>[0042]例如在本实用新型一个具体的实施例中，第一固定电极极片20的上端面低于第一可动电极极片10的上端面；第二固定电极极片30的上端面高于第二可动电极极片11的上端面。例如可以通过刻蚀的方式，来减小第一可动电极极片10的厚度等。
[0043]此时，各极片的下端面可以是齐平的，也可以是层次不齐的。现在针对两种情况分别进行介绍。
[0044]在本实用新型的一个具体的实施例中，第一固定电极极片20的下端面与第一可动电极极片10的下端面齐平；第二固定电极极片30的下端面与第二可动电极极片11的下端面齐平。也就是说，在该实施例中，参考图5a，第一固定电极极片20的上端面低于第一可动电极极片10的上端面，两个极片的下端面齐平；而第二固定电极极片30的上端面高于第二可动电极极片11的上端面，两个极片的下端面齐平；在本实用新型一个优选的技术方案中，为了便于制造，所述第一固定电极极片20、第一可动电极极片10、第二固定电极极片30、第二可动电极极片11的下端面均齐平。
[0045]当质量块I受到Z轴负方向的加速度时，参考图4b、图5b，质量块I拉伸弹性梁向下发生位移，此时，第一可动电极极片10、第二可动电极极片11随着质量块I向下发生位移。由于第二可动电极极片11与第二固定电极极片30之间正对的面积减小，故第二 Z轴检测电容C2减小；而由于第一可动电极极片10向下发生位移，使得第一固定电极极片20的下端与第一可动电极极片10之间具有更多的电场线相交，使得该处的边缘电容增加，最终使得由第一可动电极极片10、第一固定电极极片20组成的第一 Z轴检测电容Cl整体增加。第一 Z轴检测电容Cl与第二 Z轴检测电容C2之间构成了差分电容结构，用于检测Z轴负方向的加速度信号。
[0046]当质量块I受到Z轴正方向的加速度时，参考图4c、图5c，质量块I拉伸弹性梁向上发生位移，此时，第一可动电极极片10、第二可动电极极片11随着质量块I向上发生位移。由于第一可动电极极片10与第一固定电极极片20之间正对的面积减小，故第一 Z轴检测电容Cl减小；而由于第二可动电极极片11向上发生位移，使得第二可动电极极片11的下端与第二固定电极极片30之间具有更多的电场线相交，使得该处的边缘电容增加，最终使由第二可动电极极片11、第二固定电极极片30组成的第二 Z轴检测电容C2整体增加。第一 Z轴检测电容Cl与第二 Z轴检测电容C2之间构成了差分电容结构，用于检测Z轴正方向的加速度信号。
[0047]本实用新型的Z轴结构，摒弃了下极板结构，从而摆脱了下极板对Z轴加速度计的限制，使质量块的运动模式不再是跷跷板式的运动，而是在Z轴方向上、下平动，减小了 Z轴加速度计的寄生电容，提高了检测的精度。而且，由于摒弃了下极板结构，减小了其占用的芯片面积，降低了制造工艺的复杂程度和成本。而且，该Z轴结构，避免了质量块与衬底的接触，提高了芯片的可靠性；由于质量块和固定电极在同一层上，首先可以达到比传统Z轴结构更好的一致性，而且可以将锚点设计的更为集中，降低芯片对温度和应力变化的敏感度。
[0048]在本实用新型的另一实施例中，所述第一固定电极极片20、第一可动电极极片10、第二固定电极极片30、第二可动电极极片11的下端面不是齐平的。
[0049]例如，所述第一固定电极极片20的下端面低于第一可动电极极片10的下端面；所述第二固定电极极片30的下端面高于第二可动电极极片11的下端面。参考图6a，在初始状态时，第一固定电极极片20的上端面低于第一可动电极极片10的上端面，而第一固定电极极片20的下端面低于第一可动电极极片10的下端面；第二固定电极极片30的上端面高于第二可动电极极片11的上端面，第二固定电极极片30的下端面高于第二可动电极极片11的下端面。
[0050]当质量块I受到Z轴负方向的加速度时，参考图4b、图6b，质量块I拉伸弹性梁向下发生位移，此时，第一可动电极极片10、第二可动电极极片11随着质量块I向下发生位移。第一可动电极极片10与第一固定电极极片20之间正对的面积增加，从而使得第一 Z轴检测电容Cl增加；而第二可动电极极片11与第二固定电极极片30之间的正对面积减小，从而使得第二 Z轴检测电容C2减小，最终使得第一 Z轴检测电容Cl与第二 Z轴检测电容C2之间构成了差分电容结构，用于检测Z轴正方向的加速度信号。
[0051]当质量块I受到Z轴正方向的加速度时，参考图4c、图6c，质量块I拉伸弹性梁向上发生位移，此时，第一可动电极极片10、第二可动电极极片11随着质量块I向上发生位移。第一可动电极极片10与第一固定电极极片20之间正对的面积减小，从而使得第一 Z轴检测电容Cl减小；而第二可动电极极片11与第二固定电极极片30之间的正对面积增加，从而使得第二 Z轴检测电容C2增大，最终使得第一 Z轴检测电容Cl与第二 Z轴检测电容C2之间构成了差分电容结构，用于检测Z轴正方向的加速度信号。
[0052]本实用新型中，所述第一固定电极极片20、第一可动电极极片10可以分别有多个，分别沿着第一固定电极2、质量块I的侧壁分布；多个第一固定电极极片20、第一可动电极极片10之间构成了梳齿电容结构，提高了检测的精度。基于同样的道理，所述第二固定电极极片30、第二可动电极极片11也可以分别设置多个，分别沿着第二固定电极3、质量块I的侧壁分布；该多个第二固定电极极片30、第二可动电极极片11构成梳齿电容结构，提高了检测的精度。
[0053]本实用新型已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加对于本领域的一般技术人员来说是显而易见的。例如上述中“上端面”、“下端面”都时相对的概念，只是便于描述才进行了区分，在本说明书中，不应该用来限定本申请的保护范围，申请人的意图是所有的这些变化和增加都落在了本实用新型权利要求所保护的范围中。
【主权项】
1.一种加速度计中的Z轴结构，包括衬底(4)，其特征在于，还包括: 通过侧壁连接的弹性梁(5)支撑在衬底(4)上方，相对于衬底(4)在Z轴方向上来回平动的质量块(I)，其中所述质量块(I)的侧壁上设置有第一可动电极极片(10)、第二可动电极极片(11); 设置在衬底(4)上的第一固定电极极片(20)、第二固定电极极片(30)，所述第一固定电极极片(20)、第二固定电极极片(30)朝由X轴、Y轴组成的平面方向延伸； 所述第一可动电极极片(10)与第一固定电极极片(20)的侧壁相对，构成第一 Z轴检测电容；所述第二可动电极极片(11)与第二固定电极极片(30)的侧壁相对，构成第二 Z轴检测电容； 其中，初始状态下，第一固定电极极片(20)其中一端的端面低于第一可动电极极片(10)相同端的端面；而第二固定电极极片(30)中与第一固定电极极片(20)相同端的端面高于第二可动电极极片(11)中与第一固定电极极片(20)相同端的端面。
2.根据权利要求1所述的Z轴结构，其特征在于:所述质量块(I)上设置有通孔，第一可动电极极片(10)、第二可动电极极片(11)设置在质量块(I)通孔的侧壁上。
3.根据权利要求1所述的Z轴结构，其特征在于:初始状态下，第一固定电极极片(20)的上端面低于第一可动电极极片(10)的上端面；第二固定电极极片(30)的上端面高于第二可动电极极片(11)的上端面。
4.根据权利要求3所述的Z轴结构，其特征在于:初始状态下，第一固定电极极片(20)的下端面与第一可动电极极片(10)的下端面齐平；第二固定电极极片(30)的下端面与第二可动电极极片(11)的下端面齐平。
5.根据权利要求4所述的Z轴结构，其特征在于:初始状态下，所述第一固定电极极片(20)、第一可动电极极片(10)、第二固定电极极片(30)、第二可动电极极片(11)的下端面均齐平。
6.根据权利要求3所述的Z轴结构，其特征在于:初始状态下，所述第一固定电极极片(20)的下端面低于第一可动电极极片(10)的下端面；所述第二固定电极极片(30)的下端面高于第二可动电极极片(11)的下端面。
7.根据权利要求1至6任一项所述的Z轴结构，其特征在于:所述第一固定电极极片(20)、第一可动电极极片(10)设有多个，多个第一可动电极极片(10)沿着质量块⑴的侧壁分布；多个第一固定电极极片(20)、第一可动电极极片(10)构成梳齿电容结构。
8.根据权利要求7所述的Z轴结构，其特征在于:所述第二固定电极极片(30)、第二可动电极极片(11)分别有多个，多个第二可动电极极片(11)沿着质量块⑴的侧壁分布；多个第二固定电极极片(30)、第二可动电极极片(11)构成梳齿电容结构。
9.根据权利要求8所述的Z轴结构，其特征在于:所述第一固定电极极片(20)、第二固定电极极片(30)在衬底(4)上平行布置。
10.根据权利要求1所述Z轴结构，其特征在于:所述第一可动电极极片(10)、第二可动电极极片(11)与质量块(I) 一体成型。
【专利摘要】本实用新型提供了一种加速度计中的Z轴结构，包括相对于衬底在Z轴方向上来回移动的质量块，所述质量块的侧壁上设置有第一可动电极极片、第二可动电极极片；还分别设有朝由X轴、Y轴组成的平面方向伸出的第一固定电极极片、第二固定电极极片。本实用新型的Z轴加速度计，摒弃了下极板结构，从而摆脱了下极板对Z轴加速度计的限制，使质量块的运动模式不再是跷跷板式的运动，而是在Z轴方向上、下平动，减小了Z轴加速度计的寄生电容，提高了检测的精度；避免可动质量块与衬底的接触，提高了芯片的可靠性；由于质量块和固定电极在同一层上，首先可以达到比传统Z轴结构更好的一致性，而且可以将锚点设计的更为集中，降低芯片对温度和应力变化的敏感度。
【IPC分类】G01P15-125
【公开号】CN204439662
【申请号】CN201520069415
【发明人】方华斌, 宋青林, 孙艳美
【申请人】歌尔声学股份有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年1月30日