專利名稱：具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)(MEMS)加速度計。
背景技術：
現(xiàn)有技術的微機電系統(tǒng)(MEMS)加速度計大多數(shù)僅能偵測同平面(in-plane，X-Y 維度)或出平面(out-of-plane，Z維度)兩者之一的速度變化，并不能同時偵測三維的速度變化。因此，需要一種能偵測三維的速度變化的三軸微機電系統(tǒng)加速計。此外，在目前微機電系統(tǒng)加速計的封裝制程中，整體元件將會受到高溫，因此必須適當設計其結構，以避免產(chǎn)生局部剝離、變形、或其它結構受損的問題，此種問題會造成微機電系統(tǒng)加速計在制造上與應用上的損失與錯誤。有鑒于此，本發(fā)明即針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一在于克服現(xiàn)有技術的不足與缺陷，提出一種具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)(MEMS)加速度計。為達上述目的，就其中一個觀點言，本發(fā)明提供了一種具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，設置于一基板上，包含多個彈簧，其中，每一彈簧包括一彈簧固定錨部 (anchor)，固定于該基板；一彈簧可動部，其具有一固定于該彈簧固定錨部的彈簧固定端 (fixed end)；以及一懸浮于該基板上方的一彈簧自由端(free end)；其中，該彈簧可動部為一反復折繞結構，其結構大致為一多邊形圖案，該彈簧固定端位于該多邊形圖案的一側邊上中間三分之一邊長的范圍內(nèi)；該彈簧自由端位于該多邊形圖案的該彈簧固定端對邊上中間三分之一邊長的范圍內(nèi)；一質(zhì)量塊(proof mass)，其具有多個接點，分別與對應的彈簧中的彈簧自由端連接；以及多個同平面(in-plane)感測電極區(qū)，其中，每一同平面感測電極區(qū)包括至少一定子(stator)，固定于該基板，其具有一定子固定錨部(anchor)，固定于該基板；多個定子金屬層，固定于該定子固定錨部；以及至少一定子支撐栓，以連接相鄰的定子金屬層；以及至少一動子(rotor)，連接于該質(zhì)量塊，其具有多個動子金屬層，連接于該質(zhì)量塊；以及至少一動子支撐栓，以連接相鄰的動子金屬層。上述具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中每一彈簧更包括一穩(wěn)定段 (sector)，用以連接該彈簧自由端以及該質(zhì)量塊，其設置于與該自由端同一側邊，該穩(wěn)定段的寬度大于該彈簧自由端。上述具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中該定子中的最上層定子金屬層及/或最下層定子金屬層包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該定子支撐栓連接至相鄰的定子金屬層。上述具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中該動子中的最上層動子金屬層及/或最下層動子金屬層包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該動子支撐栓連接至相鄰的金屬層。就另一個觀點言，本發(fā)明提供了一種具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計， 設置于一基板上，包含多個彈簧，其中，每一彈簧包括一彈簧固定錨部，固定于該基板； 一彈簧可動部，其具有一固定于該彈簧固定錨部的彈簧固定端與一懸浮于該基板上方的一彈簧自由端，一質(zhì)量塊，其具有多個接點，分別與對應的彈簧中的彈簧自由端連接；以及多個同平面感測電極區(qū)，其中，每一同平面感測電極區(qū)包括至少一定子，固定于該基板，其具有一定子固定錨部，固定于該基板；多個定子金屬層，固定于該定子固定錨部；以及至少一定子支撐栓，以連接相鄰的定子金屬層；以及至少一動子，連接于該質(zhì)量塊，其具有多個動子金屬層，連接于該質(zhì)量塊；以及至少一動子支撐栓，以連接相鄰的動子金屬層，其中， 該動子的最上層動子金屬層及/或最下層動子金屬層包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該至少一動子支撐栓連接至相鄰的動子金屬層。上述三維信息產(chǎn)生方法中，該投射一掃描光束的步驟包括發(fā)射一線狀光束；以及以微機電系統(tǒng)(MEMS)鏡反射該線狀光束至該待測物，并通過該微機電系統(tǒng)鏡的鏡面的一維轉(zhuǎn)動使其反射的光束成為前述掃描光束。上述具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中該定子中的最上層定子金屬層或最下層定子金屬層包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該至少一定子支撐栓連接至相鄰的定子金屬層。再就另一個觀點言，本發(fā)明提供了一種具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，設置于一基板上，包含多個彈簧，其中，每一彈簧包括一彈簧固定錨部，固定于該基板；一彈簧可動部，其具有一固定于該彈簧固定錨部的彈簧固定端與一懸浮于該基板上方的一彈簧自由端，一質(zhì)量塊，其具有多個接點，分別與對應的彈簧中的彈簧自由端連接；以及多個同平面感測電極區(qū)，其中，每一同平面感測電極區(qū)包括至少一定子，固定于該基板， 其具有一定子固定錨部，固定于該基板；多個定子金屬層，固定于該定子固定錨部；以及至少一定子支撐栓，以連接相鄰的定子金屬層；以及至少一動子，連接于該質(zhì)量塊，其具有 多個動子金屬層，連接于該質(zhì)量塊；以及至少一動子支撐栓，以連接相鄰的動子金屬層，其中，該定子的最上層定子金屬層及/或最下層定子金屬層包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該至少一定子支撐栓連接至相鄰的定子金屬層。上述具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中該動子包含較寬的加強梁部與較細的電極部，以增強該動子結構強度。上述具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中該動子的加強梁部由上視圖視之為一 I字形、一 II字形、或一王字形。上述具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中該加速度計更包含一出平面 (out-of-plane)感測電極區(qū)，該出平面感測電極區(qū)包括一 Z軸定子，固定于該基板；以及至少一 Z軸動子，連接于該質(zhì)量塊，其具有多個Z軸動子金屬層，連接于該質(zhì)量塊；以及至少一 Z軸動子支撐栓，以連接相鄰的Z軸動子金屬層。上述具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中該Z軸動子中的最上層Z軸動子金屬層及/或最下層Z軸動子金屬層包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該至少一 Z軸動子支撐栓連接至相鄰的Z軸動子金屬層。上述具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中由上視圖視之，該Z軸動子包含互相垂直的延伸金屬段。上述具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中該定子大體呈線段形狀，其定子固定錨部位于該線段較靠近該質(zhì)量塊的一端。下面通過具體實施例詳加說明，當更容易了解本發(fā)明的目的、技術內(nèi)容、特點及其所達成的功效。
圖1顯示微機電系統(tǒng)(MEMS)加速度計的上視示意圖；圖2A與圖2B，顯示彈簧11的結構示意圖；圖3標出質(zhì)量塊12的上視示意圖；圖4A顯示同平面感測電極區(qū)13的上視圖；圖4B顯示同平面感測電極區(qū)13的立體圖；圖5A顯示出平面感測電極區(qū)14的上視圖；圖5B顯示圖5A中AB切線的剖面圖；圖5C顯示出平面感測電極區(qū)14的立體圖；圖6A-6C顯示本發(fā)明的第二實施例；
圖7A-7C顯示本發(fā)明的第三實施例；圖8A-8B顯示本發(fā)明的第四實施例；圖9A-9B顯示本發(fā)明的第五實施例；圖10A-10C顯示本發(fā)明的第六實施例；圖1IA-IIB顯示本發(fā)明的第七實施例；圖12A-12B顯示本發(fā)明的第八實施例；圖13A-13C顯示本發(fā)明的第九實施例；圖14A-14B顯示本發(fā)明的第十實施例；圖15A-15B顯示本發(fā)明的第i^一實施例；圖16A-16B顯示本發(fā)明的第十二實施例；圖17A-17B顯示本發(fā)明的第十三實施例；圖18A-18C顯示本發(fā)明的第十四實施例；圖19顯示本發(fā)明的第十五實施例。圖中符號說明1、3、4、5、6、7微機電系統(tǒng)加速度計11、15 彈簧111、151彈簧固定錨部112、152彈簧可動部153穩(wěn)定段114、154彈簧固定端116、156彈簧自由端12質(zhì)量塊121質(zhì)量塊接點
13、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26 同平面感測電極區(qū)131、141、191、201、211、221、231、241、251、261 定子132、142、162、172、182、222、232、242、252、262 動子133、143、193、203、213、223 定子固定錨部134、144、164、174、184 最下層動子金屬層135、195、205、215、225 最下層定子金屬層136、146、166、176、186、226 動子支撐栓137、197、207、217、227 定子支撐栓138、148、168、178、188、228 最上層動子金屬層139、199、209、219、229 最上層定子金屬層14、27、28出平面感測電極區(qū)2 基板274、284最下層Z軸動子金屬層276、286Z軸動子支撐栓278、288最上層Z軸動子金屬層
具體實施例方式本發(fā)明中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間的功能作用關系，至于形狀、厚度與寬度則并未依照比例繪制。圖1顯示三軸微機電系統(tǒng)(MEMS)加速度計的上視示意圖，該微機電系統(tǒng)加速度計1包含彈簧(spring) 11、質(zhì)量塊(proof mass) 12、同平面感測電極區(qū)(sense electrode) 13、以及出平面感測電極區(qū)14。請繼續(xù)參閱圖2A與圖2B，顯示彈簧11的結構示意圖；其中，每一彈簧11包括彈簧固定錨部(anchor) 111，固定于基板2 ；以及與彈簧固定錨部111連接的彈簧可動部112。如圖2A所示，彈簧可動部112從上視圖視之，經(jīng)反復折繞后總體大致為多邊形結構，其具有彈簧固定端(fixed end) 114與彈簧自由端(free end) 116，其中彈簧固定端114固定于彈簧固定錨部111，而彈簧自由端116則懸浮于基板2 上方。如圖1所示，質(zhì)量塊12的四個接點121分別與四個彈簧11的彈簧自由端116與連接，使質(zhì)量塊12可在空間中各方向移動，質(zhì)量塊12的上視示意圖如圖3所示，其中例如可安排若干開孔，以減少質(zhì)量塊12的質(zhì)量，及便利制程中蝕刻質(zhì)量塊12的下方材料。圖4A顯示同平面感測電極區(qū)13的上視圖，每一個同平面感測電極區(qū)13包含多個X或Y軸定子(Stator) 131與一 X或Y軸動子(rotor) 132。請參考圖4B，定子固定錨部 (anchor) 133固定于基板2 ；最下層定子金屬層135與定子固定錨部133連接；多個定子支撐栓137分別連接各上下相鄰的定子金屬層，直到最上層定子金屬層139。動子132連接至質(zhì)量塊12，以隨質(zhì)量塊12在空間中移動，當質(zhì)量塊12的移動造成定子131與動子132在 X或Y軸上的距離改變時，即可通過偵測其間的電容值改變來計算出X或Y軸上的加速度。 如圖4B所示，最下層動子金屬層134由多個動子支撐栓136連接至上一層動子金屬層，直到最上層動子金屬層138。圖5A顯示出平面感測電極區(qū)14的上視圖，出平面感測電極區(qū)14包含多個Z軸定子141與多個Z軸動子142。請參考圖5B與圖5C，圖5B顯示圖5A中AB切線的剖面圖。其中，定子固定錨部143固定于基板2 ；定子導體層145與定子固定錨部143連接，其中定子導體層145例如可以是金屬或復晶硅。動子142連接至質(zhì)量塊接點121，以隨質(zhì)量塊12在空間中移動，當質(zhì)量塊12的移動造成定子141與動子142在Z軸上的距離改變時，即可通過偵測其間的電容值改變來計算出Z軸上的加速度。如圖5B及5C所示，最下層動子金屬層144由多個動子支撐栓146連接至上一層動子金屬層，直到最上層動子金屬層148。本實施例中定子導體層145位于基板2上方的一層材料層，但亦可使用基板2本身的植入?yún)^(qū)作為定子導體層145。請參閱圖6A-6C，顯示本發(fā)明另一實施例，本實施例針對三軸微機電系統(tǒng)加速度計的彈簧結構提出更佳的設計。本實施例的微機電系統(tǒng)(MEMS)加速度計3，其例如包含四組但不必須為四組彈簧15 ；質(zhì)量塊(proof mass) 12，其具有四個接點121，分別與四組彈簧15 連接；以及多個同平面感測電極區(qū)13和多個出平面感測電極區(qū)14，其中同平面感測電極區(qū) 13和出平面感測電極區(qū)14與前一實施例相同，可參閱圖4A-4B，5A-5C。本實施例中，每一彈簧15包括彈簧固定錨部151，固定于基板2 ；以及彈簧可動部152，其具有固定于彈簧固定錨部151的彈簧固定端154，和懸浮于基板2上方的彈簧自由端156。請同時參考圖6B 與6C，顯示單一彈簧15。其中，彈簧可動部152為一反復折繞結構，其結構大致為一多邊形圖案，例如但不限于為方形，與前一實施例不同的是，彈簧固定端154不位于靠近該多邊形圖案角落的位置，而是距離角落一段距離，例如位于該多邊形圖案的一側邊上中間三分之一邊長的范圍內(nèi)，此范圍如圖6B中的兩虛線間的區(qū)域；彈簧自由端156則位于該多邊形圖案的彈簧固定端154對邊上，同樣也不位于靠近該多邊形圖案角落的位置，而是距離角落一段距離，例如位于中間三分之一邊長的范圍內(nèi)。此設計的目的在于使彈簧固定端154和彈簧自由端156在X或Y軸上靠近，以減少應力對整體彈簧所造成的影響。彈簧15的彈簧自由端156可以直接與質(zhì)量塊12連接(例如使接點121更加延伸)，或如圖所示彈簧15可以更包括一個較寬的穩(wěn)定段(sector) 153，用以連接彈簧自由端156以及質(zhì)量塊12，穩(wěn)定段 153設置于與自由端154同一側邊，且穩(wěn)定段153的寬度大于彈簧自由端156。除針對彈簧結構提出更佳設計之外，本發(fā)明另也發(fā)現(xiàn)，如減少結構中最上層及/ 或最下層的連續(xù)長度，可以減少應力對該結構的影響。請參閱圖7A-7C，顯示本發(fā)明的第三實施例，本實施例的微機電系統(tǒng)加速度計4與第一實施例不同之處在于本實施例的同平面感測電極區(qū)16中，動子162的最上層動子金屬層168包含多個獨立金屬段，如圖7B-7C 所示，該些獨立金屬段由多個動子支撐栓166連接至相鄰的動子金屬層，直到最下層動子金屬層164。此設計的目的在于減少最上層動子金屬層168的連續(xù)長度，以減少應力對動子結構的影響。另外，本實施例的彈簧11與第一實施例相同，但當然，根據(jù)本發(fā)明概念，亦可以采用與第二實施例相同的彈簧15。圖8A-8B標出本發(fā)明的第四實施例，本實施例舉例示出另一同平面感測電極區(qū) 17，其中，同平面感測電極區(qū)17包含一動子172，其最下層動子金屬層174包含多個獨立金屬段，如圖8B所示，該些獨立金屬段由多個動子支撐栓176連接至相鄰的動子金屬層，直到最上層動子金屬層178。圖9A-9B標出本發(fā)明的第五實施例，本實施例舉例示出又一同平面感測電極區(qū) 18，其中，同平面感測電極區(qū)18包含一動子182，其最上層動子金屬層188與最下層動子金屬層184各自包含多個獨立金屬段，如圖9B所示，該些獨立金屬段由多個動子支撐栓186連接至相鄰的動子金屬層，自最下層動子金屬層184直到最上層動子金屬層188。第三至第五實施例意在說明，如減少動子結構中最上層及/或最下層的連續(xù)長度，可以減少應力對該結構的影響。圖10A-10C標出本發(fā)明的第六實施例，本實施例的微機電系統(tǒng)加速度計5，其與第三至第五實施例不同之處在于本實施例是減少定子結構中最上層的連續(xù)長度。如圖所示， 本實施例的同平面感測電極區(qū)19中，每一定子191的最上層定子金屬層199包含多個獨立金屬段，如圖IOB與IOC所示，該些獨立金屬段由多個定子支撐栓197連接至相鄰的定子金屬層，直到最下層定子金屬層195，且最下層定子金屬層195由定子固定錨部193，固定于基板2。其中，如圖IOB所示，每一定子191大體呈線段形狀，且其定子固定錨部193可以為一個或多個，當每一定子191的固定錨部193只有一個時，其位于該線段較靠近質(zhì)量塊12的一端。另外，本實施例的彈簧11與第一實施例相同，當然，根據(jù)本發(fā)明概念，亦可以采用與第二實施例相同的彈簧15。圖11A-11B標出本發(fā)明的第七實施例，本實施例舉例示出另一同平面感測電極區(qū) 20，其中，同平面感測電極區(qū)20包含多個定子201，其最下層定子金屬層205包含多個獨立金屬段，如圖IlB所示，該些獨立金屬段由多個定子支撐栓207連接至相鄰的定子金屬層， 直到最上層定子金屬層209。圖12A-12B標出本發(fā)明的第八實施例，本實施例舉例示出又一同平面感測電極區(qū) 21，其中，同平面感測電極區(qū)21包含一定子211，其最上層定子金屬層219與最下層定子金屬層215各自包含多個獨立金屬段，如圖12B所示，該些獨立金屬段由多個定子支撐栓217 連接至相鄰的定子金屬層，自最下層定子金屬層215直到最上層定子金屬層219。第六至第八實施例意在說明，如減少定子結構中最上層及/或最下層的連續(xù)長度，可以減少應力對該結構的影響。圖13A-13C標出本發(fā)明的第九實施例，本實施例的微機電系統(tǒng)加速度計6，其同平面感測電極區(qū)22中，動子結構與定子結構的最上層皆分為多個獨立金屬段，以減少其連續(xù)長度。如圖13A-13C所示，每一定子221的最上層定子金屬層229包含多個獨立金屬段，如圖13B所示，該些獨立金屬段由多個定子支撐栓227連接至相鄰的定子金屬層，直到最下層定子金屬層225，且最下層定子金屬層225由定子固定錨部223，固定于基板2。另外，動子 222的最上層動子金屬層228包含多個獨立金屬段，如圖13C所示，該些獨立金屬段由多個動子支撐栓226連接至相鄰的動子金屬層，直到最下層動子金屬層224。其中，每一定子221 大體呈線段形狀，如圖13B所示，其定子固定錨部223可以為一個或多個，當每一定子221 的固定錨部223只有一個時，其宜位于該線段較靠近質(zhì)量塊12的一端。另外，本實施例的定子221，亦可以由圖IlB的定子201或圖12B的定子211取代；并且，本實施例的動子222， 亦可以由圖8B的動子172或圖9B的動子182取代。而且，本實施例的彈簧15亦可以由彈簧11取代。圖14A-14B標出本發(fā)明的第十實施例，此實施例舉例示出另一種同平面感測電極區(qū)23的上視圖，同平面感測電極區(qū)23包含多個定子231以及一動子232。本實施例的特點在于加強了動子232的結構，如圖14B所示，動子232除包含較細的電極部236外，更包含較寬的加強梁部234以增強動子232結構強度，且動子232的加強梁部234由上視圖視之為一 I字形。其中，定子231和動子232的剖面結構可為如前述第三至第九任何一個實施例的結構，舉例而言，定子231的最上層定子金屬層及/或最下層定子金屬層可包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該至少一定子支撐栓連接至相鄰的定子金屬層。另外，動子 232最上層動子金屬層及/或最下層動子金屬層亦可包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該至少一動子支撐栓連接至相鄰的動子金屬層。圖15A-15B標出本發(fā)明的第i^一實施例，此實施例舉例示出又一種同平面感測電極區(qū)24的上視圖，同平面感測電極區(qū)24包含多個定子241以及一動子242，動子242如圖 15B所示，包含較寬的加強梁部244與較細的電極部246，以增強動子242結構強度，且動子 242的加強梁部244由上視圖視之為一 I字形。與前一實施例不同的是，定子231的最上層定子金屬層及最下層定子金屬層為單一連續(xù)金屬段，連續(xù)金屬段由至少一定子支撐栓連接至相鄰的定子金屬層。并且，動子242最上層動子金屬層及最下層動子金屬層為單一連續(xù)金屬段，連續(xù)金屬段由至少一動子支撐栓連接至相鄰的動子金屬層。圖16A-16B標出本發(fā)明的第十二實施例，此實施例舉例示出再一種同平面感測電極區(qū)25的上視圖，同平面感測電極區(qū)25包含多個定子251以及一動子252，動子252如圖 16B所示，包含較寬的加強梁部254與較細的電極部256，以增強動子252結構強度，且動子 252的加強梁部254由上視圖視之為一 II字形。圖17A-17B標出本發(fā)明的第十三實施例，此實施例舉例示出再又一種同平面感測電極區(qū)26的上視圖，同平面感測電極區(qū)26包含多個定子261以及一動子262，動子262如圖17B所示，包含較寬的加強梁部264與較細的電極部266，以增強動子262結構強度，且動子262的加強梁部264由上視圖視之為一王字形。以上第十至第十三實施例顯示，可使用各種形式的加強梁部結構來增強動子262 結構強度，其中所述I字形、II字形、王字形等僅為舉例。圖18A-18C標出本發(fā)明的第十四實施例，本實施例的微機電系統(tǒng)加速度計7與第一實施例不同之處在于本實施例的出平面感測電極區(qū)中，如圖18A-18C所示，每一 Z軸動子27的最上層Z軸動子金屬層278包含多個獨立金屬段，如圖18B所示，該些獨立金屬段由多個Z軸動子支撐栓276連接至相鄰的Z軸動子金屬層，直到最下層Z軸動子金屬層274。 另外，本實施例的彈簧11亦可以由彈簧15取代；同平面感測電極區(qū)13亦可以由同平面感測電極區(qū) 16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、或 26 來取代。圖19標出本發(fā)明的第十五實施例，本實施例舉例說明另一種出平面感測電極區(qū)的Z軸動子28，其最上層Z軸動子金屬層288與最下層Z軸動子金屬層284各自包含多個獨立金屬段，如圖所示，該些獨立金屬段由多個Z軸動子支撐栓286連接至相鄰的Z軸動子金屬層，自最下層Z軸動子金屬層284直到最上層Z軸動子金屬層288。各獨立金屬段由多個Z軸動子支撐栓286連接至相鄰的Z軸動子金屬層，直到最上層Z軸動子金屬層288。 以上第十四至第十五實施例意在說明，如減少Z軸動子中最上層及/或最下層的連續(xù)長度， 可以減少應力對該結構的影響。以上已針對較佳實施例來說明本發(fā)明，只是以上所述，僅為使本領域技術人員易于了解本發(fā)明的內(nèi)容，并非用來限定本發(fā)明的權利范圍。在本發(fā)明的相同精神下，本領域技術人員可以思及各種等效變化。例如，本發(fā)明的金屬層不限于四層，可為其它多層；再如，支撐栓部不限于圓柱形或立方矩形，亦可以為一排連續(xù)支柱狀；又如，彈簧亦可以由多個金屬層所構成。此外，同平面感測電極區(qū)13和出平面感測電極區(qū)14的位置可以對調(diào)；彈簧可設置在質(zhì)量塊12的四邊而非四角；各結構部份的形狀不限于實施例所示而可以改變，例如質(zhì)量塊12不限于為方形等等。因此，本發(fā)明的范圍應涵蓋上述及其它所有等效變化。
權利要求
1.一種具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，設置于一基板上，其特征在于，包含多個彈簧，其中，每一彈簧包括 一彈簧固定錨部，固定于該基板； 一彈簧可動部，其具有 一固定于該彈簧固定錨部的彈簧固定端；以及一懸浮于該基板上方的一彈簧自由端；其中，該彈簧可動部為一反復折繞結構，其結構大致為一方形圖案，該彈簧固定端不位于靠近該多邊形圖案角落的位置；該彈簧自由端位于該多邊形圖案的該彈簧固定端對邊上，但也不位于靠近該多邊形圖案角落的位置；一質(zhì)量塊，其具有多個接點，分別與對應的彈簧中的彈簧自由端連接；以及多個同平面感測電極區(qū)，其中，每一同平面感測電極區(qū)包括至少一定子，固定于該基板，其具有一定子固定錨部，固定于該基板；多個定子金屬層，固定于該定子固定錨部；以及至少一定子支撐栓，以連接相鄰的定子金屬層；以及至少一動子，連接于該質(zhì)量塊，其具有多個動子金屬層，連接于該質(zhì)量塊；以及至少一動子支撐栓，以連接相鄰的動子金屬層。
2.如權利要求1所述的具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中，該彈簧固定端位于該多邊形圖案的側邊上中間三分之一邊長的范圍內(nèi)，而該彈簧自由端位于該多邊形圖案的該彈簧固定端對邊上中間三分之一邊長的范圍內(nèi)。
3.如權利要求1所述的具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中，每一彈簧還包括一穩(wěn)定段，用以連接該彈簧自由端以及該質(zhì)量塊，其設置于與該自由端同一側邊，該穩(wěn)定段的寬度大于該彈簧自由端。
4.如權利要求1所述的具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中，該定子中的最上層定子金屬層及/或最下層定子金屬層包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該定子支撐栓連接至相鄰的定子金屬層。
5.如權利要求1所述的具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中，該動子中的最上層動子金屬層及/或最下層動子金屬層包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該動子支撐栓連接至相鄰的金屬層。
6 一種具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，設置于一基板上，其特征在于，包含多個彈簧，其中，每一彈簧包括 一彈簧固定錨部，固定于該基板；一彈簧可動部，其具有一固定于該彈簧固定錨部的彈簧固定端與一懸浮于該基板上方的一彈簧自由端，一質(zhì)量塊，其具有多個接點，分別與對應的彈簧中的彈簧自由端連接；以及多個同平面感測電極區(qū)，其中，每一同平面感測電極區(qū)包括至少一定子，固定于該基板，其具有一定子固定錨部，固定于該基板；多個定子金屬層，固定于該定子固定錨部；以及至少一定子支撐栓，以連接相鄰的定子金屬層；以及至少一動子，連接于該質(zhì)量塊，其具有多個動子金屬層，連接于該質(zhì)量塊；以及至少一動子支撐栓，以連接相鄰的動子金屬層，其中，該動子的最上層動子金屬層及/或最下層動子金屬層包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該至少一動子支撐栓連接至相鄰的動子金屬層。
7.如權利要求6所述的具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中，該定子中的最上層定子金屬層或最下層定子金屬層包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該至少一定子支撐栓連接至相鄰的定子金屬層。
8.一種具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，設置于一基板上，其特征在于，包含多個彈簧，其中，每一彈簧包括 一彈簧固定錨部，固定于該基板；一彈簧可動部，其具有一固定于該彈簧固定錨部的彈簧固定端與一懸浮于該基板上方的一彈簧自由端，一質(zhì)量塊，其具有多個接點，分別與對應的彈簧中的彈簧自由端連接；以及多個同平面感測電極區(qū)，其中，每一同平面感測電極區(qū)包括至少一定子，固定于該基板，其具有一定子固定錨部，固定于該基板；多個定子金屬層，固定于該定子固定錨部；以及至少一定子支撐栓，以連接相鄰的定子金屬層；以及至少一動子，連接于該質(zhì)量塊，其具有多個動子金屬層，連接于該質(zhì)量塊；以及至少一動子支撐栓，以連接相鄰的動子金屬層，其中，該定子的最上層定子金屬層及/或最下層定子金屬層包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該至少一定子支撐栓連接至相鄰的定子金屬層。
9.如權利要求1，6或8所述的具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中，該動子包含較寬的加強梁部與較細的電極部，以增強該動子結構強度。
10.如權利要求9所述的具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中，該動子的加強梁部由上視圖視之為一 I字形、一 II字形、或一王字形。
11.如權利要求1，6或8所述的具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中，該加速度計還包含一出平面感測電極區(qū)，該出平面感測電極區(qū)包括一 Z軸定子，固定于該基板；以及至少一 Z軸動子，連接于該質(zhì)量塊，其具有多個Z軸動子金屬層，連接于該質(zhì)量塊；以及至少一 Z軸動子支撐栓，以連接相鄰的Z軸動子金屬層。
12.如權利要求11所述的具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中，該Z軸動子中的最上層Z軸動子金屬層及/或最下層Z軸動子金屬層包含多個獨立金屬段，該些獨立金屬段由該至少一 Z軸動子支撐栓連接至相鄰的Z軸動子金屬層。
13.如權利要求11所述的具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中，該Z軸動子由上視圖視之，包含互相垂直的延伸金屬段。
14.如權利要求1，6或8所述的具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)加速度計，其中，該定子大體呈線段形狀，其定子固定錨部位于該線段較靠近該質(zhì)量塊的一端。
全文摘要
本發(fā)明提出一種具有增強結構強度的微機電系統(tǒng)(MEMS)加速度計(accelerator)，設置于基板上，包含多個彈簧，其中，每一彈簧包括彈簧固定錨部(anchor)，固定于基板；彈簧可動部，其具有固定于彈簧固定錨部的彈簧固定端(fixed end)；以及懸浮于該基板上方的彈簧自由端(free end)；其中，彈簧可動部為反復折繞結構，彈簧固定端位于反復折繞結構的一側邊上中間三分之一邊長的范圍內(nèi)；彈簧自由端位于彈簧固定端對邊上中間三分之一邊長的范圍內(nèi)；質(zhì)量塊(proof mass)，與各彈簧中的彈簧自由端連接；以及多個同平面(in-plane)感測電極區(qū)。
文檔編號G01P15/08GK102375075SQ20101026735
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月24日 優(yōu)先權日2010年8月24日
發(fā)明者王傳蔚 申請人:原相科技股份有限公司