專利名稱：多軸電容式加速度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容式加速度計(jì)，且特別是涉及一種多軸電容式加速度計(jì)的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
加速度計(jì)目前在市場(chǎng)上已逐漸被普遍地使用于許多裝置中以做為運(yùn)動(dòng)傳感器，如 游戲機(jī)、健康監(jiān)控、手機(jī)界面控制與自動(dòng)靜音、慣性游標(biāo)指向器等領(lǐng)域。 傳統(tǒng)微機(jī)電三軸加速度計(jì)大都采用單軸組合的三軸設(shè)計(jì)，意即其用以感測(cè)X軸、Y 軸及Z軸加速度的質(zhì)量塊及感測(cè)元件分別獨(dú)立設(shè)置。這種設(shè)置方式雖然在加速度感測(cè)上可 達(dá)到降低它軸靈敏度的目的，但是其缺點(diǎn)是為達(dá)到低機(jī)械雜訊的目標(biāo)，往往造成元件尺寸 太大，或?yàn)檫_(dá)到尺寸小的目標(biāo)，使得機(jī)械雜訊不易降低，而元件尺寸與成本是有直接密切的 關(guān)聯(lián)。因此，為了降低生產(chǎn)成本及縮小加速度計(jì)尺寸，采用三軸一體的加速度計(jì)設(shè)計(jì)是可行 的方法。然而，三軸一體的加速度計(jì)現(xiàn)今仍存在著各軸向的相互干擾與線性度有待提升的 問(wèn)題。 美國(guó)第7258011號(hào)專利的圖1及圖2分別為已知一種加速度計(jì)的俯視圖及剖視側(cè) 視圖，其所披露的加速度計(jì)50主要是利用連接體(linkage)的結(jié)構(gòu)來(lái)連接三軸的彈簧結(jié) 構(gòu)、XY軸質(zhì)量塊52與外側(cè)的Z軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(paddle) 54。 Z軸的靈敏度因Z軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)54 的質(zhì)量較小而表現(xiàn)較差。此外，其Z軸的感測(cè)質(zhì)量在受力時(shí)會(huì)有線性位移與旋轉(zhuǎn)，這種運(yùn)動(dòng) 行為將使得元件產(chǎn)生非線性度的效應(yīng)。 美國(guó)第7258012號(hào)專利的圖3為已知的另一種加速度計(jì)的俯視圖，其所披露的加 速度計(jì)60，因其設(shè)計(jì)使用CMOS MEMS的制作方式且采用單一的Z軸結(jié)構(gòu)在質(zhì)量塊中心，而 其Z軸的感測(cè)電容結(jié)構(gòu)則是采用梳狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到延其Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸方向的振動(dòng)力時(shí)， 其Z軸結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)而造成Z方向加速度計(jì)的它軸靈敏度受影響，雖然可以透過(guò)梳狀 結(jié)構(gòu)的排列設(shè)計(jì)來(lái)克服，但如此也將造成真正貢獻(xiàn)于感測(cè)電容可用的梳狀結(jié)構(gòu)數(shù)目降低， 進(jìn)而造成電容量的不足，增加電路設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)；如果采用兩組扭轉(zhuǎn)(Torsion)結(jié)構(gòu)，則將可 以提供足夠梳狀結(jié)構(gòu)的數(shù)目，使得電容量得以增加，如此也可以降低讀取電路設(shè)計(jì)上的復(fù) 雜度。事實(shí)上，目前大部分三軸一體加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都面臨到它軸靈敏度與線性度性 能提升的問(wèn)題。 一般而言，對(duì)于三軸一體加速度計(jì)的設(shè)計(jì)，當(dāng)Z軸扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在XY軸結(jié) 構(gòu)之內(nèi)時(shí)，因?yàn)楸仨毧紤]XY軸結(jié)構(gòu)質(zhì)量的對(duì)稱，都會(huì)將其旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱放置于XY軸結(jié)構(gòu)的中 心，使得質(zhì)量塊較輕的一邊其有效面積使用率降低；另外，當(dāng)Z軸扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在XY軸結(jié) 構(gòu)之內(nèi)，如果制作方式是使用另一基材上的兩電極與結(jié)構(gòu)形成差動(dòng)電容時(shí)，雖然此設(shè)計(jì)其Z 軸電容受它軸力的影響很低，但為達(dá)到質(zhì)量的對(duì)稱，也會(huì)造成其必須使用一部份區(qū)域僅作 為質(zhì)量平衡之用而無(wú)法貢獻(xiàn)于感測(cè)的用途，而使用兩組扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)則將可以自然形成 對(duì)稱而無(wú)須強(qiáng)迫將轉(zhuǎn)動(dòng)軸放于XY軸結(jié)構(gòu)質(zhì)量塊的中心，就可以達(dá)到提升面積使用效率和 降低Z軸的它軸靈敏度的目的。

發(fā)明內(nèi)容
為了改善傳統(tǒng)三軸一體加速度計(jì)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的它軸靈敏度與線性度問(wèn)題，并同時(shí) 達(dá)到縮小尺寸的目標(biāo)，本發(fā)明提出一種多軸電容式加速度計(jì)，可降低各軸向的加速度感測(cè) 相互干擾的現(xiàn)象，同時(shí)達(dá)到高線性度與靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明提出一種多軸電容式加速度計(jì)，包括基板及結(jié)構(gòu)層?；宓谋砻嫔显O(shè)置多
個(gè)感測(cè)電極。結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)固定座、第一質(zhì)量塊、第一彈性結(jié)構(gòu)、多個(gè)固定感測(cè)塊、第二質(zhì)
量塊、第三質(zhì)量塊、第二彈性結(jié)構(gòu)及第三彈性結(jié)構(gòu)。固定座固定于基板的表面上。第一質(zhì)量
塊浮置于基板的表面上方，第一質(zhì)量塊具有中心軸以及位于第一質(zhì)量塊內(nèi)部的第一開(kāi)口及
第二開(kāi)口。第一開(kāi)口及第二開(kāi)口對(duì)應(yīng)于感測(cè)電極并且以第一質(zhì)量塊的中心軸為中心而對(duì)稱
地配置于中心軸的相對(duì)兩側(cè)。第一彈性結(jié)構(gòu)連接固定座與第一質(zhì)量塊。固定感測(cè)塊鄰近第
一質(zhì)量塊并固定于基板的表面上，其中每一固定感測(cè)塊與第一質(zhì)量塊之間形成電容結(jié)構(gòu)。
第二質(zhì)量塊及第三質(zhì)量塊浮置于基板的感測(cè)電極上方并且分別位于第一質(zhì)量塊的第一開(kāi)
口及第二開(kāi)口內(nèi)，第二質(zhì)量塊及第三質(zhì)量塊與基板上的感測(cè)電極形成感測(cè)電容。第二質(zhì)量
塊及第三質(zhì)量塊分別通過(guò)第二彈性結(jié)構(gòu)及第三彈性結(jié)構(gòu)非對(duì)稱地懸掛在第一質(zhì)量塊上，以
分別沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸在受力時(shí)作轉(zhuǎn)動(dòng)，且第二質(zhì)量塊及第三質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相互平行并以第一質(zhì)
量塊的中心軸為中心而對(duì)稱地配置于中心軸的相對(duì)兩側(cè)。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的固定感測(cè)塊位于第一質(zhì)量塊的外側(cè)。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的第一質(zhì)量塊內(nèi)部還具有多個(gè)第三開(kāi)口，且至少部分
固定感測(cè)塊分別位于第三開(kāi)口內(nèi)。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的每一組由固定感測(cè)塊和第一質(zhì)量塊所形成的電容結(jié) 構(gòu)包括由第一質(zhì)量塊延伸出來(lái)的梳狀電極及由固定感測(cè)塊其中之一延伸出來(lái)的固定梳狀 電極。梳狀電極具有多個(gè)梳狀電容板。固定梳狀電極具有多個(gè)固定梳狀電容板，且梳狀電 容板與固定梳狀電容板相互平行且交替配置。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的電容結(jié)構(gòu)包括多個(gè)第一電容結(jié)構(gòu)及多個(gè)第二電容結(jié) 構(gòu)。每一第一電容結(jié)構(gòu)的梳狀電容板與固定梳狀電容板沿著與基板表面平行的第一方向 (例如X軸方向)延伸，可成為感測(cè)第二方向(例如Y軸方向)加速度的電容結(jié)構(gòu)，其中第 一方向與第二方向正交且位于同一平面上。每一第二電容結(jié)構(gòu)的梳狀電容板與固定梳狀電 容板沿著第二方向(例如Y軸方向)延伸，可成為感測(cè)第一方向(例如X軸方向)加速度 的電容結(jié)構(gòu)。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的固定座包括分別配置于第一質(zhì)量塊的相對(duì)兩側(cè)的第 一固定塊及第二固定塊。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的第一彈性結(jié)構(gòu)包括分別對(duì)應(yīng)于第一固定塊及第二固 定塊的第一彈簧及第二彈簧，其中第一彈簧及第二彈簧提供沿第一方向(例如X軸方向) 與第二方向(例如Y軸方向)的回復(fù)力。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的第一質(zhì)量塊對(duì)稱于中心軸，且分別透過(guò)第一彈簧及 第二彈簧連接于第一固定塊及第二固定塊。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的第二彈性結(jié)構(gòu)包括第三彈簧及第四彈簧，位于所對(duì) 應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上并銜接第一質(zhì)量塊與第二質(zhì)量塊。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的第三彈性結(jié)構(gòu)包括第五彈簧及第六彈簧，位于所對(duì)
7應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上并銜接第一質(zhì)量塊與第三質(zhì)量塊。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的第一質(zhì)量塊具有面對(duì)基板的底面，且底面上具有多 個(gè)凸起。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的第二與第三質(zhì)量塊上具有多個(gè)微孔洞，可減少阻尼 產(chǎn)生。 本發(fā)明另提出一種多軸電容式加速度計(jì)，其包括基板以及結(jié)構(gòu)層?；迳暇哂卸?個(gè)感測(cè)電極，而結(jié)構(gòu)層浮置于基板上。結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)固定座，固定在該基板上；多個(gè)彈 性結(jié)構(gòu)，至少包括第一彈性結(jié)構(gòu)、第二彈性結(jié)構(gòu)和第三彈性結(jié)構(gòu)；第一質(zhì)量塊，透過(guò)第一彈 性結(jié)構(gòu)被懸掛設(shè)置在基板上，并與固定座連接，用以感測(cè)在平面上的第一方向(例如X軸方 向)或第二方向(例如Y軸方向)上的加速度，而對(duì)應(yīng)地沿第一方向(例如X軸方向)或 第二方向(例如Y軸方向)平移；第二質(zhì)量塊，透過(guò)第二彈性結(jié)構(gòu)被懸掛設(shè)置在第一質(zhì)量塊 內(nèi)，而第二質(zhì)量塊可以沿著與第一質(zhì)量塊平移方向的同平面的垂直方向作平移；多個(gè)第一 固定感測(cè)塊，配置在第一質(zhì)量塊內(nèi)，其中每一第一固定感測(cè)塊與第一質(zhì)量塊或第二質(zhì)量塊 之間形成第一電容結(jié)構(gòu)；第三質(zhì)量塊與第四質(zhì)量塊，對(duì)應(yīng)于基板上的感測(cè)電極并且以第一 質(zhì)量塊的中心軸為中心而對(duì)稱地配置于中心軸的相對(duì)兩側(cè)，第三質(zhì)量塊與第四質(zhì)量塊分別 透過(guò)第三彈性結(jié)構(gòu)以非對(duì)稱的方式懸掛設(shè)置在第二質(zhì)量塊內(nèi)，且沿第一方向(例如X軸方 向)具有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，使第一質(zhì)量塊在第二方向(例如Y軸方向)上呈現(xiàn)不對(duì)稱性，并在第一質(zhì) 量塊在第三方向(例如Z軸方向)受力時(shí)，以轉(zhuǎn)動(dòng)軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)，其中第一方向(例如X軸 方向)、第二方向(例如Y軸方向)和第三方向(例如Z軸方向)彼此正交；以及，多個(gè)第 二固定感測(cè)塊，配置在第二質(zhì)量塊內(nèi)，其中每一第二固定感測(cè)塊與第二質(zhì)量塊之間形成第 二電容結(jié)構(gòu)。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的每一第一電容結(jié)構(gòu)包括由第一質(zhì)量塊或第二質(zhì)量塊 延伸出來(lái)的梳狀電極，其具有多個(gè)梳狀電容板；以及，由第一固定感測(cè)塊其中之一延伸出來(lái) 的固定梳狀電極，其具有多個(gè)固定梳狀電容板。梳狀電容板與固定梳狀電容板相互平行且 交替配置。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的每一第一電容結(jié)構(gòu)的梳狀電容板與固定梳狀電容板 沿著第一方向(例如X軸方向)延伸，以感測(cè)第二方向(例如Y軸方向)的加速度。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的每一第二電容結(jié)構(gòu)包括由第二質(zhì)量塊延伸出來(lái)的梳 狀電極，其具有多個(gè)梳狀電容板；以及，由第二固定感測(cè)塊其中之一延伸出來(lái)的固定梳狀電 極，其具有多個(gè)固定梳狀電容板。梳狀電容板與固定梳狀電容板相互平行且交替配置。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的每一第二電容結(jié)構(gòu)的梳狀電容板與固定梳狀電容板 沿著第二方向(例如Y軸方向)延伸，以感測(cè)第一方向(例如X軸方向)的加速度。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的第一彈性結(jié)構(gòu)連接在第一質(zhì)量塊與固定座之間，使 第一質(zhì)量塊能沿第一方向(例如X軸方向)或第二方向(例如Y軸方向)平移。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的第二彈性結(jié)構(gòu)連接在第二質(zhì)量塊與第一質(zhì)量塊之 間，使第二質(zhì)量塊能沿與第一質(zhì)量塊平移方向的同平面的垂直方向作平移。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的第三彈性結(jié)構(gòu)被配置在第二質(zhì)量塊與第三質(zhì)量塊之 間以及第二質(zhì)量塊與第四質(zhì)量塊之間，并分別對(duì)應(yīng)連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸的兩端，以使得第三質(zhì)量塊 與第四質(zhì)量塊能以轉(zhuǎn)動(dòng)軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的感測(cè)電極配置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的兩側(cè)。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的質(zhì)量塊具有面對(duì)基板的底面，且底面上具有多個(gè)凸 起。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的第三與第四質(zhì)量塊上具有多個(gè)微孔洞，可減少阻尼產(chǎn)生。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的第一質(zhì)量塊具有第四開(kāi)口，第四開(kāi)口內(nèi)設(shè)有第二質(zhì) 量塊，及第二質(zhì)量塊具有第五開(kāi)口與第六開(kāi)口 ，而第五開(kāi)口內(nèi)設(shè)有第三質(zhì)量塊，第六開(kāi)口內(nèi) 設(shè)有第四質(zhì)量塊。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述的第一彈性結(jié)構(gòu)分別連接固定座與第一質(zhì)量塊，而第 二彈性結(jié)構(gòu)分別連接第一質(zhì)量塊與第二質(zhì)量塊。 基于上述，本發(fā)明的多軸電容式加速度在結(jié)構(gòu)層內(nèi)部設(shè)置可沿其中心軸對(duì)稱轉(zhuǎn)動(dòng) 的多個(gè)質(zhì)量塊。這些質(zhì)量塊為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此受力時(shí)將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)并無(wú)線性位移，所 以具有優(yōu)選的線性度。另外，第二質(zhì)量塊及第三質(zhì)量塊受力而分別轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在第一與第二方 向的它軸受力會(huì)互相抵消，因此避免了它軸的影響。 為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳 細(xì)說(shuō)明如下。


圖1為已知一種多軸電容式加速度計(jì)的俯視圖。 圖2為圖1的多軸電容式加速度計(jì)的剖視側(cè)視圖。 圖3為已知另一種多軸電容式加速度計(jì)的俯視圖。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的多軸電容式加速度計(jì)的俯視圖。 圖5為圖1沿I-I線的剖視圖。 圖6為圖4的多軸電容式加速度計(jì)的局部側(cè)視圖。 圖7為本發(fā)明另一實(shí)施例的多軸電容式加速度計(jì)的俯視圖。 圖8為本發(fā)明又一實(shí)施例的多軸電容式加速度計(jì)的俯視圖。 附圖標(biāo)記說(shuō)明 50 、60 :加速度計(jì) 52 :質(zhì)量塊 54 :旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 100、400 :第一電容結(jié)構(gòu) 110、210、410、510 :梳狀電極 112、212、412、512 :梳狀電容板 122、222、422、522 :固定梳狀電容板 120、220、420、520 :固定梳狀電極 200、500 :第二電容結(jié)構(gòu) 300 :凸起 1000、2000 :多軸電容式加速度計(jì) 1100、2100:基板






































1110 1120 1200 1210 1212 1214 1216 1220 1222 1224 1226 1228 1230 1232 1234 1240 1242 1244 1250 1260 1270 1272 1274 1280 1282 1284 2228
:表面 :感測(cè)電極 ,2200 :結(jié)構(gòu)層
2210 2212 2214
固定座
第一固定塊
第二固定塊
第一彈性結(jié)構(gòu)
2220 :第一質(zhì)量塊 2222 :中心軸 2224 :第一開(kāi)口 2226 :第二開(kāi)口
:底面
2230 2232 2234 :第二彈簧 2240 :固定感測(cè)塊
:第一固定感測(cè)塊 :第二固定感測(cè)塊
2250 :第二質(zhì)量塊
第三質(zhì)量塊 第二彈性結(jié)構(gòu) 第三彈簧 第四彈簧 第三彈性結(jié)構(gòu)
,2260 ,2270 ,2272 ,2274 ,2280 ,2282 ,2284 . :第三開(kāi)口
A、 C:第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸
B、 D :第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸
3000 :多軸電容式加速度計(jì)
3010 3020 3100 3210 3220 3230 3300 3310 3400
結(jié)構(gòu)層 固定座
第一彈性結(jié)構(gòu) 第二彈性結(jié)構(gòu) 第三彈性結(jié)構(gòu) 第一質(zhì)量塊 第四開(kāi)口 第二質(zhì)量塊
3410第五開(kāi)口3420第六開(kāi)口3500第三質(zhì)量塊3600第四質(zhì)量塊3710第一固定感測(cè)塊3720第二固定感測(cè)塊3810第一電容結(jié)構(gòu)3820第二電容結(jié)構(gòu)3812 、3822 :梳狀電極
3814、3824 :固定梳狀電極
3910轉(zhuǎn)動(dòng)軸
具體實(shí)施例方式
圖4為本發(fā)明實(shí)施例的多軸電容式加速度計(jì)的俯視圖。圖5為圖4沿I-I線的 剖視圖。請(qǐng)參考圖4及圖5，本實(shí)施例的多軸電容式加速度計(jì)1000包括基板1100及結(jié)構(gòu) 層1200?；?100的表面1110上設(shè)置多個(gè)感測(cè)電極1120。結(jié)構(gòu)層1200包括多個(gè)固定座 1210、第一質(zhì)量塊1220、第一彈性結(jié)構(gòu)1230、多個(gè)固定感測(cè)塊1240、第二質(zhì)量塊1250、第三 質(zhì)量塊1260、第二彈性結(jié)構(gòu)1270及第三彈性結(jié)構(gòu)1280。 第一質(zhì)量塊1220設(shè)置于基板1100的表面1110上方，第一質(zhì)量塊1220具有中心軸 1222以及位于第一質(zhì)量塊1220內(nèi)部的第一開(kāi)口 1224及第二開(kāi)口 1226。第一開(kāi)口 1224及 第二開(kāi)口 1226以第一質(zhì)量塊1220的中心軸1222為中心而對(duì)稱地配置于中心軸1222的相 對(duì)兩側(cè)。第一彈性結(jié)構(gòu)1230連接固定座1210與第一質(zhì)量塊1220。因此，第一質(zhì)量塊1220 可浮置于基板1100上方。同時(shí)，固定座1210包括第一固定塊1212及第二固定塊1214。第 一固定塊1212及第二固定塊1214分別固定于基板1100的表面1110上，且分別位于第一 質(zhì)量塊1220的相對(duì)的兩外側(cè)。 固定感測(cè)塊1240包括多個(gè)第一固定感測(cè)塊1242及多個(gè)第二固定感測(cè)塊1244。第 一固定感測(cè)塊1242及第二固定感測(cè)塊1244鄰近且位于第一質(zhì)量塊1220的外側(cè)并固定于 基板1100的表面1110上，其中每一第一固定感測(cè)塊1242及每一第二固定感測(cè)塊1244分別 與第一質(zhì)量塊1220之間形成第一電容結(jié)構(gòu)100及第二電容結(jié)構(gòu)200，分別用以通過(guò)其電容 變化量感測(cè)Y軸方向及X軸方向的加速度。第二質(zhì)量塊1250及第三質(zhì)量塊1260浮置于感 測(cè)電極1120上方并且分別位于第一質(zhì)量塊1220的第一開(kāi)口 1224及第二開(kāi)口 1226內(nèi)，而 第二質(zhì)量塊1250及第三質(zhì)量塊1260分別與基板1100上的感測(cè)電極1120形成感測(cè)電容， 通過(guò)其與感測(cè)電極1120之間的電容變化量感測(cè)Z軸方向的加速度。 詳細(xì)而言，第二質(zhì)量塊1250及第三質(zhì)量塊1260分別通過(guò)第二彈性結(jié)構(gòu)1270及第 三彈性結(jié)構(gòu)1280非對(duì)稱地懸掛在第一質(zhì)量塊1220上，且分別沿第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸A及第二轉(zhuǎn)動(dòng) 軸B在受力時(shí)而轉(zhuǎn)動(dòng)，以使其與感測(cè)電極1120之間產(chǎn)生電容變化量。第二質(zhì)量塊1250的 第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸A及第三質(zhì)量塊1260的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸B相互平行并以第一質(zhì)量塊1220的中心 軸1222為中心而對(duì)稱地配置于中心軸1222的相對(duì)兩側(cè)。換言之，第二質(zhì)量塊1250及第三 質(zhì)量塊1260可對(duì)稱地轉(zhuǎn)動(dòng)(如圖5所繪示的虛線部分)。第二質(zhì)量塊1250及第三質(zhì)量塊1260因?yàn)榉菍?duì)稱結(jié)構(gòu)，因此Z軸受力時(shí)將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)并無(wú)Z軸方向位移，所以具有優(yōu)選 的線性度。另外第二質(zhì)量塊1250及第三質(zhì)量塊1260轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)并不會(huì)影響第一質(zhì)量塊1220， 因此避免了它軸靈敏度的影響。 請(qǐng)參考圖4，每一第一電容結(jié)構(gòu)100包括由第一質(zhì)量塊1220水平地延伸出的梳狀 電極IIO及由固定感測(cè)塊1240水平地延伸出的固定梳狀電極120。梳狀電極110具有多個(gè) 梳狀電容板112。固定梳狀電極120具有多個(gè)固定梳狀電容板122，且梳狀電容板112與固 定梳狀電容板122相互平行且交替配置。每一第二電容結(jié)構(gòu)200亦具備如上述的等效結(jié)構(gòu) 特征，在此不予贅述。 每一第一電容結(jié)構(gòu)100的梳狀電容板112與固定梳狀電容板122沿著與基板1100 表面1110平行的X軸方向延伸。每一第二電容結(jié)構(gòu)200的梳狀電容板212與固定梳狀電 容板222沿著與基板1100表面1110平行的Y軸方向延伸，且X軸方向與Y軸方向正交。 第一電容結(jié)構(gòu)100及第二電容結(jié)構(gòu)200通過(guò)上述配置方式，可分別透過(guò)第一質(zhì)量塊1220在 Y軸方向及X軸方向的移動(dòng)而產(chǎn)生電容變化，以對(duì)Y軸方向及X軸方向的加速度進(jìn)行感測(cè)。 詳言之，第一電容結(jié)構(gòu)100是用以感測(cè)Y軸方向的加速度，而第二電容結(jié)構(gòu)200是用以感測(cè) X軸方向的加速度。 請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D4，第一彈性結(jié)構(gòu)1230包括分別對(duì)應(yīng)于第一固定塊1212及第二固定塊 1214的第一彈簧1232及第二彈簧1234，其中第一彈簧1232及第二彈簧1234提供各別獨(dú)立 的沿X軸方向與Y軸方向的回復(fù)力，以使X軸方向與Y軸方向的感測(cè)不會(huì)相互干擾。第一 彈簧1232或第二彈簧1234可為L(zhǎng)型結(jié)構(gòu)。此外，第一質(zhì)量塊1220分別透過(guò)第一彈簧1232 及第二彈簧1234而連接于第一固定塊1212及第二固定塊1214。 在本實(shí)施例中，第二彈性結(jié)構(gòu)1270包括第三彈簧1272及第四彈簧1274，位于第 一轉(zhuǎn)動(dòng)軸A上并分別位于第二質(zhì)量塊1250的相對(duì)兩側(cè)，使得第二質(zhì)量塊1250以第一轉(zhuǎn)動(dòng) 軸A因非對(duì)稱而轉(zhuǎn)動(dòng)。第三彈性結(jié)構(gòu)1280包括第五彈簧1282及第六彈簧1284，位于第二 轉(zhuǎn)動(dòng)軸B上并分別位于第三質(zhì)量塊1260的相對(duì)兩側(cè)，使得第三質(zhì)量塊1260以第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸 B因非對(duì)稱而轉(zhuǎn)動(dòng)。 此外，請(qǐng)參考圖5，第一質(zhì)量塊1220具有面對(duì)基板1100的底面1228，且底面 1228上具有多個(gè)凸起300，以避免第一質(zhì)量塊1220與基板1100在接觸時(shí)產(chǎn)生吸附效應(yīng) (sticktion)而影響其加速度感測(cè)的效能。詳細(xì)而言，由于第一質(zhì)量塊1220和基板1100間 具有極小的間距，第一質(zhì)量塊1220在工藝或使用中因水氣而可能與基板1100黏住，而凸起 300有助于降低此種現(xiàn)象的發(fā)生。此外，第二質(zhì)量塊1250與第三質(zhì)量塊1260上也可具有多 個(gè)微孔洞，以減少阻尼產(chǎn)生。 圖6為圖4的多軸電容式加速度計(jì)的局部側(cè)視圖。請(qǐng)參考圖6，在本實(shí)施例中，基 板1100例如是玻璃芯片。玻璃芯片包括玻璃基材1130及配置于其上的導(dǎo)電層1140 (例如 為導(dǎo)線及焊墊)。結(jié)構(gòu)層1200例如是硅芯片，其中繪示于圖4及圖5的第一質(zhì)量塊1220、凸 起300、第二質(zhì)量塊1250、第三質(zhì)量塊1260、第一彈性結(jié)構(gòu)1230、第二彈性結(jié)構(gòu)1270、第三彈 性結(jié)構(gòu)1280、固定座1210、固定感測(cè)塊1240、梳狀電極110(210)及固定梳狀電極120(220) 可透過(guò)干蝕刻工藝而為一體成形的結(jié)構(gòu)。硅芯片(結(jié)構(gòu)層1200)可通過(guò)陽(yáng)極芯片工藝與玻 璃芯片(基板1100)結(jié)合。此外，結(jié)構(gòu)層1200的固定座1210的底部具有接觸金屬1216，用 以將產(chǎn)生的感測(cè)信號(hào)傳遞至基板1100上的焊墊及導(dǎo)線。
圖7為本發(fā)明另一實(shí)施例的多軸電容式加速度計(jì)的俯視圖。請(qǐng)參考圖7，相較于 圖4及圖5的多軸電容式加速度計(jì)，本實(shí)施例的第一質(zhì)量塊2220內(nèi)部還具有多個(gè)第三開(kāi)口 2228，且部分固定感測(cè)塊2240、部分梳狀電容板512及部分固定梳狀電容板522位于第三 開(kāi)口 2228內(nèi)而具有與前述實(shí)施例相同的感測(cè)功能。詳言之，透過(guò)此種配置方式，使得第二 電容結(jié)構(gòu)500位于第一質(zhì)量塊2220的內(nèi)部。位于第三開(kāi)口 2228內(nèi)的部分梳狀電極510與 部分固定梳狀電極520構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)，以感測(cè)X軸方向的加速度。另一方面，第一電容結(jié)構(gòu) 400還是配置在第一質(zhì)量塊2220的外部，用以感測(cè)Y軸方向的加速度。以下詳細(xì)介紹本實(shí) 施例的多軸電容式加速度計(jì)2000。 請(qǐng)參考圖7，本實(shí)施例的多軸電容式加速度計(jì)2000包括基板2100及結(jié)構(gòu)層2200。 結(jié)構(gòu)層2200包括多個(gè)固定座2210、第一質(zhì)量塊2220、第一彈性結(jié)構(gòu)2230、多個(gè)固定感測(cè)塊 2240、第二質(zhì)量塊2250、第三質(zhì)量塊2260、第二彈性結(jié)構(gòu)2270及第三彈性結(jié)構(gòu)2280。
第一質(zhì)量塊2220設(shè)置于基板2100上方，第一質(zhì)量塊2220具有中心軸2222以及 位于第一質(zhì)量塊2220內(nèi)部的第一開(kāi)口 2224、第二開(kāi)口 2226及多個(gè)第三開(kāi)口 2228 (繪示為 兩個(gè))。第一開(kāi)口 2224及第二開(kāi)口 2226以第一質(zhì)量塊2220的中心軸2222為中心而對(duì) 稱地配置于中心軸2222的相對(duì)兩側(cè)。第一彈性結(jié)構(gòu)2230連接固定座2210與第一質(zhì)量塊 2220。因此，第一質(zhì)量塊2220可浮置于基板2100上方。同時(shí)，固定座2210包括第一固定 塊2212及第二固定塊2214。第一固定塊2212及第二固定塊2214分別固定于基板2100的 表面2110上，且分別位于第一質(zhì)量塊2220的相對(duì)的兩外側(cè)。 固定感測(cè)塊2240包括多個(gè)第一固定感測(cè)塊2242及多個(gè)第二固定感測(cè)塊2244。第 一固定感測(cè)塊2242鄰近且位于第一質(zhì)量塊2220的外側(cè)并固定于基板2100上，第二固定感 測(cè)塊2244位于第三開(kāi)口 2228內(nèi)并固定于基板2100上(此特征為本實(shí)施例的多軸電容式 加速度計(jì)2000與圖4的多軸電容式加速度計(jì)1000的主要不同處)，其中每一第一固定感測(cè) 塊2242及每一第二固定感測(cè)塊2244分別與第一質(zhì)量塊2220之間形成第一電容結(jié)構(gòu)400及 第二電容結(jié)構(gòu)500，分別用以通過(guò)其電容變化量感測(cè)Y軸方向及X軸方向的加速度。第二質(zhì) 量塊2250及第三質(zhì)量塊2260浮置于位于基板2100表面上的感測(cè)電極(未繪示，其配置方 式與圖5的感測(cè)電極1120類似)上方并且分別位于第一質(zhì)量塊2220的第一開(kāi)口 2224及 第二開(kāi)口 2226內(nèi)，而第二質(zhì)量塊2250及第三質(zhì)量塊1260分別與基板2100上的感測(cè)電極 形成感測(cè)電容，通過(guò)其與感測(cè)電極之間的電容變化量感測(cè)Z軸方向的加速度。
詳細(xì)而言，第二質(zhì)量塊2250及第三質(zhì)量塊2260分別通過(guò)第二彈性結(jié)構(gòu)2270及第 三彈性結(jié)構(gòu)2280非對(duì)稱地懸掛在第一質(zhì)量塊2220上，且分別沿第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸C及第二轉(zhuǎn)動(dòng) 軸D在受力時(shí)而轉(zhuǎn)動(dòng)，以使其與感測(cè)電極(如圖5的1120的感測(cè)電極)之間產(chǎn)生電容變化 量。第二質(zhì)量塊2250的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸C及第三質(zhì)量塊2260的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸D相互平行并以第 一質(zhì)量塊2220的中心軸2222為中心而對(duì)稱地配置于中心軸2222的相對(duì)兩側(cè)。換言之，第 二質(zhì)量塊2250及第三質(zhì)量塊2260可對(duì)稱地轉(zhuǎn)動(dòng)。第二質(zhì)量塊2250及第三質(zhì)量塊2260因 為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此Z軸受力時(shí)將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)并無(wú)Z軸方向位移，所以具有優(yōu)選的線性 度。另外第二質(zhì)量塊2250及第三質(zhì)量塊2260轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)并不會(huì)影響第一質(zhì)量塊2220，因此避 免了它軸靈敏度的影響。 每一第一電容結(jié)構(gòu)400包括由第一質(zhì)量塊2220水平地延伸出的梳狀電極410及 由固定感測(cè)塊2240水平地延伸出的固定梳狀電極420。梳狀電極410具有多個(gè)梳狀電容板
13412。固定梳狀電極420具有多個(gè)固定梳狀電容板422，且梳狀電容板412與固定梳狀電容 板422相互平行且交替配置。每一第二電容結(jié)構(gòu)500亦具備如上述的等效結(jié)構(gòu)特征，在此 不予贅述。 每一第一電容結(jié)構(gòu)400的梳狀電容板412與固定梳狀電容板422沿著與基板2100 表面平行的X軸方向延伸。每一第二電容結(jié)構(gòu)500的梳狀電容板512與固定梳狀電容板 522沿著與基板2100表面平行的Y軸方向延伸，且X軸方向與Y軸方向正交。第一電容結(jié) 構(gòu)400及第二電容結(jié)構(gòu)500通過(guò)上述配置方式，可分別透過(guò)第一質(zhì)量塊2220在Y軸方向及 X軸方向的移動(dòng)而產(chǎn)生電容變化，以對(duì)Y軸方向及X軸方向的加速度進(jìn)行感測(cè)。詳言之，第 一電容結(jié)構(gòu)400是用以感測(cè)Y軸方向的加速度，而第二電容結(jié)構(gòu)500是用以感測(cè)X軸方向 的加速度。 第一彈性結(jié)構(gòu)2230包括分別對(duì)應(yīng)于第一固定塊2212及第二固定塊2214的第一 彈簧2232及第二彈簧2234，其中第一彈簧2232及第二彈簧2234提供各別獨(dú)立的沿X軸方 向與Y軸方向的回復(fù)力，以使X軸方向與Y軸方向的感測(cè)不會(huì)相互干擾。第一彈簧2232或 第二彈簧2234可為L(zhǎng)型結(jié)構(gòu)。此外，第一質(zhì)量塊2220分別透過(guò)第一彈簧2232及第二彈簧 2234而連接于第一固定塊2212及第二固定塊2214。 在本實(shí)施例中，第二彈性結(jié)構(gòu)2270包括第三彈簧2272及第四彈簧2274，位于第 一轉(zhuǎn)動(dòng)軸C上并分別位于第二質(zhì)量塊2250的相對(duì)兩側(cè)，使得第二質(zhì)量塊2250以第一轉(zhuǎn)動(dòng) 軸C因非對(duì)稱而轉(zhuǎn)動(dòng)。第三彈性結(jié)構(gòu)2280包括第五彈簧2282及第六彈簧2284，位于第二 轉(zhuǎn)動(dòng)軸D上并分別位于第三質(zhì)量塊2260的相對(duì)兩側(cè)，使得第三質(zhì)量塊2260以第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸 D因非對(duì)稱而轉(zhuǎn)動(dòng)。 此外，第一質(zhì)量塊2220的面對(duì)基板2100的底面可以具有多個(gè)凸起(未繪示，其配 置方式與圖5的凸起300類似)，以避免第一質(zhì)量塊2220與基板2100在接觸時(shí)產(chǎn)生吸附效 應(yīng)(sticktion)而影響其加速度感測(cè)的效能。詳細(xì)而言，由于第一質(zhì)量塊2220和基板2100 間具有極小的間距，第一質(zhì)量塊2220在工藝或使用中因水氣而可能與基板2100粘住，而凸 起有助于降低此種現(xiàn)象的發(fā)生。此外，第二質(zhì)量塊2250與第三質(zhì)量塊2260上也可具有多 個(gè)微孔洞，以減少阻尼產(chǎn)生。 在本實(shí)施例中，基板2100例如是玻璃芯片。玻璃芯片包括玻璃基材及配置于其上 的導(dǎo)電層(未繪示，例如為導(dǎo)線及焊墊，類似于圖6中的配置方式)。結(jié)構(gòu)層2200例如是硅 芯片，其中第一質(zhì)量塊2220、上述的凸起、第二質(zhì)量塊2250、第三質(zhì)量塊2260、第一彈性結(jié) 構(gòu)2230、第二彈性結(jié)構(gòu)2270、第三彈性結(jié)構(gòu)2280、固定座2210、固定感測(cè)塊2240、梳狀電極 410(510)及固定梳狀電極420(520)可透過(guò)干蝕刻工藝而為一體成形的結(jié)構(gòu)。硅芯片(結(jié) 構(gòu)層2200)可通過(guò)陽(yáng)極芯片工藝與玻璃芯片(基板2100)結(jié)合。此外，結(jié)構(gòu)層2200的固定 座2210的底部具有接觸金屬，用以將產(chǎn)生的感測(cè)信號(hào)傳遞至基板2100上的焊墊及導(dǎo)線。
值得注意的是，本發(fā)明不限制固定感測(cè)塊及電容結(jié)構(gòu)位于第一質(zhì)量塊的內(nèi)部或外 部。在另一未繪示的實(shí)施例中，還可將所有的固定感測(cè)塊及電容結(jié)構(gòu)配置于第一質(zhì)量塊的 內(nèi)部而具有與前述實(shí)施例相同的感測(cè)功能。 承接上述所有實(shí)施例的變化，以下更提出另一實(shí)施例，其中對(duì)于已經(jīng)在前述實(shí)施 例中描述且可被合理應(yīng)用于以下實(shí)施例的內(nèi)容，將不再詳細(xì)贅述。 圖8為本發(fā)明又一實(shí)施例的多軸電容式加速度計(jì)的俯視圖。如圖8所示，多軸電容式加速度計(jì)3000包括基板3010以及結(jié)構(gòu)層3020。基板3010上具有如前述實(shí)施例所繪示的多個(gè)感測(cè)電極，而結(jié)構(gòu)層3020浮置于基板3010上。此結(jié)構(gòu)層3020例如是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層，包括下述元件。多個(gè)固定座3100，固定在基板3010上。在本實(shí)施例中，固定座3100例如是設(shè)置在下述的第一質(zhì)量塊3300內(nèi)部。第一質(zhì)量塊3300具有第四開(kāi)口 3310，第四開(kāi)口3310內(nèi)設(shè)有第二質(zhì)量塊3400。第二質(zhì)量塊3400具有第五開(kāi)口 3410與第六開(kāi)口 3420，第五開(kāi)口 3410內(nèi)設(shè)有第三質(zhì)量塊3500，而第六開(kāi)口 3420內(nèi)設(shè)有第四質(zhì)量塊3600。由至少第一彈性結(jié)構(gòu)3210、第二彈性結(jié)構(gòu)3220和第三彈性結(jié)構(gòu)3230所組成的多個(gè)彈性結(jié)構(gòu)，其中第一彈性結(jié)構(gòu)3210分別連接固定座3100與第一質(zhì)量塊3300，而第二彈性結(jié)構(gòu)3220分別連接第一質(zhì)量塊3300與第二質(zhì)量塊3400。此外，第一質(zhì)量塊3300透過(guò)第一彈性結(jié)構(gòu)3210被懸掛設(shè)置在基板3010上，并與固定座3100連接，用以感測(cè)在平面上的第一方向(本實(shí)施例以X軸方向?yàn)槔?或第二方向(本實(shí)施例以Y軸方向?yàn)槔?上的加速度，而對(duì)應(yīng)地沿X軸方向或Y軸方向平移。第二質(zhì)量塊3400透過(guò)第二彈性結(jié)構(gòu)3220被懸掛設(shè)置在第一質(zhì)量塊3300內(nèi)，而第二質(zhì)量塊3400可以沿著與第一質(zhì)量塊3300平移方向的同平面的垂直方向作平移。例如，當(dāng)?shù)谝毁|(zhì)量塊3300沿X軸方向平移時(shí)，第二質(zhì)量塊3400沿Y軸方向平移。
請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D8，多個(gè)第一固定感測(cè)塊3710，配置在第一質(zhì)量塊3300內(nèi)，其中每一第一固定感測(cè)塊3710與第一質(zhì)量塊3300或第二質(zhì)量塊3400之間形成第一電容結(jié)構(gòu)3810。此外，第三質(zhì)量塊3500與第四質(zhì)量塊3600對(duì)應(yīng)于基板3010上的感測(cè)電極(未繪示)，并且以第一質(zhì)量塊3300的中心軸為中心而對(duì)稱地配置于中心軸的相對(duì)兩側(cè)。第三質(zhì)量塊3500與第四質(zhì)量塊3600分別透過(guò)第三彈性結(jié)構(gòu)3230以非對(duì)稱的方式懸掛設(shè)置在第二質(zhì)量塊3400內(nèi)，且沿X軸方向具有轉(zhuǎn)動(dòng)軸3910，使第一質(zhì)量塊3300在Y軸方向上呈現(xiàn)不對(duì)稱性。當(dāng)?shù)谝毁|(zhì)量塊3300在第三方向(本實(shí)施例以Z軸方向?yàn)槔?受力時(shí)，第三質(zhì)量塊3500與第四質(zhì)量塊3600會(huì)以轉(zhuǎn)動(dòng)軸3910為中心轉(zhuǎn)動(dòng)，其中X軸方向、Y軸方向和Z軸方向彼此正交。前述的感測(cè)電極例如是配置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸3910的兩側(cè)。另外，多個(gè)第二固定感測(cè)塊3720配置在第二質(zhì)量塊3400內(nèi)，其中每一第二固定感測(cè)塊3720與第二質(zhì)量塊3400之間形成第二電容結(jié)構(gòu)3820。 在本實(shí)施例中，每一第一電容結(jié)構(gòu)3810包括由第一質(zhì)量塊3300或第二質(zhì)量塊3400延伸出來(lái)的具有多個(gè)梳狀電容板的梳狀電極3812以及由第一固定感測(cè)塊3710延伸出來(lái)具有多個(gè)固定梳狀電容板的固定梳狀電極3814。梳狀電極3812的梳狀電容板與固定梳狀電極3814的固定梳狀電容板相互平行且交替配置，并且例如是沿著X軸方向延伸，以感測(cè)Y軸方向的加速度。此外，每一第二電容結(jié)構(gòu)3820包括由第二質(zhì)量塊3400延伸出來(lái)的具有多個(gè)梳狀電容板的梳狀電極3822以及由第二固定感測(cè)塊3720延伸出來(lái)的具有多個(gè)固定梳狀電容板的固定梳狀電極3824。梳狀電極3822的梳狀電容板與固定梳狀電極3824的固定梳狀電容板相互平行且交替配置，并且例如是沿著Y軸方向延伸，以感測(cè)X軸方向的加速度。 此外，第一彈性結(jié)構(gòu)3210連接在第一質(zhì)量塊3300與固定座3100之間，使第一質(zhì)量塊3300能沿X軸方向或Y軸方向平移。第二彈性結(jié)構(gòu)3220連接在第二質(zhì)量塊3400與第一質(zhì)量塊3300之間，使第二質(zhì)量塊3400能沿與第一質(zhì)量塊3300平移方向的同平面的垂直方向作平移。換言之，通過(guò)第一彈性結(jié)構(gòu)3210與第二彈性結(jié)構(gòu)3220可以使得第一質(zhì)量塊3300與第二質(zhì)量塊3400在平面上平移。另外，第三彈性結(jié)構(gòu)3230被配置在第二質(zhì)量塊3400與第三質(zhì)量塊3500之間以及第二質(zhì)量塊3400與第四質(zhì)量塊3600之間。第三彈性結(jié)構(gòu)3230分別對(duì)應(yīng)連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸3910的兩端，以使得第三質(zhì)量塊3500與第四質(zhì)量塊3600能以轉(zhuǎn)動(dòng)軸3910為中心轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)然，本實(shí)施例的第一質(zhì)量塊3300的底面也可以形成有如同前述實(shí)施例所述的多個(gè)凸起，以避免第一質(zhì)量塊3300與基板3010在接觸時(shí)產(chǎn)生吸附效應(yīng)而影響其加速度感測(cè)的效能。此外，第三質(zhì)量塊3500與第四質(zhì)量塊3600上也可具有多個(gè)微孔洞，以減少阻尼產(chǎn)生。 以上各實(shí)施例的彈性結(jié)構(gòu)可為彈片或彈簧或及其等效的構(gòu)件等均為本發(fā)明的創(chuàng)作精神所包括的范圍內(nèi)。 綜上所述，本發(fā)明的多軸電容式加速度計(jì)在結(jié)構(gòu)層內(nèi)部配置多個(gè)獨(dú)立的質(zhì)量塊，且這些質(zhì)量塊本身及其轉(zhuǎn)動(dòng)軸對(duì)稱于第一質(zhì)量塊的中心軸，而適于相對(duì)第一質(zhì)量塊的中心軸對(duì)稱地轉(zhuǎn)動(dòng)。這些質(zhì)量塊因?yàn)榉菍?duì)稱結(jié)構(gòu)，因此受力時(shí)將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)并無(wú)線性位移，所以具有優(yōu)選的線性度。另外，這些質(zhì)量塊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)并不會(huì)影響用以感測(cè)平面加速度的質(zhì)量塊，并且具有較大的質(zhì)量，因此有助于提高感測(cè)的準(zhǔn)確度與靈敏度。此外，本發(fā)明針對(duì)平面感測(cè)提供了兩個(gè)軸向的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)機(jī)制例如設(shè)置相互獨(dú)立且可提供不同方向(如兩個(gè)正交方向)回復(fù)力的彈性結(jié)構(gòu)來(lái)帶動(dòng)質(zhì)量塊平移，或是采用兩個(gè)獨(dú)立的質(zhì)量塊來(lái)進(jìn)行同平面上的不同方向的平移。因此，本發(fā)明的多軸電容式加速度計(jì)在平面上不同方向(如X軸方向與Y軸方向)的感測(cè)不會(huì)相互干擾。 雖然本發(fā)明已以實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種多軸電容式加速度計(jì)，包括基板，該基板的表面上設(shè)置有兩個(gè)以上的感測(cè)電極；結(jié)構(gòu)層，包括多個(gè)固定座，固定于該基板的該表面上；第一質(zhì)量塊，浮置于該基板的該表面上方，該第一質(zhì)量塊具有中心軸以及位于該第一質(zhì)量塊內(nèi)部的第一開(kāi)口及第二開(kāi)口，該第一開(kāi)口及該第二開(kāi)口以該第一質(zhì)量塊的中心軸為中心而對(duì)稱地配置于該中心軸的相對(duì)兩側(cè)；第一彈性結(jié)構(gòu)，連接該固定座與該第一質(zhì)量塊；多個(gè)固定感測(cè)塊，鄰近該第一質(zhì)量塊并固定于該基板的該表面上，其中每一固定感測(cè)塊與該第一質(zhì)量塊之間形成電容結(jié)構(gòu)；第二質(zhì)量塊及第三質(zhì)量塊，浮置于該基板的感測(cè)電極上方，形成感測(cè)電容，并且分別位于該第一質(zhì)量塊的該第一開(kāi)口及該第二開(kāi)口內(nèi)；以及第二彈性結(jié)構(gòu)及第三彈性結(jié)構(gòu)，該第二彈性結(jié)構(gòu)及該第三彈性結(jié)構(gòu)分別將該第二質(zhì)量塊及該第三質(zhì)量塊不對(duì)稱地懸掛在該第一質(zhì)量塊的該第一開(kāi)口及該第二開(kāi)口內(nèi)并與之銜接，當(dāng)受Z軸方向的加速度作用時(shí)，該第二質(zhì)量塊及該第三質(zhì)量塊將沿平行于X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且第二質(zhì)量塊及該第三質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相互平行并以該第一質(zhì)量塊的中心軸為中心而對(duì)稱地配置于該中心軸的相對(duì)兩側(cè)。
2. 如權(quán)利要求1所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該多個(gè)固定感測(cè)塊位于該第一質(zhì)量 塊的外側(cè)。
3. 如權(quán)利要求2所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中每一組由該固定感測(cè)塊和該第一質(zhì) 量塊所形成的該電容結(jié)構(gòu)包括由該第一質(zhì)量塊延伸出來(lái)的梳狀電極，具有多個(gè)梳狀電容板；以及由該多個(gè)固定感測(cè)塊其中之一延伸出來(lái)的固定梳狀電極，具有多個(gè)固定梳狀電容板， 且該梳狀電容板與該固定梳狀電容板相互平行且交替配置。
4. 如權(quán)利要求3所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該電容結(jié)構(gòu)包括 多個(gè)第一電容結(jié)構(gòu)，每一第一電容結(jié)構(gòu)的該梳狀電容板與該固定梳狀電容板沿著與該基板表面平行的第一方向延伸，可成為感測(cè)第二方向加速度的電容結(jié)構(gòu)，其中該第一方向 與該第二方向位于同一平面上，且該第一方向與該第二方向正交；以及多個(gè)第二電容結(jié)構(gòu)，每一第二電容結(jié)構(gòu)的該梳狀電容板與該固定梳狀電容板沿著該第 二方向延伸，可成為感測(cè)該第一方向加速度的電容結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求2所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該多個(gè)固定座包括分別配置于該第 一質(zhì)量塊的相對(duì)兩側(cè)的第一固定塊及第二固定塊。
6. 如權(quán)利要求5所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第一彈性結(jié)構(gòu)包括分別對(duì)應(yīng)于該 第一固定塊及該第二固定塊的第一彈簧及第二彈簧，其中該第一彈簧及該第二彈簧提供沿 第一方向與第二方向的回復(fù)力，其中該第一方向與該第二方向位于同一平面上，且該第一 方向與該第二方向正交。
7. 如權(quán)利要求6所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第一質(zhì)量塊對(duì)稱于該中心軸，且 分別透過(guò)該第一彈簧及該第二彈簧連接于該第一固定塊及該第二固定塊。
8. 如權(quán)利要求2所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第二彈性結(jié)構(gòu)包括第三彈簧及第四彈簧，位于所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上并銜接該第一質(zhì)量塊與該第二質(zhì)量塊。
9. 如權(quán)利要求2所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第三彈性結(jié)構(gòu)包括第五彈簧及第 六彈簧，位于所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上并銜接該第一質(zhì)量塊與該第三質(zhì)量塊。
10. 如權(quán)利要求2所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第一質(zhì)量塊具有面對(duì)該基板的 底面，且該底面上具有多個(gè)凸起。
11. 如權(quán)利要求2所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第二與第三質(zhì)量塊上具有多個(gè) 微孔洞，可減少阻尼產(chǎn)生。
12. 如權(quán)利要求1所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第一質(zhì)量塊內(nèi)部還具有多個(gè)第 三開(kāi)口 ，且至少部分該多個(gè)固定感測(cè)塊分別位于該多個(gè)第三開(kāi)口內(nèi)。
13. 如權(quán)利要求12所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中每一組由該固定感測(cè)塊和該第一 質(zhì)量塊所形成的該電容結(jié)構(gòu)包括由該第一質(zhì)量塊延伸出來(lái)的梳狀電極，具有多個(gè)梳狀電容板；以及 由該多個(gè)固定感測(cè)塊其中之一延伸出來(lái)的固定梳狀電極，具有多個(gè)固定梳狀電容板， 且該梳狀電容板與該固定梳狀電容板相互平行且交替配置。
14. 如權(quán)利要求13所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該電容結(jié)構(gòu)包括 多個(gè)第一電容結(jié)構(gòu)，每一第一電容結(jié)構(gòu)的該梳狀電容板與該固定梳狀電容板沿著與該基板表面平行的第一方向延伸，可成為感測(cè)第二方向加速度的電容結(jié)構(gòu)，其中該第一方向 與該第二方向位于同一平面上，且該第一方向與該第二方向正交；以及多個(gè)第二電容結(jié)構(gòu)，每一第二電容結(jié)構(gòu)的該梳狀電容板與該固定梳狀電容板沿著該第 二方向延伸，可成為感測(cè)該第一方向加速度的電容結(jié)構(gòu)。
15. 如權(quán)利要求14所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該多個(gè)固定座包括分別配置于該 第一質(zhì)量塊的相對(duì)兩側(cè)的第一固定塊及第二固定塊。
16. 如權(quán)利要求15所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第一彈性結(jié)構(gòu)包括分別對(duì)應(yīng)于 該第一固定塊及該第二固定塊的第一彈簧及第二彈簧，其中該第一彈簧及該第二彈簧提供 沿第一方向與第二方向的回復(fù)力，其中該第一方向與該第二方向位于同一平面上，且該第 一方向與該第二方向正交。
17. 如權(quán)利要求16所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第一質(zhì)量塊對(duì)稱于該中心軸， 且分別透過(guò)該第一彈簧及該第二彈簧連接于該第一固定塊及該第二固定塊。
18. 如權(quán)利要求12所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第二彈性結(jié)構(gòu)包括第三彈簧及 第四彈簧，位于所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上并銜接該第一質(zhì)量塊與該第二質(zhì)量塊。
19. 如權(quán)利要求12所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第三彈性結(jié)構(gòu)包括第五彈簧及 第六彈簧，位于所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上并銜接該第一質(zhì)量塊與該第三質(zhì)量塊。
20. 如權(quán)利要求12所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第一質(zhì)量塊具有面對(duì)該基板的 底面，且該底面上具有多個(gè)凸起。
21. 如權(quán)利要求12所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第二與第三質(zhì)量塊上具有多個(gè) 微孔洞，可減少阻尼產(chǎn)生。
22. 如權(quán)利要求1所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第一彈性結(jié)構(gòu)、該第二彈性結(jié)構(gòu) 或該第三彈性結(jié)構(gòu)為彈片或彈簧。
23. —種多軸電容式加速度計(jì)，包括基板，其上具有多個(gè)感測(cè)電極； 結(jié)構(gòu)層，浮置于該基板上，該結(jié)構(gòu)層包括 多個(gè)固定座，固定在該基板上；多個(gè)彈性結(jié)構(gòu)，至少包括第一彈性結(jié)構(gòu)、第二彈性結(jié)構(gòu)和第三彈性結(jié)構(gòu)；第一質(zhì)量塊，透過(guò)該第一彈性結(jié)構(gòu)被懸掛設(shè)置在該基板上，并與該多個(gè)固定座連接，用 以感測(cè)在平面上的第一方向或第二方向上的加速度，而對(duì)應(yīng)地沿該第一方向或該第二方向 平移，其中該第一方向與該第二方向正交；第二質(zhì)量塊，透過(guò)該第二彈性結(jié)構(gòu)被懸掛設(shè)置在該第一質(zhì)量塊內(nèi)，而該第二質(zhì)量塊可 以沿著與該第一質(zhì)量塊平移方向的同平面的垂直方向作平移；多個(gè)第一固定感測(cè)塊，配置在該第一質(zhì)量塊內(nèi)，其中每一第一固定感測(cè)塊與該第一質(zhì) 量塊或該第二質(zhì)量塊之間形成第一電容結(jié)構(gòu)；第三質(zhì)量塊與第四質(zhì)量塊，該第三質(zhì)量塊及該第四質(zhì)量塊對(duì)應(yīng)于該基板上的該多個(gè)感 測(cè)電極并且以該第一質(zhì)量塊的中心軸為中心而對(duì)稱地配置于該中心軸的相對(duì)兩側(cè)，該第三 質(zhì)量塊與該第四質(zhì)量塊分別透過(guò)該第三彈性結(jié)構(gòu)以非對(duì)稱的方式懸掛設(shè)置在該第二質(zhì)量 塊內(nèi)，且沿該第一方向具有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，使該第一質(zhì)量塊在該第二方向上呈現(xiàn)不對(duì)稱性，并在該 第一質(zhì)量塊在第三方向受力時(shí)，以該轉(zhuǎn)動(dòng)軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)，其中該第三方向正交于該第一方 向與該第二方向所在的該平面；以及多個(gè)第二固定感測(cè)塊，配置在該第二質(zhì)量塊內(nèi)，其中每一第二固定感測(cè)塊與該第二質(zhì) 量塊之間形成第二電容結(jié)構(gòu)。
24. 如權(quán)利要求23所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中每一第一電容結(jié)構(gòu)包括 由該第一質(zhì)量塊或該第二質(zhì)量塊延伸出來(lái)的梳狀電極，具有多個(gè)梳狀電容板；以及 由該多個(gè)第一固定感測(cè)塊其中之一延伸出來(lái)的固定梳狀電極，具有多個(gè)固定梳狀電容板，且該梳狀電容板與該固定梳狀電容板相互平行且交替配置。
25. 如權(quán)利要求24所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中每一第一電容結(jié)構(gòu)的該梳狀電容 板與該固定梳狀電容板沿著該第一方向延伸，以感測(cè)該第二方向的加速度。
26. 如權(quán)利要求23所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中每一第二電容結(jié)構(gòu)包括 由該第二質(zhì)量塊延伸出來(lái)的梳狀電極，具有多個(gè)梳狀電容板；以及 由該多個(gè)第二固定感測(cè)塊其中之一延伸出來(lái)的固定梳狀電極，具有多個(gè)固定梳狀電容板，且該梳狀電容板與該固定梳狀電容板相互平行且交替配置。
27. 如權(quán)利要求26所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中每一第二電容結(jié)構(gòu)的該梳狀電容 板與該固定梳狀電容板沿著該第二方向延伸，以感測(cè)該第一方向的加速度。
28. 如權(quán)利要求23所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第一彈性結(jié)構(gòu)連接在該第一質(zhì) 量塊與該多個(gè)固定座之間，使該第一質(zhì)量塊能沿該第一方向和該第二方向二者其中之一平 移。
29. 如權(quán)利要求23所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第二彈性結(jié)構(gòu)連接在該第二質(zhì) 量塊與該第一質(zhì)量塊之間，使該第二質(zhì)量塊能沿與該第一質(zhì)量塊平移方向的同平面的垂直 方向作平移。
30. 如權(quán)利要求23所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第三彈性結(jié)構(gòu)被配置在該第二 質(zhì)量塊與該第三質(zhì)量塊之間以及該第二質(zhì)量塊與該第四質(zhì)量塊之間，并分別對(duì)應(yīng)連接該轉(zhuǎn)動(dòng)軸的兩端，以使得該第三質(zhì)量塊與該第四質(zhì)量塊以該轉(zhuǎn)動(dòng)軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)。
31. 如權(quán)利要求23所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該基板上感測(cè)電極配置在該轉(zhuǎn)動(dòng) 軸的兩側(cè)。
32. 如權(quán)利要求23所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第一質(zhì)量塊具有面對(duì)該基板的 底面，且該底面上具有多個(gè)凸起。
33. 如權(quán)利要求23所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第三與第四質(zhì)量塊上具有多個(gè) 微孔洞，可減少阻尼產(chǎn)生。
34. 如權(quán)利要求23所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第一質(zhì)量塊具有第四開(kāi)口，該 第四開(kāi)口內(nèi)設(shè)有該第二質(zhì)量塊，及該第二質(zhì)量塊具有第五開(kāi)口與第六開(kāi)口 ，而該第五開(kāi)口 內(nèi)設(shè)有該第三質(zhì)量塊，該第六開(kāi)口內(nèi)設(shè)有該第四質(zhì)量塊。
35. 如權(quán)利要求23所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該第一彈性結(jié)構(gòu)分別連接該固定 座與該第一質(zhì)量塊，而該第二彈性結(jié)構(gòu)分別連接該第一質(zhì)量塊與該第二質(zhì)量塊。
36. 如權(quán)利要求23所述的多軸電容式加速度計(jì)，其中該多個(gè)彈性結(jié)構(gòu)為彈片或彈簧。
全文摘要
一種多軸電容式加速度計(jì)，包括具有多個(gè)感測(cè)電極的基板及結(jié)構(gòu)層。結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)固定于基板的固定座、可動(dòng)的第一質(zhì)量塊、一組第一彈性結(jié)構(gòu)、多個(gè)固定感測(cè)塊、第二質(zhì)量塊、第三質(zhì)量塊、第二彈性結(jié)構(gòu)及第三彈性結(jié)構(gòu)。第一質(zhì)量塊浮置于基板上且具有對(duì)稱的第一開(kāi)口及第二開(kāi)口。第一彈性結(jié)構(gòu)連接固定座與第一質(zhì)量塊。固定感測(cè)塊固定于基板上，其中各固定感測(cè)塊上的梳狀結(jié)構(gòu)與第一質(zhì)量塊上的梳狀結(jié)構(gòu)間形成感測(cè)電容的結(jié)構(gòu)。第二質(zhì)量塊及第三質(zhì)量塊浮置于基板上且分別位于第一開(kāi)口及第二開(kāi)口內(nèi)，并與基板上的感測(cè)電極形成二個(gè)差動(dòng)式感測(cè)電容。第二質(zhì)量塊及第三質(zhì)量塊分別通過(guò)第二彈性結(jié)構(gòu)及第三彈性結(jié)構(gòu)個(gè)別非對(duì)稱地懸掛在第一質(zhì)量塊上。
文檔編號(hào)G01P15/18GK101738496SQ200910003218
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者簡(jiǎn)欣堂, 許郁文, 陳士 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院