1 60构成C3电容结构的固定极板C4-1 82，以及与可动极板C2-261构成C4电容结构的固定极板C4-2 83。通过改变可动极板与固定极板之间的距离或者正对的面积，来实现电容信号的变化。通过上述组成的四个电容结构，可以提高MEMS惯性传感器的灵敏度，提高MEMS惯性传感器的信噪比。
[0035]在本实用新型一个具体的实施方式中，参考图2，所述第一敏感结构3、第二敏感结构6为平动结构，第一敏感结构3、第二敏感结构6例如受到在X轴或Y轴方向的加速度时，其中，Cl电容结构与C3电容结构同时增加或减小，C2电容结构与C4电容结构同时减小或增加。这样，可以将Cl电容结构与C3电容结构形成叠加电容C13 ；C2电容结构与C4电容结构形成叠加电容C24，叠加电容C13与C24构成一对差分电容结构，通过差分检测电路，检测到输出信号的变化。同时，在外界的温度和应力发生变化时，衬底I上下表面所产生的应变是相反的，Cl电容结构、C3电容结构分别位于衬底I的上、下表面，将这两个电容结构并联起来时，则可以将温度或其它干扰方面所带来的应变抵消；基于相同的道理，C2电容结构、C4电容结构并联起来，也可以将温度或其它干扰方面所带来的应变抵消，从而使得最后的输出既提高了信噪比，又消除了温度或其它干扰方面所带来的误差。
[0036]本实用新型中，MEMS惯性传感器也可以是Z轴加速度计，此时，所述MEMS惯性传感器的第一敏感结构3、第二敏感结构6为偏转结构，参考图3，其中，所述第一敏感结构3重心偏移的方向与第二敏感结构6重心偏移的方向相反。
[0037]在本实用新型一个具体的实施方式中，例如第一敏感结构3的重心偏向可动极板Cl-1 30，而第二敏感结构6的重心偏向可动极板C2-2 61。上述的偏心方式可以通过尺寸大小来实现，也可以通过材质、镂空或配重等方式来实现，在此不再具体说明。当上述结构的第一敏感结构3、第二敏感结构6受到Z轴方向的加速度时，Cl电容结构与C3电容结构同时增加或减小，C2电容结构与C4电容结构同时减小或增加。这样，可以将Cl电容结构与C3电容结构形成叠加电容C13 ；C2电容结构与C4电容结构形成叠加电容C24，叠加电容C13与C24构成一对差分电容结构，通过差分检测电路，检测到输出信号的变化。同时，在外界的温度和应力发生变化时，衬底I上下表面所产生的应变是相反的，Cl电容结构、C3电容结构分别位于衬底I的上、下表面，将这两个电容结构并联起来后，则可以将温度或其它干扰方面所带来的应变抵消；基于相同的道理，C2电容结构、C4电容结构并联起来，也可以将温度或其它干扰方面所带来的应变抵消，从而使得最后的输出既提高了信噪比，又消除了温度或其它干扰方面所带来的误差。
[0038]在本实用新型另一实施结构中，所述第一敏感结构3重心偏移的方向与第二敏感结构6重心偏移的方向相同；参考图4，例如第一敏感结构3的重心偏向可动极板Cl-1 30，第二敏感结构6的重心偏向可动极片C2-1 60。当上述结构的第一敏感结构3、第二敏感结构6受到Z轴方向的加速度时，Cl电容结构与C4电容结构同时增加或减小，C2电容结构与C3电容结构同时减小或增加。这样，可以将Cl电容结构与C4电容结构形成叠加电容C14 ；C2电容结构与C3电容结构形成叠加电容C23，叠加电容C14与C23构成一对差分电容结构，通过差分检测电路，检测到输出信号的变化。
[0039]该种情况下，需要将Cl电容结构中的固定极板C3-1 80与C4电容结构中的固定极板C4-2 83连接起来，由于这两个固定极板位于衬底的不同位置，此时，需要在衬底上铺设相应的引线9，与金属化通孔中的导电材料5连接起来。
[0040]在本实用新型另一实施结构中，Cl电容结构和C2电容结构可以组成一对差分电容结构C12，通过差分检测电路，直接输出，得到输出信号，记为Voutl ；C3电容结构和C4电容结构可以组成一对差分电容结构C34，通过差分检测电路，直接输出，得到输出信号，记为Vout2 JfVoutl和Vout2相加，取平均，得到最终的输出。由于温度和应力对衬底I上下层结构造成的影响是相反的，所以，通过这两对差分电容结构的相加，可以消除温度和应力带来的误差。
[0041]本实用新型还提供了一种MEMS惯性传感器的制造方法，包括以下步骤:
[0042]a)在衬底I的上表面刻蚀多个金属化通孔10，参考图5 ;
[0043]b)在衬底I的上表面以及多个金属化通孔10的内壁上沉积或热生长绝缘层7，参考图6 ;
[0044]c)在金属化通孔10内填充导电材料5，为了工艺的方便，可在金属化通孔10、衬底I上表面同时设置一层导电材料5，参考图7，之后，再将衬底I上方的导电材料5研磨或刻蚀掉，保留金属化通孔10内的导电材料5 ;另外，可根据需要在衬底I上沉积和刻蚀连通导电材料5的引线9，参考图8 ；
[0045]d)在衬底I上沉积中间结合层4，并刻蚀成所需形状，形成敏感结构释放后运动的腔体，参考图9 ；
[0046]e)将第一敏感结构3键合在衬底I的中间结合层4上，参考图10，在具体的工艺中，可以首先将敏感结构层键合在中间结合层4上，通过刻蚀使其释放，形成第一敏感结构3 ；
[0047]f)将盖体2固定在衬底I上，形成封闭第一敏感结构3的第一容腔，参考图11 ;
[0048]g)将衬底I翻转180°，参考图12，对衬底I的另一面进行加工，在衬底I上沉积中间结合层4，并刻蚀，具体参考步骤d);
[0049]h)将第二敏感结构6键合在衬底I的中间结合层4上，具体参考步骤e)；
[0050]i)将盖体2固定在衬底I上，形成封闭第二敏感结构6的第二容腔，最终形成具有双层敏感结构的MEMS惯性传感器。
[0051]在所述步骤a)中，金属化通孔10可以是盲孔，此时，在所述步骤g)中，将衬底I翻转180°后，需要将衬底I减薄至金属化通孔10位置，也就是说，将金属化通孔10露出衬底I的表面，之后在衬底I上沉积中间结合层4，并刻蚀成所需形状。
[0052]虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
【主权项】
1.一种MEMS惯性传感器，其特征在于:包括衬底(I)，以及分别固定在衬底(I)上端、下端的盖体(2)，两个盖体⑵与衬底⑴分别形成位于衬底⑴两侧的第一容腔、第二容腔；在所述衬底(I)的上端通过中间结合层(4)设有位于第一容腔内的第一敏感结构(3)，在所述衬底(I)的下端通过中间结合层(4)设有位于第二容腔内的第二敏感结构(6)。
2.根据权利要求1所述的MEMS惯性传感器，其特征在于:其中在所述衬底(I)上设有金属化通孔，所述第一敏感结构(3)和第二敏感结构(6)通过穿过金属化通孔的导电材料(5)或连通导电材料(5)的引线(9)连接。
3.根据权利要求1所述的MEMS惯性传感器，其特征在于:所述第一敏感结构(3)包括第一弹性梁，以及位于第一弹性梁两侧的可动极板Cl-1 (30)、可动极板C1-2 (31)，所述第二敏感结构(6)包括第二弹性梁，以及位于第二弹性梁两侧的可动极板C2-1 (60)、可动极板C2-2(61);所述衬底(I)的上端设有与可动极板Cl-1 (30)构成Cl电容结构的固定极板C3-l(80)，以及与可动极板Cl-2(31)构成C2电容结构的固定极板C3-2 (81);所述衬底(I)的下端设有与可动极板C2-1 (60)构成C3电容结构的固定极板C4-1 (82)，以及与可动极板C2-2 (61)构成C4电容结构的固定极板C4-2 (83)。
4.根据权利要求3所述的MEMS惯性传感器，其特征在于:所述第一敏感结构(3)、第二敏感结构(6)为平动结构，其中，Cl电容结构与C3电容结构形成叠加电容C13 ；C2电容结构与C4电容结构形成叠加电容C24，叠加电容C13与C24构成差分电容结构。
5.根据权利要求3所述的MEMS惯性传感器，其特征在于:所述第一敏感结构(3)、第二敏感结构(6)为偏转结构，其中，所述第一敏感结构(3)重心偏移的方向与第二敏感结构(6)重心偏移的方向相反；C1电容结构与C3电容结构形成叠加电容C13；C2电容结构与C4电容结构形成叠加电容C24，叠加电容C13与C24构成差分电容结构。
6.根据权利要求3所述的MEMS惯性传感器，其特征在于:所述第一敏感结构(3)、第二敏感结构(6)为偏转结构，其中，所述第一敏感结构(3)重心偏移的方向与第二敏感结构(6)重心偏移的方向相同；C1电容结构与C4电容结构形成叠加电容C14 ；C2电容结构与C3电容结构形成叠加电容C23，叠加电容C14与C23构成差分电容结构。
7.根据权利要求1所述的MEMS惯性传感器，其特征在于:所述第一敏感结构(3)为加速度计结构，所述第二敏感结构(6)为陀螺仪结构；或者所述第一敏感结构(3)为陀螺仪结构，所述第二敏感结构(6)为加速度计结构。
8.根据权利要求1所述的MEMS惯性传感器，其特征在于:所述衬底(I)上还设有贯通第一容腔和第二容腔的气压导通孔。
【专利摘要】本实用新型公开了一种MEMS惯性传感器，包括衬底，以及分别固定在衬底上端、下端的盖体，两个盖体与衬底分别形成位于衬底两侧的第一容腔、第二容腔；在所述衬底的上端通过中间结合层设有位于第一容腔内的第一敏感结构，在所述衬底的下端通过中间结合层设有位于第二容腔内的第二敏感结构。实用新型的MEMS惯性传感器，衬底位于芯片的中部，在衬底的上下表面分别键合敏感结构，使得该MEMS惯性传感器具有双层的敏感结构，从而提高了芯片面积的利用率，提升了MEMS惯性传感器的整体性能，使得灵敏度增加了一倍，提高了信噪比；换言之，相比传统的MEMS惯性传感器，在不降低芯片性能的基础上，进一步缩减了MEMS芯片的尺寸，以满足电子产品的小型化发展。
【IPC分类】G01C25-00
【公开号】CN204555991
【申请号】CN201520288415
【发明人】郑国光
【申请人】歌尔声学股份有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月6日