支撑基座26、第二弹性件106，及第二梳状电容组30在图3中均显示四个。
[0054]在此实施例中，第一弹性件104以平行于第一轴向来回弯折的方式连接在第一质量块18及第一支撑基座20之间，用以提供弹力以使第一质量块18在第二轴向受力时可沿第二轴向弹性平移，其中第一弹性件104的弯折次数彼此相异，举例来说，如图3所示，位于第一质量块18的左上及右上边角处的第一弹性件104的弯折次数小于位于第一质量块18的左下及右下边角处的第一弹性件104的弯折次数，以使第一质量块18在第二轴向受力时可更灵敏地在第二轴向上产生平移运动。同理，第二弹性件106亦可以平行于第二轴向来回弯折的方式连接在第一质量块18及第二支撑基座26之间，用以提供弹力以使第一质量块18在第一轴向受力时可沿第一轴向弹性平移，而第二弹性件106的弯折次数亦可彼此相异，以使第一质量块18在第一轴向受力时可更灵敏地在第一轴向上产生平移运动。如此一来，透过上述弹性件的弯折次数彼此相异以辅助质量块在第一轴向上及第二轴向上的弹性平移更加地灵敏及顺畅的设计，电容式加速度计100在第一轴向及第二轴向上的感测线性度及灵敏度即可更进一步地提升。
[0055]接下来，请参照图4，其为根据本发明的一第三实施例所提出的一电容式加速度计200的上视图，第三实施例中所述的组件与第一实施例中所述的组件编号相同者，表示其具有相似的功能或结构，电容式加速度计200与第一实施例主要不同之处在于弹性件的弯折设计，至于电容式加速度计200在感测三轴向加速度上的设计，其可参照上述实施例类推，故于此不再赘述。如图4所示，电容式加速度计200包括基板12、一第一半导体结构层202，及第二半导体结构层16。第一半导体结构层202设置在基板12上，其包括一第一质量块204、至少一第一支撑基座20、至少一第一弹性件206、至少一第一梳状电容组24、至少一第二支撑基座26、至少一第二弹性件208，及至少一第二梳状电容组30，上述第一支撑基座20、第一弹性件206、第一梳状电容组24、第二支撑基座26、第二弹性件208，及第二梳状电容组30在图4中均显示四个。
[0056]在此实施例中，第一弹性件206具有一第一弯折结构210及一第一阶梯结构212，第一弯折结构210以垂直第一轴向来回弯折的方式连接于第一支撑基座20，第一阶梯结构212连接在第一质量块204及第一弯折结构210之间，而第二弹性件208则是具有一第二弯折结构214及一第二阶梯结构216，第二弯折结构214以垂直第二轴向来回弯折的方式连接于第二支撑基座26，第二阶梯结构216连接在第一质量块204及第二弯折结构214之间。如此一来，利用弹性阶梯结构连接于弹性弯折结构与质量块的设计取代公知技术仅利用弹性弯折结构连接于支撑基座与质量块的设计的方式，第一弹性件206及第二弹性件208在第一半导体结构层202内所需占用的空间就能相对应地被缩减，从而使第一质量块204可在对应第一阶梯结构212及第二阶梯结构216的位置上额外延伸形成有一突出块218，藉此，即可在不需额外扩增第一半导体结构层202的整体体积的情况下，增加第一质量块204的整体重量，进而使第一质量块204在第一轴向及第二轴向受力时所产生的平移运动能更加地灵敏，以达到提升电容式加速度计200在第一轴向及第二轴向上的感测线性度及灵敏度的目的。
[0057]值得一提的是，第一弹性件206与第二弹性件208的弯折方向可不限于上述实施例，以提升第一半导体结构层202在弹性件弯折设计上的弹性。举例来说，第一弹性件206的第一弯折结构210可改以平行第一轴向来回弯折的方式连接于第一支撑基座20，而第二弹性件208的第二弯折结构214则是可相对应地改以平行第二轴向来回弯折的方式连接于第二支撑基座26。
[0058]最后，请参照图5，图5为根据本发明的一第四实施例所提出的一电容式加速度计300的上视图，第四实施例中所述的组件与上述实施例中所述的组件编号相同者，表示其具有相似的功能或结构，电容式加速度计300与上述实施例主要不同之处在于支撑基座、弹性件与梳状电容组的配置，至于电容式加速度计300在感测三轴向加速度上的设计，其可参照上述实施例类推，故于此不再赘述。如图5所示，电容式加速度计300包括基板12、一第一半导体结构层302，及第二半导体结构层16。第一半导体结构层302设置在基板12上，其包括第一质量块18、至少二第一梳状电容组304、至少一第一支撑基座306、至少一第一弹性件308、至少二第二梳状电容组310、至少一第二支撑基座312，及至少一第二弹性件314，上述第一梳状电容组304、第一支撑基座306、第一弹性件308、第二梳状电容组310、第二支撑基座312，及第二弹性件314在图5中均显示四个。
[0059]在此实施例中，第一梳状电容组304分别连接在第一质量块18对应第一轴向的两侧上，第一支撑基座306设置在第一梳状电容组304之间，而第二梳状电容组310则是分别连接在第一质量块18对应第二轴向的两侧上，第二支撑基座312设置在第二梳状电容组310之间。另外，第一弹性件308系以平行第一轴向来回弯折的方式连接在第一质量块18及第一支撑基座306之间，而第二弹性件314以平行第二轴向来回弯折的方式连接在第一质量块18及第二支撑基座312之间。
[0060]如此一来，利用弹性件设置在梳状电容组间的设计，其可使第一质量块18在第一轴向及第二轴向受力时所产生的平移运动能更加地灵敏，以达到提升电容式加速度计300在第一轴向及第二轴向上的感测线性度及灵敏度的目的。
[0061]值得一提的是，上述所提及的弹性件弯折次数彼此相异及梳状电容组上的梳状电容板与固定梳状电容板的组数彼此相异的设计可交互应用于上述实施例中，以使本发明所提供的电容式加速度计在结构设计上更具弹性。除此之外，上述实施例中所提及的第二半导体结构层为可省略的组件，以简化本发明的电容式加速度计的结构设计，换句话说，本发明的电容式加速度计可仅配置有第一半导体结构层而只具有感测二轴向加速度的功能。
[0062]相较于现有技术采用各感测轴分别独立设置的电容感测结构设计，本发明使用第二半导体结构层(用来感测第三轴向的加速度值)位于第一半导体结构层(用来感测第一及第二轴向的加速度值)的一侧的配置，以解决前述加速度计的整体尺寸过大的问题。除此之外，本发明亦可利用改变弹性件弯折方式(如弹性件弯折次数彼此相异、改变弹性件弯折方向等)、改变梳状电容组上的梳状电容板与固定梳状电容板的组数，或是改变梳状电容组与弹性件的配置的设计，以进一步地缩减电容式加速度计的整体体积或是提升电容式加速度计在第一轴向及第二轴向上的感测线性度及灵敏度。
[0063]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电容式加速度计，其特征在于，所述电容式加速度计包括: 一基板；及 一第一半导体结构层，设置在所述基板上，所述第一半导体结构层包括: 一第一质量块； 至少一第一支撑基座，位于所述第一质量块对应一第一轴向的至少一侧； 一第一弹性件，具有一第一弯折结构及一第一阶梯结构，所述第一弯折结构以对应所述第一轴向来回弯折的方式连接于所述第一支撑基座，所述第一阶梯结构连接在所述第一质量块及所述第一弯折结构之间； 至少一第一梳状电容组，连接在所述第一质量块对应所述第一轴向的至少一侧上； 至少一第二支撑基座，位于所述第一质量块对应一第二轴向的至少一侧； 一第二弹性件，具有一第二弯折结构及一第二阶梯结构，所述第二弯折结构以对应所述第二轴向来回弯折的方式连接于所述第二支撑基座，所述第二阶梯结构连接在所述第一质量块及所述第二弯折结构之间；及 至少一第二梳状电容组，连接在所述第一质量块对应所述第二轴向的至少一侧上； 其中所述第一轴向垂直于所述第二轴向。
2.如权利要求1所述的电容式加速度计，其特征在于，所述第一质量块在对应所述第一阶梯结构及所述第二阶梯结构的位置上分别设置有一突出块。
3.如权利要求1所述的电容式加速度计，其特征在于，所述基板具有至少一感测电极，所述电容式加速度计还包括: 一第二半导体结构层，设置在所述基板上且位于所述第一半导体结构层的一侧，所述第二半导体结构层包括: 一第二质量块，沿所述第一轴向或所述第二轴向具有一转动轴，用来与所述感测电极产生一感测电容；及 至少一第三支撑基座，连接于所述转动轴，用以使所述第二质量块不对称地浮置在所述感测电极的上方； 其中当所述第二质量块在一第三轴向受力时，所述第二质量块以所述转动轴为中心旋转，所述第三轴向垂直于所述第一轴向及所述第二轴向。
4.如权利要求1所述的电容式加速度计，其特征在于，所述第一半导体结构层包括二第一梳状电容组，每一第一梳状电容组包括: 多个梳状电容板，自所述第一质量块上延伸形成；及 多个固定梳状电容板，固定在所述基板上且与所述多个梳状电容板相互平行并交替排列； 其中所述二第一梳状电容组上的梳状电容板与固定梳状电容板的组数彼此相异。
5.如权利要求1所述的电容式加速度计，其特征在于，所述第一弯折结构以垂直于所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一支撑基座及所述第一阶梯结构之间，所述第二弯折结构以垂直于所述第二轴向来回弯折的方式连接在所述第二支撑基座及所述第二阶梯结构之间。
6.如权利要求1所述的电容式加速度计，其特征在于，所述第一弯折结构以平行于所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一支撑基座及所述第一阶梯结构之间，所述第二弯折结构以平行于所述第二轴向来回弯折的方式连接在所述第二支撑基座及所述第二阶梯结构之间。
7.如权利要求1所述的电容式加速度计，其特征在于，所述第一半导体结构层包括二第一支撑基座及二第一弹性件，每一第一弯折结构分别以对应所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一质量块及相对应的第一支撑基座之间，每一第一弯折结构的弯折次数彼此相异。
8.一种电容式加速度计，其特征在于，所述电容式加速度计包括: 一基板；及 一第一半导体结构层，设置在所述基板上，所述第一半导体结构层包括: 一第一质量块； 至少二第一梳状电容组，连接在所述第一质量块对应一第一轴向的至少一侧上； 至少一第一支撑基座，设置在所述至少二第一梳状电容组之间； 一第一弹性件，以对应所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一质量块及所述第一支撑基座之间； 至少二第二梳状电容组，连接在所述第一质量块对应一第二轴向的至少一侧上；至少一第二支撑基座，设置在所述至少二第二梳状电容组之间；及一第二弹性件，以对应所述第二轴向来回弯折的方式连接在所述第一质量块及所述第二支撑基座之间； 其中所述第一轴向垂直于所述第二轴向。
9.如权利要求8所述的电容式加速度计，其特征在于，所述基板具有至少一感测电极，所述电容式加速度计还包括: 一第二半导体结构层，设置在所述基板上且位于所述第一半导体结构层的一侧，所述第二半导体结构层包括: 一第二质量块，沿所述第一轴向或所述第二轴向具有一转动轴，用来与所述感测电极产生一感测电容；及 至少一第三支撑基座，连接于所述转动轴，用以使所述第二质量块不对称地浮置在所述感测电极的上方； 其中当所述第二质量块在一第三轴向受力时，所述第二质量块以所述转动轴为中心旋转，所述第三轴向垂直于所述第一轴向及所述第二轴向。
10.如权利要求8所述的电容式加速度计，其特征在于，所述第一半导体结构层包括二第一梳状电容组，每一第一梳状电容组包括: 多个梳状电容板，自所述第一质量块上延伸形成；及 多个固定梳状电容板，固定在所述基板上且与所述多个梳状电容板相互平行并交替排列； 其中所述二第一梳状电容组上的梳状电容板与固定梳状电容板的组数彼此相异。
11.如权利要求8所述的电容式加速度计，其特征在于，所述第一弹性件以垂直于所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一支撑基座及所述第一质量块之间，所述第二弹性件以垂直于所述第二轴向来回弯折的方式连接在所述第二支撑基座及所述第一质量块之间。
12.如权利要求8所述的电容式加速度计，其特征在于，所述第一弹性件以平行于所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一支撑基座及所述第一质量块之间，所述第二弹性件以平行于所述第二轴向来回弯折的方式连接在所述第二支撑基座及所述第一质量块之间。
13.如权利要求8所述的电容式加速度计，其特征在于，所述第一半导体结构层包括二第一支撑基座及二第一弹性件，每一第一弹性件分别以对应所述第一轴向来回弯折的方式连接在所述第一质量块及相对应的第一支撑基座之间，所述二第一弹性件的弯折次数彼此相异。
【文档编号】G01P15/125GK104316726SQ201410561451
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2012年3月20日 优先权日:2012年3月20日
【发明者】沈靖凯 申请人:立积电子股份有限公司