CN101666647A - 用于旋转传感器装置的制造方法和旋转传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于旋转传感器装置(150)的制造方法，该旋转传感器装置具有支架(126，130，134，162，164)、振动质量(152)和至少一个弹簧(124)，振动质量(152)与支架(126，130，134，162，164)通过所述至少一个弹簧(124)连接，其中，所述至少一个弹簧(124)如此地设计，使得能够借助驱动装置将振动质量(152)置于相对于支架(126，130，134，162，164)绕振动轴线的振动运动中，该制造方法具有以下步骤：形成具有由半导体材料和/或金属制成的第一层和由半导体材料和/或金属制成的第二层的层序，其中，第一层(108)的面向第二层(112)的边界面至少部分地被一绝缘层所覆盖；由第一层结构化出所述至少一个弹簧(124)；和由第二层结构化出振动质量(152)的至少一个能够借助驱动装置(128，130)置于绕振动轴线的振动运动中的振动质量亚单元。此外本发明还涉及一种旋转传感器装置(150)。

Description

用于旋转传感器装置的制造方法和旋转传感器装置

技术领域

本发明涉及一种用于旋转传感器装置的制造方法。本发明还涉及一种相应的旋转传感器装置。

背景技术

微机械式角速率传感器(Drehratensensor)常用于感测与可旋转物体的旋转特性有关的信息。

图1A和1B示出一种常规的微机械式角速率传感器的示意图，该角速率传感器具有一条用于阐述其工作原理的敏感轴线。该常规的角速率传感器在DE 195 23 895A1中描述。

所示的角速率传感器10具有盘形的振动质量12，该振动质量12通过多个弹簧14与轮毂16连接。但是在图1A中仅示出了总共四个弹簧14中的两个。这些弹簧14设置在振动质量12的圆形的中部空隙中，轮毂16伸入该中部空隙中。轮毂16的与振动质量12相反指向的端部牢固地设置在基底18上。轮毂16和基底18是支架的亚单元，振动质量12可振荡地设置在该亚单元上。出于更清楚的目的，在图1A和1B中没有示出支架的其它部件。

成形为梳形电极的驱动电极20被构造在振动质量12上，但是在图1A中仅示出这些驱动电极20中的一个。对于振动质量12的每个驱动电极20都有两个与其共同作用的驱动电极22牢固地设置在基底18上。通过角速率传感器10的在其它方面未详细描述的控制装置可以在振动质量12的驱动电极20和相邻的基底18驱动电极22之间施加电压U。在驱动电极20和22之间施加电压U引起振动质量12相对于基底18绕振动轴线24作旋转运动，其中，振动轴线24垂直于盘形振动质量12的表面延伸。

在振动质量12上还设置有传感器电极26，所述传感器电极26具有电极梳的形状。另外的传感器电极28与振动质量12的传感器电极26相邻的地与基底18牢固连接。在此，振动质量12的每个传感器电极26和基底18的与该传感器电极26共同作用的传感器电极28耦接到带有电容器30的电路上。振动质量12绕振动轴线24的旋转运动引起电容器30的电容C1的变化。因此，振动质量12绕振动轴线24的旋转运动、尤其是相应的角速度可通过对相应电容器30的电容C1进行分析计算来获得。

如果角速率传感器10在振动质量12绕振动轴线24旋转运动期间发生绕角速率传感器10的敏感轴线32的旋转，则在振动质量12上产生科氏力Fc，该科氏力Fc引起振动质量12绕旋转轴线34的附加旋转运动(见图1B)。振动质量12绕旋转轴线34的旋转运动也可称为振动质量12相对于基底18表面的倾斜/偏转。

振动质量12绕旋转轴线34的倾斜/偏转引起振动质量12的与该旋转轴线34间隔开的第一端部36相对于基底18的距离的减小并且引起振动质量12的与第一端部36相对的第二端部38相对于基底18的距离的增加。为了获得这些端部36和38相对于基底18的距离的增加和减少，在基底18上构造有与振动质量12的端部36和38相对的对应电极40。在此，每个端部36和38与相应的对应电极40耦接到带有电容器42的电路上。因此，端部36或38和相应的对应电极40之间的距离的增加和减少引起相应的电容器42的电容C2的变化。在此，电容C2的变化与科氏力Fc成比例。相应地，电容C2的变化也取决于角速率传感器10绕敏感轴线32的旋转运动的角速率。因此，通过对电容器42的电容C2进行分析计算可以确定角速率传感器10绕敏感轴线32的旋转运动的角速率。

图2示出第二常规角速率传感器的振动质量的俯视图，该角速率传感器具有两条用于阐述其工作原理的敏感轴线。

角速率传感器50的所示盘形振动质量52具有已经描述过的驱动电极20和传感器电极26。与振动质量52的驱动电极20和传感器电极26相邻地，与之共同作用的驱动电极22和传感器电极28牢固地设置在角速率传感器50的(未画出的)基底上。因为以上已经描述了用于将振动质量52置于绕(未示出的)振动轴线的旋转运动中的驱动电极20和22的工作原理以及用于获得所述绕振动轴线的旋转运动的角速度的传感器电极26和28的工作原理，所以在此不再对它们进行说明。

振动质量52通过四个曲折形构造的弹簧54与轮毂56连接。除了轮毂56以外，在图2中没有示出角速率传感器50的支架的任何其它部件。弹簧54被如此地构造，使得绕振动轴线旋转的振动质量52能够绕两条旋转轴线58和60相对于支架倾斜/偏转。当角速率传感器50在振动质量52绕振动轴线作旋转运动期间绕其两条敏感轴线的至少一条旋转时，振动质量52发生绕至少一条旋转轴线58或60的这种倾斜运动。角速率传感器50绕位于第一旋转轴线58上的第一敏感轴线的旋转引起振动质量52绕第二旋转轴线60的倾斜/偏转。相应地，角速率传感器50绕位于第二旋转轴线60上的第二敏感轴线的旋转导致振动质量52绕第一旋转轴线58的倾斜。

振动质量52绕至少一条旋转轴线58或60的倾斜/偏转可以以上述方式借助设置在基底上的、未示出的对应电极来确定。因此，所述角速率传感器50具有如下优点：角速率传感器50绕位于由这两条敏感轴线撑起的平面中的轴线的旋转运动是可检测到的。

为了使振动质量52可绕这两条旋转轴线58和60偏转，弹簧54必须具有尽可能低的抗弯曲强度和相应低的抗扭曲强度。为了保证弹簧54具有低的抗弯曲强度和有利的抗扭曲强度，原则上需要具有相对大的最小长度和/或曲折形形状的弹簧54。直的弹簧的大的最小长度显著地提高了角速率传感器50的总延展尺寸并且由此使角速率传感器50在可旋转物体上的布置更加困难。

在使用曲折形弹簧的情况下，角速率传感器的精确设计布局变得显著更难。曲折形弹簧54同样沿着其纵轴线具有非对称的质量分布。所述至少一个弹簧54的非对称的质量分布可能导致角速率传感器的结果失真，例如导致检测到并未发生的转动。在此涉及角速率传感器50的不利的横向灵敏度或者涉及借助角速率传感器50检测的测量信号的串扰。

此外，不利的弹簧强度和/或抗扭曲强度引起具有驱动电极20和22的静电式驱动装置的相对高的驱动电压，所述不利的弹簧强度和/或抗扭曲强度即使在弹簧54具有比较大的长度和/或曲折形形状的情况下通常仍然总是存在。但是这样的高驱动电压的施加对静电式驱动装置提出了特殊要求并且由此阻碍电子驱动电路的成本有利的实施形式。

借助角速率传感器50描述的问题通常也会出现在仅具有一条敏感轴线的角速率传感器中。

发明内容

本发明提出了一种用于旋转传感器装置的制造方法，该旋转传感器装置具有支架、振动质量和至少一个弹簧，振动质量与支架通过所述至少一个弹簧连接，其中，所述至少一个弹簧如此地设计，使得能够借助驱动装置将振动质量置于相对于支架绕振动轴线的振动运动中，该制造方法具有以下步骤：形成具有由半导体材料和/或金属制成的第一层和由半导体材料和/或金属制成的第二层的层序，其中，第一层的面向第二层的边界面至少部分地被绝缘层覆盖；由第一层结构化出所述至少一个弹簧；和由第二层结构化出振动质量的至少一个能够借助驱动装置置于绕振动轴线的振动运动中的振动质量亚单元。

本发明还提出了一种旋转传感器装置，其具有：支架；振动质量；和至少一个弹簧，振动质量与支架通过所述至少一个弹簧连接，其中，所述至少一个弹簧如此地设计，使得能够借助驱动装置将振动质量置于相对于支架绕振动轴线的振动运动中。其中，所述至少一个弹簧沿着振动轴线具有第一高度，并且，振动质量的至少一个能够借助驱动装置而置于绕振动轴线的振动运动中的振动质量亚单元沿着振动轴线具有不同于第一高度的第二高度。

本发明基于以下认识：通常用于使振动质量与支架连接的弹簧平行于振动轴线具有一高度，该高度不利地提高了弹簧的弹簧强度和/或抗扭曲强度。在此，振动轴线是这样一条轴线，振动质量借助静电式驱动装置置于绕该轴线的旋转运动中。因此，这类弹簧通常必须构造成比较长的和/或曲折形的，以便抵消弹簧的相对大的高度的作用。

本发明也基于以下认识：用于将振动质量与支架连接的至少一个弹簧的高度是可减少的，其方式是与静电式驱动装置的至少一个安置在振动质量上的驱动电极不同地由一个其它的材料层结构化出所述至少一个弹簧。

在此明确指出：在本发明中使用的概念“由半导体材料和/或金属制成的第一层和第二层”没有确定这两层相互之间的空间布置。例如在该层序中第一层也可以设置在第二层之上。在这种情况下，为了形成该层序，首先施加第二层。随后在第二层上形成绝缘层。接着将第一层施加到该绝缘层上并且可能的话施加到第二层的由绝缘层仅部分地覆盖的边界面的至少一个部分面上。

优选的是，第一层构造成具有第一层厚并且第二层构造成具有不同于第一层厚的第二层厚。在此可以尤其是如此地形成第一层和第二层，使得第二层厚大于第一层厚。这借助简单可行的制造方法保证了有利的弹簧高度。

在该制造方法的一种有利实施方式中，第一层和第二层被如此地构造，使得第二层厚比第一层厚大至少5倍。这例如保证了由第二层形成的至少一个第二电极相对于所述至少一个弹簧的高度具有优选的大的高度。

在常规角速率传感器中，由一材料层结构化出用于将振动质量与支架连接的至少一个弹簧，由该材料层也形成静电式驱动装置的至少一个驱动电极。因此，所述至少一个弹簧的高度通常与所述至少一个驱动电极的高度相同。为了借助静电式驱动装置产生足够用于将振动质量置于期望的震荡运动中的力，有利的是，所述至少一个驱动电极具有比较大的高度。但是这种比较大的高度在常规角速率传感器中会对所述至少一个弹簧的弹簧强度和/或抗扭曲强度产生不利影响。

因此建议形成一个层序，该层序包含具有相对小的层厚的第一层和具有相对大的层厚的第二层。这两个层可以至少部分地通过绝缘层分开，使得第一层的、面向第二层的边界面至少部分地被绝缘层所覆盖。第一层和第二层可以由半导体材料和/或金属制成。在此，第一层和第二层可以含有不同的材料。所述至少一个弹簧由薄的第一层结构化出来。在此之前或之后，由相对厚的第二层结构化出用于静电式驱动装置的至少一个牢固地设置在振动质量上的驱动电极。

由用于形成静电式驱动装置的至少一个驱动电极的材料层常规地结构化出弹簧，这会导致弹簧需要很多空间，所述空间不能用作电极面。因此，通过根据现有技术的工艺使常规的旋转传感器装置理想地小型化是几乎不可能的。常规弹簧沿着静电式驱动装置的旋转轴线具有相对大的延展尺寸，转子的半径和转动惯量的减小附加地降低了所述常规弹簧的有利的抗扭曲强度并且因此要求形成更细的弹簧或者更加曲折的弹簧，但是这在常规方式上由于加工偏差的缘故几乎不可能实现。在本段中描述的问题可以通过本发明解决，其方式是由薄的材料层结构化出所述弹簧。以这种方式允许制造显著更加简单且更加紧凑的弹簧，这些弹簧在期望的平面外偏移(Out-Of-Plane-Auslenkung)方面是软的。

常规角速率传感器的复杂构造的曲折形弹簧使得传感器元件的机械布置很难并且干扰了弹簧悬挂的期望的对称性。由于对称性被破坏，根据现有技术的旋转传感器装置的功能性非常敏感地取决于弹簧连接点的精确位置。然而，这个问题允许通过使用简单且完全对称的弹簧来解决，所述弹簧可通过本发明实现。

优选地，该制造方法包括以下附加步骤：将至少一个第一电极牢固地设置在支架上；将至少一个第二电极牢固地设置在振动质量上；和形成一个构造为静电式驱动装置的驱动装置，使得能够在所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极之间施加一电压并且可以通过施加在所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极之间的电压将振动质量置于绕振动轴线的振动运动中。

附加地，由第二层结构化出第二电极的至少一个电极亚单元，其中，在第一层的至少一个部分区域上方在绝缘层中形成至少一个贯穿的空隙并且用第二层的材料填充所述至少一个贯穿的空隙，并且，由第一层的所述至少一个部分区域结构化出第二电极的一个另外的电极亚单元。因此，所述至少一个第二电极的高度至少为第一层和第二层的层厚之和。

在另一种有利的实施方式中，由第一层结构化出振动质量的一个另外的一体的振动质量亚单元。振动质量的电极在这种情况下可以通过扇形部连接，这些扇形部仅具有小的高度。因此，在所述至少一个第二电极的高度保持不变的情况下，允许以简单方式减少振动质量的质量。

优选地，由第二层结构化出至少一个对应电极，所述至少一个对应电极与一个由第一层的面向第二层的边界面结构化出的振动质量部分表面相对置，其中，形成一个传感器装置，该传感器装置设计用于检测由所述至少一个对应电极和至少一个振动质量部分表面形成的电容。因此，第二层可以附加地用于为所述至少一个对应电极提供材料。

在一种扩展方案中，制造方法包括以下附加步骤：在基底上形成第一绝缘层；在第一绝缘层上形成导电层；在导电层上形成第二绝缘层；在第二绝缘层上形成所述层序；和由导电层结构化出至少一条导线和/或至少一个对应电极。

绝缘层、第一绝缘层和第二绝缘层可以由绝缘材料构成，并且，在蚀刻绝缘层时，第一层作为蚀刻保护层完全覆盖第一绝缘层和/或第二绝缘层。因此，可以由蚀刻保护层、例如气相蚀刻保护层结构化出所述至少一个弹簧。为了制造旋转传感器装置，通常形成具有气相蚀刻保护层的层序，该气相蚀刻保护层例如应当在蚀刻步骤中保护设置在其下面的绝缘层。这样的蚀刻保护层可以由金属和/或硅构成。因此，本发明提供了蚀刻保护层的功能化以及该蚀刻保护层的平面。通过蚀刻保护层的多功能性可以附加地减小旋转传感器装置。

如果使用蚀刻保护层来制造所述至少一个弹簧，则可以使蚀刻保护层从其迄今的层厚(例如在0.3μm和0.6μm之间)加厚到1μm至3μm之间的层厚。蚀刻保护层的加厚在此不需要附加的加工费劲的步骤。

在相应的旋转传感器装置中也保证了在以上段落中描述的优点。

本发明可以用于具有一条敏感轴线的旋转传感器装置以及用于具有两条敏感轴线的旋转传感器装置。所述至少一条敏感轴线垂直于振动轴线，旋转传感器装置的静电式驱动装置将振动质量置于绕振动轴线的振动中。

在旋转传感器装置的一种有利的实施方式中，第二高度大于第一高度。这保证了上述优点。

尤其地，第一高度可以在0.3μm和3μm之间的范围中并且第二高度可以在8μm和20μm之间的范围中。这保证了所述至少一个弹簧在所述至少一个第二电极具有足够大的接触面积的情况下具有有利的抗弯曲强度和/或抗扭曲强度。

例如，所述至少一个弹簧是梁状弹簧，振动质量与支架通过所述至少一个弹簧连接。梁状弹簧允许以简单方式制造。

旋转传感器装置的此处所述的优点也允许通过相应的制造方法实现。

在本发明的一种扩展方案中，由一材料层结构化出旋转传感器装置的附加部件，所述至少一个弹簧完全由该材料层形成。例如，由用于所述至少一个弹簧的该材料层可以形成用于检测振动质量相对于支架的位置的电极。如下面有待更准确地描述的那样，这可以导致形成用于感测振动质量倾斜的附加电极。这通过增加单位面积的分布电容量来提高旋转传感器装置的电灵敏度。灵敏度的提高可以用于(在结构尺寸不变的情况下)提高传感器性能、抑制噪声或者用于(在性能不变的情况下)减小旋转传感器装置的尺寸。

驱动梳和驱动选择梳的区域也可以由具有相对大的层厚的层结构化出来。因此，在给定的驱动电压或给定的驱动力的情况下，驱动装置的灵敏度保持大小不变。同时，通过由明显更薄的层结构化出所述至少一个弹簧和/或转子的部分区域，传感器的弹簧强度和转动惯量相对于常规角速率传感器显著减少。因此，对工作点进行调节所需的驱动力更小。对于驱动电路，这样做具有以下优点：所需提供的驱动电压小。例如可以将等级低的充电泵用于静电式驱动装置。优选地，通过本发明使充电泵不再是必须的，这节省了ASIC的面积和成本。

附图说明

下面借助附图阐述本发明的其他特征和优点。附图中：

图1A和B示出具有一条用于阐述工作原理的敏感轴线的第一常规角速率传感器的示意图；

图2示出具有两条用于阐述工作原理的敏感轴线的第二常规角速率传感器的振动质量的俯视图；

图3示出用于展示旋转传感器装置的制造方法的第一实施方式的流程图；

图4示出用于展示所述制造方法的第二实施方式的层序的示意图；

图5示出旋转传感器装置的第一实施方式的部件的俯视图；

图6A和6B示出用于展示图5的旋转传感器装置的弹簧的高度、抗扭曲强度和抗弯曲强度之间的相互关系的两个坐标系；

图7A和7B示出旋转传感器装置的第二实施方式的示意图，其中，图7A示出旋转传感器装置的部件的俯视图，而图7B示出沿着旋转传感器装置的敏感轴线的横剖视图；和

图8示出旋转传感器装置的第三实施方式的部件的俯视图。

具体实施方式

图3示出用于展示旋转传感器装置的制造方法的第一实施方式的流程图。

在该制造方法的步骤S1中，形成具有至少一个由半导体材料和/或金属制成的第一层和至少一个由半导体材料和/或金属制成的第二层的层序。在此，第一层和第二层可以具有不同的材料。这两个层同样可以由相同的材料构成。优选地，第一层具有第一层厚，该第一层厚不同于第二层的第二层厚。例如，第一层厚小于第二层的第二层厚。有利的是，第一层厚显著地小于第二层厚。例如，第一层厚可以比第二层厚小至少五倍。在第一层和第二层之间形成绝缘层，使得第一层的面向第二层的边界面至少部分地被该绝缘层所覆盖。如以下有待更准确地说明的那样，绝缘层可以具有空隙，从而第一层具有与第二层接触的部分表面。以这种方式可以使第二层的区域直接地耦接在第一层上。

在该制造方法的另一个步骤S2中，由在步骤S1中形成的层序形成旋转传感器装置的单个部件。以这种方式制成的旋转传感器装置具有带有至少一个第一电极的支架和一个振动质量，至少一个第二电极牢固地设置在该振动质量上。第一电极和第二电极耦接在静电式驱动装置上，通过该静电式驱动装置能够在这两个电极之间施加一电压。旋转传感器装置的振动质量通过至少一个弹簧与所述支架连接。所述至少一个弹簧被如此地设计，使得能够通过在第一电极和第二电极之间施加电压而将振动质量置于绕振动轴线的振动运动中。如果旋转传感器装置绕一条与振动轴线不平行的旋转轴线旋转，则在被置于绕振动轴线的振动运动中的振动质量上作用有科氏力。所述至少一个弹簧附加地如此设计，使得振动质量由于科氏力而被置于绕一条与振动轴线不平行地定向的旋转轴线的旋转运动中。

在步骤S2中执行结构化出旋转传感器装置的在以上段落中描述的部件，这也包括由第一层结构化出至少一个弹簧(步骤S21)和由第二层结构化出牢固地设置在振动质量上的第二电极的至少一个亚单元(步骤S22)。在此，步骤S21和S22的表述并没有确定这些步骤的执行顺序。在步骤S21中结构化出所述至少一个弹簧可以先于或后于在步骤S22中结构化出第二电极进行。

通过由相对于第二层明显更薄的第一层结构化出所述至少一个弹簧来保证所述至少一个弹簧与第二电极相比具有明显小的高度。因此，所述至少一个弹簧允许以简单方式制造成具有有利的抗弯曲强度和良好的抗扭曲强度。

图4示出用于展示所述制造方法的第二实施方式的层序的示意图。

所示的层序具有作为最下层的基底100，该基底例如由硅制成。基底100的高度hs可以显著地大于层序的其他层的层厚。

在基底100的表面上形成第一绝缘层102。例如，通过热氧化形成第一绝缘层102。第一绝缘层102被导电层104覆盖。导电层104可以例如由硅和/或金属制成。例如，导电层104是埋置的多晶硅层。在稍后的方法步骤中可以由导电层104形成带状导线和/或电极。导电层104具有层厚hs1，该层厚hs1例如在0.3μm和1μm之间。优选地，导电层104具有0.5μm的层厚hs1。

导电层104被第二绝缘层106覆盖。接着在第二绝缘层106上施加第一层108。第一层108由半导体材料和/或金属制成。优选地，第一层108是多晶硅层。第一层108的层厚hs2例如在0.3μm和3μm之间的范围内。优选地，第一层108的层厚hs2为大约1.8μm。

接下来至少部分地以第三绝缘层110覆盖第一层108的表面。例如，在第一层108的表面上施加绝缘材料。接着可以在第三绝缘层110上蚀刻(未绘制出的)空隙。像第一绝缘层102和第二绝缘层106一样，第三绝缘层110可以是氧化层。这些绝缘层102、106和110可以用于使稍后形成的旋转传感器装置的电连线的部件相互绝缘。此外，绝缘层102、106和110可以是用于执行此处所述方法的蚀刻停止层。

绝缘层102、106和110可以在稍后的方法步骤中借助简单的蚀刻方法局部地去除。因此，进一步制成的旋转传感器装置的由半导体层和/或金属层结构化出来的单个部件可以通过至少部分地去除绝缘层102、106和110而彼此解耦并且由此可相对于彼此移动。

第一层108例如是用于蚀刻第三绝缘层110的蚀刻保护层。尤其是第一层108可以是用于气相蚀刻的蚀刻保护层。在此，第一层108保证了第三绝缘层110的蚀刻不会干扰位于其下的绝缘层102或106。这在以下情况下尤其有利：在施加第二绝缘层106之前由导电层104结构化出至少一条带状导线。

在以第三绝缘层110至少部分地覆盖第一层108的顶面之后，施加由半导体材料和/或金属制成的第二层112。优选地，第二层112是聚晶硅层并且具有层厚hs3，该层厚hs3显著地大于第一层108的层厚hs2。层厚hs3可以例如在8μm和20μm之间。

如果第一层108和第二层112之间的第三绝缘层110具有贯穿的空隙，则第二层112的一些区域接触到第一层108的顶面。以这种方式可以使第二层112的区域直接地耦接在第一层108上。同时，通过第一层108和第二层112之间的第三绝缘层110保证：第二层112的区域能够通过简单可行的蚀刻步骤与第一层108解耦。这保证了由层108和112的区域制成的部件相互间的活动性。

在该制造方法的继续过程中，由第二层112结构化出旋转传感器装置的牢固地设置在振动质量上的电极的亚单元。也由第一层108结构化出至少一个弹簧，振动质量通过所述至少一个弹簧与旋转传感器装置的支架连接。可以由第一层108附加地形成牢固地设置振动质量上的电极的一个另外的亚单元。此外，第一层108也可以用于给对应电极提供材料，该对应电极与至少部分地由第二层112形成的振动质量相对。旋转传感器装置的由第一层108和第二层112结构化出来的部件的可能形状及其彼此间的布置借助下面的图进行说明。对于普通技术人员而言，该制造方法的其它步骤从对图的比较中得出并且因而在此不再说明。

在此应注意，本发明并不限于这样的制造方法，在该制造方法中由第一层108结构化出至少一个弹簧，该第一层设置在第二层110下面，由第二层至少部分地形成至少一个固定在振动质量上的电极。替代地，普通技术人员也可以对借助图4描述的制造方法如此地进行扩展，使得第一层108施加在第二层112上。

图5示出旋转传感器装置的第一实施方式的部件的俯视图。

示意性再现的旋转传感器装置120具有盘形的振动质量122，该振动质量122借助四个弹簧124与轮毂126连接。在此，轮毂126是旋转传感器装置120的支架的唯一示出的部件，振动质量122可以相对于该轮毂126移动。轮毂126的反向于振动质量122指向的端部牢固地与支架的(未示出的)基底连接。

振动质量122的一些区域被构造为驱动电极128。优选地，振动质量122的驱动电极128具有梳形电极的形状。与振动质量122的每个驱动电极128相邻地各有一个共同作用的驱动电极130被牢固地设置在旋转传感器装置120的支架上。驱动电极128和130是静电式驱动装置的单元，振动质量122经由静电式驱动装置通过在这些驱动电极128和130之间施加电压而被置于绕沿着轮毂126纵向延伸的振动轴线的振动运动中。

为了感测振动质量122绕振动轴线的振动运动，在振动质量122上附加地构造一个传感器电极132。例如传感器电极132具有梳形电极的形状。振动质量122的每个传感器电极132与相邻地、牢固地设置在旋转传感器装置120的支架上的传感器电极134共同作用。在一个电容器的每个电极上各耦接两个共同作用的传感器电极132和134。因此，像支架的驱动电极130一样，支架的传感器电极134也不会由于振动质量122的振动而移动其位置。振动质量122绕振动轴线的振动由此引起与传感器电极132和134耦接的电容器的电容变化。通过分析计算电容器的电容可以求得振动质量122绕振动轴线的振动运动的幅值和/或角速度。

如果旋转传感器装置120在振动质量122绕振动轴线转动的过程中发生绕一与该振动轴线不平行的旋转轴线的旋转，则在运动的振动质量122上引起科氏力。该科氏力可以引起振动质量122相对于基底的附加运动。

在旋转传感器装置120中如此地构造设置在振动质量122的中部空隙136内的弹簧124，使得科氏力能够引起振动质量122绕位于由两条旋转轴线138和140撑开的平面中的轴线的附加旋转运动。振动质量122的所述旋转运动也可称为振动质量122绕这两条旋转轴线138和140中的至少一条的倾斜/偏转。旋转轴线138和140的位置通过弹簧124在轮毂126上的布置来确定。如果旋转传感器装置120具有四个弹簧124，则可以使每两个弹簧124彼此平行地定向，其中，这两个彼此平行的弹簧124的纵轴线位于旋转轴线138或140上。旋转传感器装置120的这两条旋转轴线优选以90°的角度彼此错置。

振动质量122绕至少一条旋转轴线138或140的倾斜/偏转引起振动质量122的至少两个扇形部142至148和基底之间的平均距离的变化。在此，扇形部142至148分别构造在振动质量122的驱动电极128和相邻传感器电极132之间。扇形部142至148彼此分别错置90°地设置在振动质量122上。

例如，振动质量122绕第一旋转轴线138的旋转运动(在旋转传感器装置120绕位于第二旋转轴线上的第二敏感轴线旋转时)引起扇形部144和148到基底的平均距离的变化。相应地，振动质量122绕第二旋转轴线140的倾斜/偏转(在旋转传感器装置120绕位于第一旋转轴线上的第一敏感轴线旋转时)导致扇形部142和146到基底的平均距离的变化。为了确定扇形部142至148到位于其下的基底的平均距离的变化，扇形部142至148构造为电极。在每个扇形部142至148下方附加地在基底上设置一个(未示出的)对应电极。在电容器的每一个电极上分别耦接一个扇形部142至148和相邻的对应电极。因此，平均距离的变化引起相应的电容器的电容的增加或降低。

作用在绕振动轴线旋转的振动质量122上的科氏力在其方向上和在其大小上相应于旋转传感器装置120的旋转运动的空间位置和旋转速度。因此，扇形部142至148相对于基底的平均距离的变化和引起的相应电容器的电容变化与旋转传感器装置120的旋转运动的空间位置和旋转速度成比例。因为用于由配属于扇形部142至148的电容器的电容求得这些参数的分析处理方法在现有技术中是已知的，所以在此不再详细说明。

振动质量122通过这些设置在中部空隙136中的弹簧124与轮毂126连接，这些弹簧124具有的高度明显比驱动电极和/或传感器电极128至134的高度更小。在此，弹簧124和电极128至134的高度是部件124和128至134在平行于振动轴线的方向上的最大宽度。

例如，弹簧124的高度处在1.5μm和2μm之间，而驱动电极128或130和/或传感器电极132或134的高度处在8μm和15μm之间。弹簧124的高度可以以1.8μm相对于电极128至134的10.6μm的高度小5倍。这有利地影响到弹簧124的抗弯曲强度和/或抗扭曲强度。在此，重新给出的抗弯曲强度规定了弹簧124在平行于振动轴线的方向上的可弯曲性。抗扭曲强度相应于弹簧绕其纵轴线的可弯曲性。

由于弹簧124的抗弯曲强度和/抗扭曲强度降低，弹簧124可以构造得更短和或更紧凑，其中，弹簧124同时保持其用于旋转传感器装置120的功能性。更短的弹簧124能够实现小的空隙136并且由此能够实现直径更小的振动质量122，这易化了旋转传感器装置120在旋转物体中的安装。附加地，用作检测电极表面的扇形部142至148可以更近地设置在轮毂126旁边，以提高旋转传感器装置120的静止电容。

作为对此的替代或者补充，降低的抗弯曲强度和/或降低的抗扭曲强度保证了适合于旋转传感器装置120的弹簧124的凸显程度较低的曲折形的和/或螺旋形的形状。这能够实现沿着弹簧124的纵轴线的对称的质量分布。这也可以表述为形成由弹簧124构成的、具有改进的对称性的悬挂。该悬挂的改进的对称性显著地有助于减少出现在常规角速率传感器中的串扰特性。附加地，具有凸显程度较低的曲折形形状的弹簧124需要的安装面积小并且精确地布置弹簧124所需的费劲的加工步骤少。

尤其地，相对于电极128至134高度减少的弹簧124高度可以用于消除弹簧124的曲折形构造。在这种情况下，如图5所示，弹簧124具有梁状形状。在此，每两个弹簧124沿着旋转轴线138或140延伸，其中，旋转轴线以90°的角度相互定向。振动质量122在轮毂126上的由四个弹簧124构成的悬挂因此具有完全的90°旋转对称和同样完全的180°镜像对称。因此，横向灵敏度得以改善并且通常出现在旋转传感器装置120中的串扰特性被有效地且以简单方式避免。旋转传感器装置120由此仅以相对小的、通常可忽略的小概率输出失真报告。

在图5中所示的旋转传感器装置120可以借助根据图3和4描述的制造方法制造。例如，在图5中所示的部件122至134和142至148由在图4中所示的层序结构化出来。在此，弹簧124可以由具有相对小的层厚的第一层形成，这保证了上述的与抗弯曲强度和/或抗扭曲强度有关的优点。带有电极134至138和扇形部142至148的振动质量122可以至少部分地由相对厚的第二层结构化出来。通过高度相对大的电极128至134保证产生足够的静电力来激励振动质量122绕振动轴线作旋转运动。传感器电极132至134的检测精度也以这种方式提高。

为了附加地增加电极128至134的高度，可以在施加第二层之前在位于稍后形成的电极128至134区域下方的面积上去除第三绝缘层。因此，第二层在所述区域中接触第一层。电极128至134由此也可以蚀刻在第二层中。电极128至134的高度由此为第一层和第二层的层厚之和。

轮毂126同样可以至少部分地由第二层形成。优选地，轮毂126也含有第一层的区域。

与构造为检测电极面的扇形部142至148共同作用的(未示出的)对应电极可以由施加在基底上的导电层蚀刻出来。通到对应电极的带状导线也可以由导电层形成。在此，可以在施加第二绝缘层之前由导电层结构化出对应电极和带状导线。在这种情况下，第一绝缘层和第二绝缘层在蚀刻第三绝缘层期间受第一层保护。因此，第一层也可以执行蚀刻保护层的功能。这尤其在气相蚀刻中是有利的。

第三绝缘层的蚀刻在此这样地进行，使得完全由第一层形成的弹簧124牢固地与振动质量122连接。因为相应的蚀刻方法在现有技术中是已知的，所以在此不再对此更详细地说明。

图6A和6B示出两个坐标系，用于展示图5的旋转传感器装置的弹簧的高度、抗扭曲强度和抗弯曲强度之间的相互关系。在这两个坐标系中，横坐标相应于弹簧的高度hf。图6A的坐标系的纵坐标规定以N/m为单位的相应的抗弯曲强度B。在图6B中示出的坐标系具有作为纵坐标的以Nm/rad为单位的抗扭曲强度T。

具有高度hf的弹簧构造为硅制的梁状弹簧。该弹簧具有3μm的宽度和200μm的长度。像借助坐标系表明的那样，抗弯曲强度B和抗扭曲强度T显著地取决于弹簧的高度hf。例如，弹簧的高度hf以至少为5的因素从10.6μm减少到1.8μm引起抗弯曲强度以几乎200的因素降低，而抗扭曲强度同时以大约20的因数降低。

抗弯曲强度B和抗扭曲强度T规定了平面外抗弯曲强度和平面外抗扭曲强度，所述抗弯曲强度和抗扭曲强度在振动质量绕至少一条敏感轴线偏移/倾斜时反作用于所述振动质量的偏移运动。因此，通过显著降低的抗弯曲强度B和抗扭曲强度T使振动质量绕所述至少一条敏感轴线的偏移/倾斜明显更加容易。借助振动质量绕所述至少一条敏感轴线的更明显地凸显的偏移运动允许更好地检测带有旋转传感器装置的物体的旋转。

图7A和7B示出旋转传感器装置的第二实施方式的示意图，其中，图7A示出旋转传感器装置的部件的俯视图，而图7B示出沿着旋转传感器装置的敏感轴线的横剖视图。

示意性再现的旋转传感器装置150具有振动质量152，该振动质量通过四个弹簧124悬挂在与支架连接的轮毂126上。这些弹簧124可以构造为梁状弹簧。例如，这些弹簧124由硅制成并且具有3μm的宽度和200μm的长度。每两个弹簧124沿着旋转传感器装置150的一条敏感轴线设置。在此，这些弹簧124限定了旋转轴线138和140的位置，振动质量152可绕这些旋转轴线相对于支架的基底倾斜/偏转。

在振动质量152上构造有驱动电极128和传感器电极132，这些电极以上述方式与牢固地设置在支架上的驱动电极130和传感器电极134共同作用。因此，不再重复描述用于感测旋转传感器装置150绕至少一条位于旋转轴线138或140上的敏感轴线的旋转的方法步骤。

图7B示出沿着旋转传感器装置150的位于旋转轴线138上的敏感轴线的横剖视图。在此可看到，与上述的实施方式不同，旋转传感器装置150的振动质量152具有扇形部154至160，这些扇形部的高度hk与弹簧124的高度hf相同。弹簧124的高度hf和扇形部154至160的高度hk在此显著地小于电极128至134的(未示出的)高度。这保证了振动质量152的总质量明显减少。因此，振动质量152可以借助更小的静电力而置于绕沿着轮毂126延伸的振动轴线的振动运动中。因此，用于使振动质量152运动的静电式驱动装置可以成本有利地实施。

与上述的实施方式不同，作为旋转传感器装置150的另一补充，在扇形部154至160上方设置附加的对应电极162。但是出于清楚的目的，在图7A中仅示出了一个对应电极162。

借助图7B的横剖视图可以阐明对应电极162的功能。所示的扇形部154至158中的每一个都设置在上对应电极162和下对应电极164之间。在此，扇形部154在静止状态中与上对应电极162具有平均距离d1并且与下对应电极164具有距离d2。如果在振动质量152上作用有引起振动质量152绕敏感轴线140倾斜的科氏力，则平均距离d1和d2改变。通过将上对应电极162安置在振动质量152上，不仅可以感测扇形部154和下对应电极164之间的距离d2的变化，而且可以感测上对应电极162和扇形部154之间的距离d1的变化。因此，可以更可靠地且更精确地确定振动质量152绕旋转轴线140的倾斜/偏转。相应地，这也适用于其他的扇形部156至160及与其共同作用的对应电极162和164。

每个上对应电极162和与其相对的下对应电极164可以位于相同的电位上。在此，可以从旋转传感器装置150的外侧接触这些上电极162。当然，也可以从旋转传感器装置150的内侧接触对应电极162和164。由于总对应电极162和164的分布电容量更高，所以接触部可以设计得更小。

与上述的实施方式不同，旋转传感器装置150具有对应电极162和164的更大的总检测面积并且由此能够实现更好的信噪比。作为改善信噪比的替代，旋转传感器装置150也可以具有直径更小的振动质量152，因为分布电容量和面积之比更大。

借助图7A和7B再现的旋转传感器装置150可以借助已经描述过的制造方法形成。在该制造方法的一种特别有利的实施方式中，扇形部154至160和弹簧124仅仅由图4的层序的第一层结构化出来。而上对应电极162至少部分地由第二层形成。下对应电极164可以由导电层形成。

为了保证电极128至134具有尽可能有利的高度，这些电极可以由第一层和第二层结构化出来。在此，在施加第一层和第三绝缘层之后在第三绝缘层中蚀刻贯穿的空隙。在此尤其是从第一层的这样一些区域中去除第三绝缘层，在稍后进行的方法步骤中从所述区域结构化出电极128和134的亚单元。这保证了用于结构化出电极128至134的亚单元的第二层区域直接地接触第一层。而形成稍后的扇形部154至160和弹簧124的第一层区域继续被第三绝缘层覆盖。形成上对应电极162的第二层区域被设置成与扇形部154至160间隔开(见图7B)。

通过电极128至134的能以这种方式实现的相对大的高度保证了静电式驱动装置的功能性。因此，尤其是仅需在驱动电极128和130之间施加相对小的电压。同时允许对用于分析计算传感器电极132和134的电容的分析计算电路进行简化并且由此允许使用成本有利的传感器模块。

以这种方式允许借助简单可行的工作步骤成本有利地制造具有上述优点的旋转传感器装置150。如上所述，除了扇形部154至160以外，弹簧124也可以完全由第一层形成。同时可以将第一层用作蚀刻保护层。

图8示出旋转传感器装置的第三实施方式的部件的俯视图。

在示意性再现的旋转传感器装置180中，振动质量182借助四个曲折形弹簧184悬挂在轮毂126上。替代曲折形的形状，这些弹簧184也可以具有其他的形状。例如，旋转传感器装置180的一种实施方式的弹簧184也可以是螺旋弹簧。

在振动质量182上设置有已述的驱动电极128和传感器电极132。与电极128和132共同作用的驱动电极130和传感器电极134牢固地设置在(未示出的)基底上，轮毂126的与振动质量182相反指向的端部也固定在所述基底上。例如，电极128至134可以构造为梳形电极。在此不再对电极128至134的上面已经描述过的共同作用进行说明。

与旋转传感器装置的上述实施方式不同，曲折形弹簧184沿着轮毂126的纵向具有明显大于2μm的高度。例如，曲折形弹簧184的高度在8μm至15μm之间的范围内。

为了即使在曲折形弹簧184具有相对大的高度的情况下仍允许振动质量182绕穿过轮毂126延伸的振动轴线作振动运动，曲折形弹簧184的曲折形形状明显地凸显。因此，振动质量182可以由于曲折形弹簧184具有明显凸显的曲折形形状而进行期望的绕振动轴线的振动运动。

曲折形弹簧184附加地如此构造，使得借助驱动电极128和130置于绕振动轴线的振动运动中的振动质量182能够在旋转传感器装置180绕一条敏感轴线旋转过程中绕至少一条旋转轴线138或140倾斜/偏转。因为上面已经描述了旋转传感器装置180绕一条位于由敏感轴线撑开的平面中的旋转轴线的旋转和由科氏力引起的振动质量182绕旋转轴线138和/或140的倾斜/偏转之间的相互关系，所以在此仅参照这些文字位置。

盘形的振动质量182具有四个扇形部186至192。这些扇形部186至192的每一个都设置在驱动电极128和相邻的传感器电极132之间。优选地，扇形部186至192相互错置90°地设置在振动质量182上。

扇形部186至192沿着轮毂126的纵向具有的高度明显小于曲折形弹簧184的高度。而电极128至134如此地构造，使得这些电极沿着轮毂126纵向的高度大于曲折形弹簧184的高度。通过电极128至134的相对大的高度保证了两个共同作用的电极128至134之间的良好的静电式交互作用。扇形部186的相对小的高度有助于降低振动质量182的总质量。因此，在科氏力的大小给定的条件下，与质量较大的振动质量182相比，质量减小的振动质量182在绕至少一条旋转轴线138或140倾斜时展现出更明显的偏移。因此，高度降低的扇形部186保证了更好的信噪比。

在一种扩展方案中，可以在扇形部186至192上方设置已经借助上述实施方式描述的上对应电极162。因此，高度相对小的扇形部186至192提供了如下可能性：以节省空间的方式将上对应电极162设置在振动质量182上。但是出于更清楚的目的，在图8中仅示出了一个在扇形部186上方的上对应电极162。

除上对应电极162之外，下对应电极也可以设置在振动质量182上。同时使用上对应电极162和(未示出的)下对应电极的好处已经借助以上实施方式阐明。例如，上对应电极162和下对应电极保证了可靠且精确地确定振动质量182绕两条旋转轴线138和140中的至少一条的倾斜。

在具有上对应电极162和下对应电极的旋转传感器装置180中存在较大的总检测面积。因此，在不使旋转传感器装置180的信噪比相对于仅具有下对应电极的旋转传感器的信噪比变差的情况下，旋转传感器装置180也可以具有直径更小的振动质量182。

在图8中示意性示出的旋转传感器装置180可以借助按照图3所述的制造方法制造。与图4的制造方法不同，曲折形弹簧184在此由第一层结构化出来，该第一层具有相对大的第一层厚。而扇形部186至196仅由第二层形成，该第二层的层厚与第一层厚相比明显更小。

电极128至134优选地既由第一层的区域又由第二层的区域组成。在这种情况下，电极128至134的高度与第一层厚和第二层厚之和相同。例如，在将第一层和第二层中的上面一个施加到这两个层的下面一个上之前，从这两个层中的下面一个的这样一些区域中去除绝缘层，电极128至134的亚单元稍后由所述区域形成。用到的第一层和第二层的概念并不确定用于施加这些层的层序。

对于普通技术人员而言，用于旋转传感器装置180的制造方法的其他步骤以简单方式借助对上图的描述得出。

借助以上段落描述的本发明并不限于具有两条敏感轴线的旋转传感器装置。替代地，在此所描述的本发明也可以应用在仅具有一条敏感轴线的旋转传感器装置中。例如，这类旋转传感器装置在汽车中用在防打滑程序ESP，用于导航和/或用于翻转测量(Roll-Over-Sensing)。旋转传感器装置也可以在家用电子装置中用于图像稳定领域、运动选择领域和/或导航领域中。

Claims (15)

1.一种用于旋转传感器装置(120，150)的制造方法，该旋转传感器装置具有支架(126，130，134，162，164)、振动质量(122，152)和至少一个弹簧(124)，振动质量(122，152)与支架(126，130，134，162，164)通过所述至少一个弹簧(124)连接，其中，所述至少一个弹簧(124)如此地设计，使得能够借助驱动装置将振动质量(122，152)置于相对于支架(126，130，134，162，164)绕振动轴线的振动运动中，该制造方法具有以下步骤：

形成具有由半导体材料和/或金属制成的第一层(108)和由半导体材料和/或金属制成的第二层(112)的层序，其中，第一层(108)的面向第二层(112)的边界面至少部分地被一绝缘层(110)所覆盖(S1)；

由第一层(108)结构化出所述至少一个弹簧(124)(S21)；和

由第二层(112)结构化出振动质量(122，152)的至少一个能够借助驱动装置(128，130)置于绕振动轴线的振动运动中的振动质量亚单元(S22)。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，第一层(108)构造成具有第一层厚(hs2)并且第二层(112)构造成具有不同于第一层厚(hs2)的第二层厚(hs3)。

3.根据权利要求2所述的制造方法，其中，第一层(108)和第二层(112)被如此地构造，使得第二层厚(hs3)大于第一层厚(hs2)。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其中，第一层(108)和第二层(112)被如此地构造，使得第二层厚(hs3)比第一层厚(hs2)大至少5倍。

5.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，具有以下附加步骤：

将至少一个第一电极(130)牢固地设置在支架(126，130，134，162，164)上；

将至少一个第二电极(128)牢固地设置在振动质量(122，152)上；和

形成一个构造为静电式驱动装置的驱动装置，使得能够在所述至少一个第一电极(130)和所述至少一个第二电极(128)之间施加一电压(U)并且能够通过施加在所述至少一个第一电极(130)和所述至少一个第二电极(128)之间的电压(U)将振动质量(122，152)置于绕振动轴线的振动运动中。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其中，由第二层(112)结构化出第二电极(128)的至少一个电极亚单元，在第一层(108)的至少一个部分区域上方在绝缘层(110)中形成至少一个贯穿的空隙且用第二层(112)的材料填充所述至少一个贯穿的空隙，并且，由第一层(108)的所述至少一个部分区域结构化出第二电极(128)的一个另外的电极亚单元。

7.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，由第一层(108)结构化出振动质量(152)的一个另外的一体的振动质量亚单元。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其中，由第二层(112)结构化出至少一个对应电极(162)，所述至少一个对应电极(162)与由第一层(108)的面向第二层(112)的边界面结构化出的振动质量部分表面(154，156，158，160)相对置，并且，形成一个传感器装置，该传感器装置设计用于感测由所述至少一个对应电极(162)和至少一个振动质量部分表面(154，156，158，160)形成的电容。

9.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，具有以下附加步骤：

在基体(100)上形成第一绝缘层(102)；

在第一绝缘层(102)上形成导电层(104)；

在导电层(104)上形成第二绝缘层(106)；

在第二绝缘层(106)上形成所述层序；和

由导电层(104)结构化出至少一条导线和/或至少一个对应电极(164)。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，绝缘层(110)、第一绝缘层(102)和第二绝缘层(106)由绝缘材料构成，并且，在蚀刻绝缘层(110)时，第一层(108)作为蚀刻保护层完全覆盖第一绝缘层(102)和/或第二绝缘层(106)。

11.一种旋转传感器装置(120，150)，具有：

支架(126，130，134，162，164)；

振动质量(122，152)；和

至少一个弹簧(124)，振动质量(122，152)与支架(126，130，134，162，164)通过所述至少一个弹簧(124)连接，其中，所述至少一个弹簧(124)如此地设计，使得能够借助驱动装置将振动质量(122，152)置于相对于支架(126，130，134，162，164)绕振动轴线的振动运动中；

其中，所述至少一个弹簧(124)沿着振动轴线具有第一高度(hf)，并且，振动质量(122，152)的至少一个能够借助驱动装置(128，130)置于绕振动轴线的振动运动中的振动质量亚单元沿着振动轴线具有不同于第一高度(hf)的第二高度。

12.根据权利要求11所述的旋转传感器装置(120，150)，其中，第二高度大于第一高度(hf)。

13.根据权利要求12所述的旋转传感器装置(120，150)，其中，振动质量(122，152)的振动质量亚单元是牢固地设置在振动质量(122，152)上的电极(128)的一部分。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的旋转传感器装置(120，150)，其中，所述至少一个弹簧(124)是梁状弹簧，振动质量(122，152)通过所述至少一个弹簧(124)与支架(126，130，134，162，164)连接。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的旋转传感器装置(120，150)，其中，振动质量(122，152)能够附加地由于科氏力(Fc)而绕不平行于振动轴线定向的旋转轴线(138，140)旋转。

Images