CN107102169A - 加速度计 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加速度计，包括基座、两弹性部及两质量块。基座包括支撑部。各弹性部连接于支撑部。支撑部位于两质量块之间，两质量块分别连接于两弹性部，基座仅藉由支撑部支撑两弹性部及两质量块。两质量块适于产生运动而使两弹性部产生弹性变形。本发明可避免基座、质量块及弹性部存在非预期的内应力，而具有良好的加速度感测的准确性。

Description

加速度计

技术领域

本发明涉及一种惯性传感器，尤其涉及一种加速度计。

背景技术

近年来，受惠于智能型手机(smart phone)、平板电脑(tablet PC)及体感游戏机等相关电子产品的带动，使得微机电(MEMS)惯性传感器，例如加速度计(accelerometer)与陀螺仪(gyroscope)等，大量地应用于这些电子产品中，使其市场需求呈现逐年大幅度地成长。市场多方竞争之下，微机电惯性传感器相关应用产品对其质量的要求也随之提高。以压阻(piezo-resistive)式加速度计而言，是藉由其内结构的电阻变化量来测得装置的加速度。

具体而言，压阻式加速度计系藉其质量块的运动而使连接于基座与质量块之间的弹臂产生弹性变形，弹臂上的压阻组件因所述弹性变形而产生电阻变化量，据以达到感测加速度的目的。一般来说，质量块的相对两端分别通过弹臂而连接于基座，使质量块被基座支撑。此举使得质量块的所述两端皆非自由端，因而在一体化的基座、质量块及弹臂被制作出之后，其整体结构中会存在非预期的内应力，从而影响加速度感测的准确性。

发明内容

本发明提供一种加速度计，可避免基座、质量块及弹性部存在非预期的内应力，而具有良好的加速度感测的准确性。

本发明的加速度计包括基座、两弹性部及两质量块。基座包括支撑部。各弹性部连接于支撑部。支撑部位于两质量块之间，两质量块分别连接于两弹性部，基座仅藉由支撑部支撑两弹性部及两质量块。两质量块适于产生运动而使两弹性部产生弹性变形。

在本发明的一实施例中，上述的基座包括主体，主体具有开口，支撑部、两质量块及两弹性部位于开口内，开口的内壁连接于支撑部且分离于两质量块及两弹性部。

在本发明的一实施例中，上述的各质量块具有连接端，连接端连接于对应的弹性部，各质量块仅藉由连接端被基座支撑。

在本发明的一实施例中，上述的各弹性部包括多个弹臂，各弹臂连接于支撑部与对应的质量块之间。

在本发明的一实施例中，上述的各弹性部的这些弹臂至少部分地围绕对应的质量块。

在本发明的一实施例中，上述的各弹性部为弹臂，弹臂连接于支撑部与对应的质量块之间。

在本发明的一实施例中，上述的各质量块至少部分地围绕对应的弹臂。

在本发明的一实施例中，上述的各弹性部上具有多个感测组件，各感测组件适于感测对应的弹性部的弹性变形。

在本发明的一实施例中，上述的各感测组件为压阻(piezo-resistive)组件。

在本发明的一实施例中，上述的各弹性部上的这些感测组件分别适于感测对应的弹性部相关于第一运动方向(即X轴向)、第二运动方向(即Y轴向)及第三运动方向(即Z轴向)的弹性变形，第一运动方向、第二运动方向及第三运动方向相互垂直。

在本发明的一实施例中，上述的一弹性部上的这些感测组件对称于另一弹性部上的这些感测组件。

基于上述，在本发明的加速度计中，基座仅藉由位于两质量块之间的支撑部来支撑两质量块，使得各质量块仅一端通过弹性部而连接于基座，而非两端皆通过弹性部而连接于基座。藉此，各质量块具有自由端且各弹性部具有自由端，因而在一体化的基座、质量块及弹性部被制作出之后，其整体结构中的非预期的内应力可藉由所述自由端被释放，而不致因所述内应力影响加速度感测的准确性。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的加速度计的立体图；

图2是图1的加速度计的部分结构俯视图；

图3A是图1的加速度计沿第一运动方向(即X轴向)运动的部分结构立体图；

图3B是图1的加速度计沿第二运动方向(即Y轴向)运动的部分结构立体图；

图3C是图1的加速度计沿第三运动方向(即Z轴向)运动的部分结构立体图；

图4A至图4C是图2的感测组件的示意图；

图5是本发明另一实施例的加速度计的部分结构立体图；

图6是图5的加速度计的部分结构俯视图；

图7A是图5的加速度计沿第一运动方向(即X轴向)运动的部分结构立体图；

图7B是图5的加速度计沿第二运动方向(即Y轴向)运动的部分结构立体图；

图7C是图5的加速度计沿第三运动方向(即Z轴向)运动的部分结构立体图；

图8A至图8C是图6的感测组件的示意图；

图9A至图9F是图1的加速度计的制造流程图。

附图标记：

30：覆盖结构

40：接垫

50：基材

62：压阻材料

64：重掺杂导线

70、90：绝缘层

80：图案化线路层

100、200：加速度计

110：基座

112：主体

112a：开口

114、214：支撑部

120、220：弹性部

122：弹臂

122a、130a、220a、230a：连接端

122b、130b、220b、230b：自由端

130、230：质量块

RX1、RX2、RX3、RX4、RY1、RY2、RY3、RY4、RZ1、RZ2、RZ3、RZ4、RX1’、RX2’、RX3’、RX4’、RY1’、RY2’、RY3’、RY4’、RZ1’、RZ2’、RZ3’、RZ4’、RN：感测组件

V_out-x、V_out-y、V_out-z、V_out-x’、V_out-y’、V_out-z’：感测电压

Vx、Vx’、Vy、Vy’、Vz、Vz’：输入电压

X：第一运动方向

Y：第二运动方向

Z：第三运动方向

具体实施方式

图1是本发明一实施例的加速度计的立体图。请参考图1，本实施例的加速度计100例如是微机电制程所制作出的三轴加速度计，包括基座110、两弹性部120及两质量块130。基座110包括主体112及支撑部114。支撑部114位于两质量块130之间，各弹性部120具有连接端122a，各弹性部120藉其连接端122a连接于支撑部114，各质量块130具有连接端130a，各连接端130a连接于对应的弹性部120。两质量块130适于产生运动而使两弹性部120产生弹性变形。

在本实施例中，基座110的主体112具有开口112a，支撑部114、两质量块130及两弹性部120位于开口112a内，开口112a的内壁连接于支撑部114且分离于两质量块130及两弹性部120。即，基座110仅藉由位于两质量块130之间的支撑部114支撑两弹性部120及两质量块130，各质量块130仅藉由连接端130a被基座110支撑。如此一来，各质量块130仅一端(即所述连接端130a)通过弹性部120而连接于基座110，而非两端皆通过弹性部130而连接于基座110。藉此，各质量块130具有自由端130b且各弹性部120具有自由端122b，因而在一体化的基座110、质量块130及弹性部120被制作出之后，其整体结构中之非预期的内应力可藉由所述自由端130b及所述自由端122b被释放，而不致因所述内应力影响加速度感测的准确性。

图2是图1的加速度计的部分结构俯视图。如图2所示，各弹性部120上具有多个感测组件(标示为感测组件RX1、感测组件RX2、感测组件RX3、感测组件RX4、感测组件RY1、感测组件RY2、感测组件RY3、感测组件RY4、感测组件RZ1、感测组件RZ2、感测组件RZ3、感测组件RZ4)，图2所示的这些感测组件在弹性部120上的配置位置仅为示意，其可为其他适当相对位置。各感测组件适于感测对应的弹性部120的弹性变形。具体而言，各感测组件例如是压阻组件，弹性部120的弹性变形会使各压阻组件产生电阻变化量以达到感测效果，进而计算出装置的加速度。以下对此详细说明。

请参考图2，一弹性部120上的感测组件RX1、感测组件RX2、感测组件RY1、感测组件RY2、感测组件RZ1、感测组件RZ2对称于另一弹性部120上的感测组件RX3、感测组件RX4、感测组件RY3、感测组件RY4、感测组件RZ3、感测组件RZ4。感测组件RX1、感测组件RX2、感测组件RX3、感测组件RX4构成一组惠司同电桥而适于感测对应的弹性部120相关于第一运动方向(即X轴向)的弹性变形，感测组件RY1、感测组件RY2、感测组件RY3、感测组件RY4构成一组惠司同电桥而适于感测对应的弹性部120相关于第二运动方向(即Y轴向)的弹性变形，感测组件RZ1、感测组件RZ2、感测组件RZ3、感测组件RZ4构成一组惠司同电桥而适于感测对应的弹性部120相关于第三运动方向(即Z轴向)的弹性变形，并进行三轴的感测以计算出准确的加速度值。所述第一运动方向、第二运动方向及第三运动方向相互垂直。以下分别就不同运动方向具体说明感测组件的感测原理。

图3A是图1的加速度计沿第一运动方向(即X轴向)运动的部分结构立体图。图3B是图1的加速度计沿第二运动方向(即Y轴向)运动的部分结构立体图。图3C是图1的加速度计沿第三运动方向(即Z轴向)运动的部分结构立体图。图4A至图4C是图2的感测组件的示意图，其中Vx、Vy、Vz为输入电压。当图1的加速度计100沿第一运动方向X(标示于图3A)移动而使各质量块130如图3A所示运动时，各弹性部120随之产生弹性变形而如图4A所示使感测组件RX1、感测组件RX2产生负值的电阻变化量，且使感测组件RX3、感测组件RX4产生正值的电阻变化量，从而在X+与X-之间输出感测电压V_out-x并据以获致装置沿第一运动方向X的加速度。

类似地，当图1的加速度计100沿垂直于第一运动方向X的第二运动方向Y(标示于图3B)移动而使各质量块130如图3B所示运动时，各弹性部120随之产生弹性变形而如图4B所示使感测组件RY1、感测组件RY2产生负值的电阻变化量，且使感测组件RY3、感测组件RY4产生正值的电阻变化量，从而在Y+与Y-之间输出感测电压V_out-y并据以获致装置沿第二运动方向Y的加速度。

类似地，当图1的加速度计100沿垂直于第一运动方向X及第二运动方向Y的第三运动方向Z(标示于图3C)移动而使各质量块130如图3C所示运动时，各弹性部120随之产生弹性变形而如图4C所示使感测组件RZ2、感测组件RZ3产生负值的电阻变化量，且使感测组件RZ1、感测组件RZ4产生正值的电阻变化量，从而在Z+与Z-之间输出感测电压V_out-z并据以获致装置沿第三运动方向Z的加速度。

请参考图2，本实施例的各弹性部120上更具有感测组件RN，感测组件RN例如不用以进行感测，而是用以与其他感测组件形成结构上的对称关系，使整体结构较为平衡。在其他实施例中，亦可不配置感测组件RN。

在本实施例中，各弹性部120包括多个弹臂122，各弹臂122连接于支撑部114与对应的质量块130之间，且这些弹臂122至少部分地围绕对应的质量块130。然本发明不对弹性部的弹臂数量及其与质量块的相对位置加以限制，以下藉由图式对此加以说明。

图5是本发明另一实施例的加速度计的部分结构立体图。在图5的加速度计200中，支撑部214、弹性部220、质量块230、连接端230a、自由端230b、连接端220a、自由端220b的配置与作用方式类似图1的支撑部114、弹性部120、质量块130、连接端130a、自由端130b、连接端122a、自由端122b的配置与作用方式，于此不再赘述。加速度计200与加速度计100的不同处在于，各弹性部220为弹臂，此弹臂连接于支撑部214与对应的质量块230之间，各质量块230至少部分地围绕对应的弹臂。

图6是图5的加速度计的部分结构俯视图。如图6所示，各弹性部220上具有多个感测组件(标示为感测组件RX1’、感测组件RX2’、感测组件RX3’、感测组件RX4’、感测组件RY1’、感测组件RY2’、感测组件RY3’、感测组件RY4’、感测组件RZ1’、感测组件RZ2’、感测组件RZ3’、感测组件RZ4’)，图5所示的这些感测组件在弹性部220上的配置位置仅为示意，其可为其他适当相对位置。各感测组件适于感测对应的弹性部220的弹性变形。具体而言，各感测组件例如是压阻组件，弹性部220的弹性变形会使各压阻组件产生电阻变化量以达到感测效果，进而计算出装置的加速度。以下对此详细说明。

请参考图6，一弹性部220上的感测组件RX1’、感测组件RX2’、感测组件RY1’、感测组件RY2’、感测组件RZ1’、感测组件RZ2’对称于另一弹性部220上的感测组件RX3’、感测组件RX4’、感测组件RY3’、感测组件RY4’、感测组件RZ3’、感测组件RZ4’。感测组件RX1’、感测组件RX2’、感测组件RX3’、感测组件RX4’构成一组惠司同电桥而适于感测对应的弹性部220相关于第一运动方向(即X轴向)的弹性变形，感测组件RY1’、感测组件RY2’、感测组件RY3’、感测组件RY4’构成一组惠司同电桥而适于感测对应的弹性部220相关于第二运动方向(即Y轴向)的弹性变形，感测组件RZ1’、感测组件RZ2’、感测组件RZ3’、感测组件RZ4’构成一组惠司同电桥而适于感测对应的弹性部120相关于第三运动方向(即Z轴向)的弹性变形，并进行三轴的感测以计算出准确的加速度值。所述第一运动方向、第二运动方向及第三运动方向相互垂直。以下分别就不同运动方向具体说明感测组件的感测原理。

图7A是图5的加速度计沿第一运动方向运动的部分结构立体图。图7B是图5的加速度计沿第二运动方向运动的部分结构立体图。图7C是图5的加速度计沿第三运动方向运动的部分结构立体图。图8A至图8C是图6的感测组件的示意图，其中Vx’、Vy’、Vz’为输入电压。当图5的加速度计200沿第一运动方向X(标示于图7A)移动而使各质量块230如图7A所示运动时，各弹性部220随之产生弹性变形而如图8A所示使感测组件RX1’、感测组件RX2’产生负值的电阻变化量，且使感测组件RX3’、感测组件RX4’产生正值的电阻变化量，从而在X+与X-之间输出感测电压V_out-x’并据以获致装置沿第一运动方向X的加速度。

类似地，当图5的加速度计200沿垂直于第一运动方向X的第二运动方向Y(标示于图7B)移动而使各质量块230如图7B所示运动时，各弹性部220随之产生弹性变形而如图8B所示使感测组件RY1’、感测组件RY3’产生负值的电阻变化量，且使感测组件RY2’、感测组件RY4’产生正值的电阻变化量，从而在Y+与Y-之间输出感测电压V_out-y’并据以获致装置沿第二运动方向Y的加速度。

类似地，当图5的加速度计200沿垂直于第一运动方向X及第二运动方向Y的第三运动方向Z(标示于图7C)移动而使各质量块230如图7C所示运动时，各弹性部220随之产生弹性变形而如图8C所示使感测组件RZ1’、感测组件RZ4’产生负值的电阻变化量，且使感测组件RZ2’、感测组件RZ3’产生正值的电阻变化量，从而在Z+与Z-之间输出感测电压V_out-z’并据以获致装置沿第三运动方向Z的加速度。

以下将以图1所示加速度计100为例，说明其制造流程。图9A至图9F是图1的加速度计的制造流程图，其对应于图1的加速度计100沿I-I线的剖面。首先，如图9A所示在基材50上形成感测组件(显示出感测组件RY3、感测组件RY4)，各感测组件由压阻材料62及位于压阻材料62两侧的两重掺杂导线64所构成。接着，如图9B所示在基材50上形成绝缘层70，绝缘层70覆盖压阻材料62及重掺杂导线64。如图9C所示将绝缘层70图案化以暴露重掺杂导线64，并在绝缘层70上形成图案化线路层80，图案化线路层80连接重掺杂导线64。如图9D所示在绝缘层70上形成另一绝缘层90，绝缘层90覆盖图案化线路层80。如图9E所示形成接垫40于图案化线路层80被绝缘层90暴露的部分，以藉接垫40与外部进行电性连接。此外，如图9E所示移除基材50的部分结构，以形成所述弹臂122、质量块130及主体112。另外，更可在图9E所示结构的上侧及下侧形成图9F所示的覆盖结构30，以将弹臂122及质量块130隐藏于两覆盖结构30之间。

综上所述，在本发明的加速度计中，基座仅藉由位于两质量块之间的支撑部来支撑两质量块，使得各质量块仅一端通过弹性部而连接于基座，而非两端皆通过弹性部而连接于基座。藉此，各质量块具有自由端且各弹性部具有自由端，因而在一体化的基座、质量块及弹性部被制作出之后，其整体结构中的非预期的内应力可藉由所述自由端被释放，而不致因所述内应力影响加速度感测的准确性。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的改动与润饰，故本发明的保护范围当所附权利要求界定范围为准。

Claims (11)

1.一种加速度计，其特征在于，包括：

基座，包括支撑部；

两弹性部，各所述弹性部连接于所述支撑部；以及

两质量块，所述支撑部位于所述两质量块之间，所述两质量块分别连接于所述两弹性部，所述基座仅藉由所述支撑部支撑所述两弹性部及所述两质量块，所述两质量块适于产生运动而使所述两弹性部产生弹性变形。

2.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述基座包括主体，所述主体具有开口，所述支撑部、所述两质量块及所述两弹性部位于所述开口内，所述开口的内壁连接于所述支撑部且分离于所述两质量块及所述两弹性部。

3.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，各所述质量块具有连接端，所述连接端连接于对应的所述弹性部，各所述质量块仅藉由所述连接端被所述基座支撑。

4.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，各所述弹性部包括多个弹臂，各所述弹臂连接于所述支撑部与对应的所述质量块之间。

5.根据权利要求4所述的加速度计，其特征在于，各所述弹性部的所述多个弹臂至少部分地围绕对应的所述质量块。

6.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，各所述弹性部为弹臂，所述弹臂连接于所述支撑部与对应的所述质量块之间。

7.根据权利要求6所述的加速度计，其特征在于，各所述质量块至少部分地围绕对应的所述弹臂。

8.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，各所述弹性部上具有多个感测组件，各所述感测组件适于感测对应的所述弹性部的弹性变形。

9.根据权利要求8所述的加速度计，其特征在于，各所述感测组件为压阻组件。

10.根据权利要求8所述的加速度计，其特征在于，各所述弹性部上的所述多个感测组件分别适于感测对应的所述弹性部相关于第一运动方向、第二运动方向及第三运动方向的弹性变形，所述第一运动方向、所述第二运动方向及所述第三运动方向相互垂直。

11.根据权利要求8所述的加速度计，其特征在于，一所述弹性部上的所述多个感测组件对称于另一所述弹性部上的所述多个感测组件。