专利名称：电容式加速度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电容式加速度传感器。
背景技术：
随着电子机械系统研究的深入及电子设备的智能化，各种类型的传感器得到极大 关注。其中，广泛应用于运动系统监测和控制的加速度传感器，比如汽车安全气垫装置中的 核心测量敏感器件加速度传感器已经形成产品。加速度传感器的种类很多，尤以电容式加 速度传感器为主要方向。目前，电容式加速度传感器主要采用如图1所示结构。所述电容式加速度传感器 1包括一静电极11、一动电极13、一电容测量电路15。所述静电极11与所述动电极13相 对间隔设置，在所述静电极11与所述动电极13之间形成一电容C。当所述动电极13相对所述静电极11发生位移时，所述动电极13相对静电极11 的正对面积发生改变，由电容C的计算公式C= ε S/D其中，S代表所述动电极13相对所述静电极11之间的相对面积，D代表所述动电 极13相对所述静电极11之间的间距。由上述公式可知，电容C与间距D的改变成非线性 关系。因此，所述电容式加速度传感器1所感测的加速度与电容的变化也呈非线性变化。当电容式加速度传感器1工作时，所述动电极13移动，由所述电容测量电路15感 测电容变化，并判断加速度信号的大小和方向。然而，由于所述电容测量电路15所感测的电容变化是所述动电极13相对于所述 静电极11间距变化引起的，因此电容C的变化是非线性的，亦即电容测量电路15与测量加 速度大小之间存在非线性关系。在实际运用中，由于所述动电极13移动距离小，电容C变 化�。蚨龅缛莶饬康缏�15提出高的性能，给电容测量电路15的设计与制造带来挑 战。所以现有电容式加速度传感器1的传感灵敏度及精确度受限。特别是在低加速度测量 时，其检测灵敏度和精确度更需要进一步改善。
实用新型内容针对现有技术电容式加速度传感器的传感灵敏度不高、传感精度底的问题，本实 用新型提供一种具有传感灵敏度高、传感精度高、能够实现低加速度检测和工艺简单的电 容式加速度传感器。一种电容式加速度传感器，其包括测量电极组及配重电极，所述测量电极组包括 多个第一静电极部分、多个第二静电极部分，所述配重电极包括多个动电极部分，每一动电 极部分对应与所述第一静电极部分及所述第二静电极部分之间分别形成电容结构，所述配 重电极相对于所述测量电极组加速移动。作为上述电容式加速度传感器进一步改进，所述第一静电极部分与所述第二静电 极位于同一平面，且所述第一静电极部分与第二静电极部分依次重复顺序排列。
3[0012]作为上述电容式加速度传感器进一步改进，所述动电极宽度对应大于相邻的两个 第一静电极部分与第二静电极部分之间的间隔，沿垂直于第一静电极部分及第二静电极部 分所在平面方向上，所述动电极对应与二相邻的第一静电极部分和第二静电极部分相互交叠。作为上述电容式加速度传感器进一步改进，所述动电极宽度对应大于相邻的两个 第一静电极部分与第二静电极部分之间的间隔，所述动电极对应与二相邻的第一静电极部 分和第二静电极部分相互交叠。作为上述电容式加速度传感器进一步改进，所述第一静电极部分与第二静电极部 分位于所述动电极部分的同一侧设置。作为上述电容式加速度传感器进一步改进，所述第一静电极部分与第二静电极部 分分别位于所述动电极部分的二相对侧设置，使得所述动电极部分夹于所述第一静电极部 分与所述第二静电极部分之间。作为上述电容式加速度传感器进一步改进，所述测量电极组包括相互啮合设置的 第一测量电极和第二测量电极，每一第一测量电极和第二测量电极呈梳状设置。作为上述电容式加速度传感器进一步改进，所述第一测量电极还包括一固定部 分，所述第一静电极部分垂直于所述固定部分设置，且所述多个第一静电极部分彼此均勻 间隔设置。作为上述电容式加速度传感器进一步改进，所述配重电极还包括一栅状电极，所 述栅状电极包括一矩形固定框及二弹性件，所述二弹性件分别设置在所述栅状电极的两 端，所述多个动电极部分固定在所述矩形固定框。作为上述电容式加速度传感器进一步改进，所述动电极部分与所述第一静电极部 分之间形成一电容结构，所述动电极部分与所述第二静电极部分之间形成另一电容结构， 所述电容式加速度传感器还包括一电容测量接口电路，其分别接收所述电容结构的电容变
化信号。本实用新型该电容式加速度传感器，通过设置多个第一静电极部分及第二静电极 部分，且所述静电极部分多个依次顺序排列，使得当所述配重电极的动电极部分移动时，与 所述静电极部分之间的电容Cl、C2对应产生相反的变化，并传输至所述电容测量接口电 路，因而可以放大电容Cl的变化量，也就是说，所述电容式加速度传感器所检测到的加速 度值与所述电容测量接口电路所测量的电容变化呈线性变化。同理，同样可以放大电容C2 的变化量，通过设置多个静电极部分，所述电容测量接口电路可以检测到放大后的电容C2 的变化量，并据此判断对应的加速度值和方向。因为电容变化量放大，所以提高了电容测量 接口电路的测量灵敏度及精确度，特别是在低加速度测量时，其检测灵敏度和精确度获得 进一步改善。综上所述，本实用新型电容式触控按键具有提高触控灵敏度和响应速度的优点。
图1是与本实用新型相关的一种电容式加速度传感器的立体结构示意图。图2是本实用新型电容式加速度传感器第一实施方式的立体结构示意图。图3是图2所示测量电极组的立体分解示意图。[0025]图4是图2所示电容式加速度传感器的平面结构示意图。图5是图3所示测量电极与所述配重电极之间形成电容的结构示意图。图6是本实用新型电容式加速度传感器第二实施方式的立体结构示意图。图7是本实用新型电容式加速度传感器第三实施方式的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行说明。请参阅图2，是本实用新型电容式加速度传感器应用于运动系统中的第一实施方 式的立体结构示意图。所述电容式加速度传感器2设置在一衬底硅片20表面。所述电容 式加速度传感器2是一用以检测和控制运动系统中的加速度大小和方向，其可以应用在手 机、触控显示装置、桌用显示器等显示设备中。再请参阅图3，是图2所示电容式加速度传感器2的立体分解示意图。所述电容式 加速度传感器2包括一测量电极组21、一配重电极23及一电容测量接口电路25。所述测 量电极组21与所述配重电极23相对间隔设置形成电容结构C，且所述配重电极23能够相 对所述测量电极组21沿设定的方向移动，并产生一定位移。所述电容测量接口电路25同 时与所述测量电极组21及所述配重电极23分别电性连接，并对应测量所述电容结构C的 变化。再请同时参阅图4，是图3所示测量电极组21的平面结构示意图。所述测量电极组 21固定设置在衬底硅片20表面，并相对所述衬底硅片20静止。包括相互啮合设置的一第 一测量电极211及一第二测量电极213。所述第一测量电极211包括一第一固定部分2111 及多个第一静电极部分2113，所述多个第一静电极2113相互平行均勻间隔设置，并同时垂 直固接于所述第一固定部分2111的同一侧，所述第一固定部分2111及多个第一静电极部 分2113整体形成一梳状结构。同样，所述第二测量电极213包括一第二固定部分2131及 多个第二静电极部分2133，所述多个第二静电极部分2133相互平行均勻间隔设置，并垂直 固接于所述第二固定部分2131，整体形成另一梳状结构。所述第一测量电极211与所述第 二测量电极213啮合设置，即，每二相邻所述第一测量电极211的第一静电极部分2113之 间的间隔区，对应收容一第二测量电极213的第二静电极部分2133，所述静电极部分2113、 2133同时位于所述第一固定部分2111与所述第二固定部分2131之间，且沿X轴方向，所述 第一静电极部分2111与第二静电极部分2113依次重复排列，并位于同一平面内。请再次参阅图2，所述配重电极23包括二支撑结构231、二弹性件233及一栅状电 极235。所述支撑结构231 —端固定于所述衬底硅片20表面，所述二弹性件233连接于所 述栅状电极235的两端。所述栅状电极235包括一矩形固定框2351及多个动电极部分2353。所述多个动 电极部分2353平行均勻间隔设置在所述矩形固定框2351之间，且所述动电极部分均垂直 于X轴方向设置，所述动电极2353的宽度大于二相邻第一静电极部分2113与第二静电极 部分2133之间的间隔宽度，也就是说，所述动电极2353在相对所述测量电极组211移动 时，所述动电极2353同时与二相邻的第一静电极部分2113及第二静电极部分2133相互交 叠。所述栅状电极235在所述弹性件233的弹力驱动下，能够相对所述衬底硅片20沿一定 方向移动，具体而言，在本实施方式中，设定所述栅状电极235能够沿平行于X轴方向移动，并产生加速度。请参阅图5，是图3所示测量电极21与所述配重电极23之间形成电容的结构示意 图。设定一空间坐标系统，取所述测量电极组21所在平面为XY轴所确定平面，沿垂直于所 述XY轴平面的方向为Z轴方向。组装所述电容式加速度传感器2时，所述配重电极23与 所述测量电极组21平行间隔设置，所述动电极部分2353与所述第一静电极部分2113及第 二静电极部分2133在Z轴方向有交叠区域，所述动电极部分2353与所述第一静电极部分 2113之间对应形成一电容Cl，所述动电极部分2353与第二静电极部分2133之间对应形成 一电容C2。设定二者之间的间距为D，所述动电极部分2353与所述第一静电部分2113之间 的交叠面积为Si，所述动电极部分2353与所述第一静电部分2133之间的交叠面积为S2， 则 Cl = ε Sl/D, C2 = ε S2/D。当所述电容式加速度传感器2在运动系统中做加速度运动时，所述配重电极23的 动电极部分2353在惯性作用下，使其相对于所述测量电极组21的静电极部分2113、2133 发生相对位移，由于所述配重电极235呈栅状设置，则根据所述电容的计算公式，所述动电 极部分2353与所述静电极部分2113、2133之间的电容Cl、C2对应产生相反的变化传输至 所述电容测量接口电路25，即所述电容测量接口电路25检测所述动电极部分2353与所 述静电极部分2113之间的电容Cl增大，所述动电极部分2353与所述静电极部分2133之 间的电容C2减小。同时由于所述静电极部分2113、2133多个依次顺序排列，则电容Cl增 加的量与所述静电极部分2113的数量成正比，因而通过设置多个静电极部分2113可以放 大电容Cl的变化量，也就是说，所述电容式加速度传感器2所检测到的加速度值与所述电 容测量接口电路25所测量的电容变化呈线性变化。同理，对于电容C2，通过设置多个静电 极部分2133，所述电容测量接口电路25可以检测到放大后的电容C2的变化量。由此，本实用新型电容式加速度传感器2的电容变化量相对于前述加速度传感器 1的电容变化量较大，即可增加信号的输出强度。再请参阅图6，是本实用新型电容式加速度传感器第二实施方式的立体结构示意 图。在该实施方式中，所述电容式加速度传感器3与第一实施方式的电容式加速度传感器2 的区别在于所述第一测量电极311与所述第二测量电极313均平行于所述配重电极设置， 且同时设置于所述配重电极33的同一侧，所述第一测量电极311与所述第二测量电极313 位于不同平面内，即，所述第一测量电极311与所述配重电极33所在平面之间的间距不等 于所述第二测量电极313与所述配重电极33所在平面之间的间距，沿垂直于所述第一测量 电极311与所述第二测量电极313所在平面的方向上，所述动电极部分3353与所述第一静 电极部分3113、所述第二静电极部分3133相互重叠。请参阅图7，是本实用新型电容式加速度传感器第三实施方式的立体结构示意图。 在该实施方式中，所述电容式加速度传感器4与第二实施方式的电容式加速度传感器3的 区别在于所述第一测量电极411与所述第二测量电极413均平行于所述配重电极设置， 且分别设置于所述配重电极43的不同侧，使得所述第一测量电极411与所述第二测量电 极413夹设所述配重电极43，沿垂直于所述第一测量电极411与所述第二测量电极413所 在平面的方向上，所述动电极部分4353与所述第一静电极部分4113、所述第二静电极部分 4133相互重叠。以上仅为本实用新型的优选实施案例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之 内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种电容式加速度传感器，其包括测量电极组及配重电极，其特征在于所述测量电极组包括多个第一静电极部分、多个第二静电极部分，所述配重电极包括多个动电极部分，每一动电极部分对应与所述第一静电极部分及所述第二静电极部分之间分别形成电容结构，所述配重电极相对于所述测量电极组加速移动。
2.根据权利要求1所述电容式加速度传感器，其特征在于，所述第一静电极部分与所 述第二静电极位于同一平面，且所述第一静电极部分与第二静电极部分依次重复顺序排 列。
3.根据权利要求2所述电容式加速度传感器，其特征在于，所述动电极宽度对应大于 相邻的两个第一静电极部分与第二静电极部分之间的间隔，沿垂直于第一静电极部分及第 二静电极部分所在平面方向上，所述动电极对应与二相邻的第一静电极部分和第二静电极 部分相互交叠。
4.根据权利要求1所述电容式加速度传感器，其特征在于，所述第一静电极部分与所 述第二静电极位于不同水平面内，沿垂直于第一静电极部分及第二静电极部分所在平面方 向上，所述动电极对应与二相邻的第一静电极部分和第二静电极部分相互交叠。
5.根据权利要求4所述电容式加速度传感器，其特征在于，所述第一静电极部分与第 二静电极部分位于所述动电极部分的同一侧设置。
6.根据权利要求4所述电容式加速度传感器，其特征在于，所述第一静电极部分与第 二静电极部分分别位于所述动电极部分的二相对侧设置，使得所述动电极部分夹于所述第 一静电极部分与所述第二静电极部分之间。
7.根据权利要求1-6所述电容式加速度传感器，其特征在于，所述测量电极组包括相 互啮合设置的第一测量电极和第二测量电极，每一第一测量电极和第二测量电极呈梳状设 置。
8.根据权利要求1所述电容式加速度传感器，其特征在于，所述第一测量电极还包括 一固定部分，所述第一静电极部分垂直于所述固定部分设置，且所述多个第一静电极部分 彼此均勻间隔设置。
9.根据权利要求1所述电容式加速度传感器，其特征在于，所述配重电极还包括一栅 状电极，所述栅状电极包括一矩形固定框及二弹性件，所述二弹性件分别设置在所述栅状 电极的两端，所述多个动电极部分固定在所述矩形固定框。
10.根据权利要求1所述电容式加速度传感器，其特征在于，所述动电极部分与所述第 一静电极部分之间形成一电容结构，所述动电极部分与所述第二静电极部分之间形成另一 电容结构，所述电容式加速度传感器还包括一电容测量接口电路，其分别接收所述电容结 构的电容变化信号。
专利摘要本实用新型提供一种电容式加速度传感器，其包括一种电容式加速度传感器，其包括测量电极组、配重电极及电容测量接口电路，所述测量电极组包括多个第一静电极部分、多个第二静电极部分，所述配重电极包括多个动电极部分，每一动电极部分对应与所述第一静电极部分及所述第二静电极部分之间分别形成电容结构，所述配重电极相对于所述测量电极组加速移动，所述电容测量接口电路接收所述电容变化信号，且所述加速度与所述电容变化呈线性变化。本实用新型的电容式加速度传感器具有传感灵敏度高、传感精度高、能够实现低加速度检测的优点。
文档编号G01P1/00GK201749127SQ20102025544
公开日2011年2月16日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者杨斌, 颜毅林 申请人:瑞声微电子科技(常州)有限公司;瑞声声学科技(深圳)有限公司
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