CN101842709A - 微机械结构元件和用于运行微机械结构元件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种微机械结构元件(1)，其中，该微机械结构元件具有一些固定电极(3)和一个振动质量(19)，该振动质量通过悬挂元件(5)与载体基板(18)连接并且可相对于该载体基板运动，该振动质量具有反电极，这些反电极通过第一导电连接结构(8)相互连接，并且所述固定电极此外具有测量电极(7)和解耦的电极，其中，这些测量电极设置成作为电分析处理器件起作用，而与所述解耦的电极(6)相对置的所述反电极(4)设置成作为改变频带的机械元件起作用。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1前序部分的微机械结构元件。
背景技术
这样的微机械结构元件已普遍公知。例如，由文献DE 19817 357 A1公开了一种加速度传感器，该加速度传感器具有载体基板和振动质量，其中，平行于基板的主延伸平面的加速度引起振动质量相对于载体基板的偏移，该偏移通过固定地与振动质量连接的电极和固定地与载体基板连接的反电极电容式地实现。运动质量的基本电容与振动质量的偏移运动的衰减一样取决于电极的数量，因此基本电容与偏移运动的衰减相互耦合。
发明内容
根据并列的权利要求，按本发明的微机械结构元件和按本发明的用于运行微机械结构元件的方法具有以下优点：与现有技术相比，实现了电极的基本电容与通过电极的频带调节的解耦。基本电容基本上通过运动的反电极与相应的或者说相对置的固定电极之间的单个电容的累加形成。小的基本电容在此是有利的，其中，尤其是能够使用更小的参考电容，更小的参考电容允许在相对小的载体基板面积上实现根据本发明的微机械结构元件，优选加速度传感器。同时，反电极的数量决定了振动质量的机械偏移的频带，特别有利的是该振动质量视对微机械结构元件的要求而定在制造过程中相应地适配。基本电容与频带的解耦根据本发明通过以下方式实现：仅仅使固定电极的一部分被电接触并且作为测量电极起作用。这些测量电极基本上决定了振动质量的基本电容，而振动质量上的与解耦的电极相对置的反电极仅作为改变频带的机械元件起作用，因为解耦的电极例如与振动质量短接，因此在解耦的电极和振动质量之间没有任何电容起作用。在其它条件保持不变的情况下，在载体基板平面中出现加速度力时振动质量相对于载体基板的位置变化和/或相对运动的频带的带宽调节通过改变振动质量的总质量实现，该总质量通过改变与解耦的电极相对置的反电极的数量来改变，其中，所述反电极数量的改变通过解耦的电极的数量的适配来实现。因此，在不改变基本电容的情况下，能够实现对于载体基板平面中期望的、待测量的加速度力的频率特性的优化。优选的是，振动质量的频率特性的进一步调节通过与解耦的电极相对置的反电极和微机械结构元件中的气态介质之间的摩擦力实现，其中，特别优选的是，通过微机械结构元件中的适当气压能够进一步调节所述频率特性。尤其地，由此实现微机械结构元件的衰减特性的适配。因此，与现有技术相比，通过基本电容与频带的按本发明的解耦能够特别有利地实现小基本电容以及振动质量的偏移频带的可变调节。尤其地，电极的小基本电容能够实现小的参考电容，因此所需的载体基板面积相对小，并且由此显著地节约了制造中的成本和极大地简化微机械结构元件的微电子的实施。
根据一种优选的扩展结构，至少一个测量电极具有一个电极副，其中，所述反电极设置在所述电极副的电极之间，并且，所述电极副的这些电极设置成位于不同的电势上。有利的是，该结构能够实现对电极副的电压的差动式分析处理，具有差动式电路技术的所有已知优点，尤其是提高了测量精度和改善了面对电的或电磁的干扰时的噪声灵敏度。
根据一种优选的扩展结构，所述电极副具有一个第一电极和一个第二电极，其中，多个电极副的所述第一电极和所述第二电极设置成分别通过第三和第四导电连接结构相互连接。因此，多个第一和第二电极的电容有利地累加，并且能够实现对这些电极副的共同的分析处理。
根据另一种优选的扩展结构，所述解耦的电极设置成至少部分地通过第五导电连接结构相互连接。这样的导电连接结构特别是在寄生电容方面是有利的，尤其是因为它们可以单义地定义并且因此是可补偿的。
根据一种优选的扩展结构，在所述第五导电连接结构与所述反电极之间附加地设置第六导电连接结构，使得尤其是所述解耦的电极与振动质量电连接。因此，特别有利的是，在所述解耦的电极与所述振动质量之间没有电容起作用。
本发明的另一个主题是一种用于运行微机械结构元件的方法，其中，仅借助测量电极执行对所述反电极相对于所述测量电极的相对运动的电分析处理，并且，借助与所述解耦的电极相对置的所述反电极实现对所述相对运动的机械衰减，尤其是频带的移位、扩展和/或缩减。因此，有利地实现了反电极相对于固定电极的基本电容与振动质量的通过反电极的衰减的解耦。
根据一种有利的扩展结构，通过电极副的多个相互连接的第一和第二电极对所述相对运动进行电分析处理。有利地，通过这样的分析处理能够实现多个第一和第二电极的电容的累加，这能够实现对电极副的共同的分析处理。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的说明书中阐述。附图示出：
图1是根据示例性的实施方式的按本发明的微机械结构元件的部分区域的示意性俯视图；和
图2是根据本发明的示例性实施方式的微机械结构元件的电极副的和反电极的等效电路图。
具体实施方式
在图1中示出根据一种示例性实施方式的按本发明的微机械结构元件的部分区域的示意性俯视图。该视图示出一个微机械结构元件1，尤其是加速度传感器的一个部分区域，其中，该微机械结构元件1具有一些固定电极和一个振动质量19，该振动质量19通过悬挂元件5与载体基板18连接并且可相对于该载体基板运动，该振动质量19具有反电极4，这些反电极通过第一导电连接结构8相互连接，这些固定电极3包括测量电极7和与这些测量电极7不通过导电连接结构连接的、解耦的电极6。这些测量电极7各包括一个电极副11，其中，该电极副11各具有一个第一电极12和一个第二电极13，并且，所有电极副11的第一电极12和第二电极13分别通第三和第四导电连接结构14，16相互连接。所述解耦的电极6至少部分地通过第五导电连接结构15相互连接。
在图2中示出根据本发明的示例性实施方式的微机械结构元件的电极副和反电极的等效电路图。所示的是两个平板电容器23，24，这些平板电容器分别包括一个测量电极和一个反电极4。短接的电容器板4是反电极4，而外部的电容器板12，13是电极副11的第一和第二电极12，13，其中，该第一和第二电极12，13分别通过第三和第四导电连接结构14，16与另外的未画出的第一和第二电极连接。该反电极4是振动质量的一部分并且通过所述第一导电连接结构8与另外的未画出的反电极连接，其中，该振动质量由于出现在载体基板18的平面中的加速度力而从静止位置偏移，这引起平板电容器23，24中的电容器板的间距变化，使得其中一个平板电容器的电容增加，同时另一个平板电容器的电容减少。各个平板电容器23，24中的电容的变化通过导电连接结构14，16上的电压信号检测。
Claims (10)
1.微机械结构元件(1)，其中，该微机械结构元件(1)具有一些固定电极(3)和一个振动质量(19)，该振动质量(19)通过悬挂元件(5)与载体基板(18)连接并且可相对于该载体基板运动，该振动质量(19)具有反电极(4)，这些反电极通过第一导电连接结构(8)相互连接，其特征在于，所述固定电极(3)具有测量电极(7)和解耦的电极(6)，其中，这些测量电极(7)设置成作为电分析处理器件起作用，而与所述解耦的电极(6)相对置的所述反电极(4)设置成作为改变频带的机械元件起作用。
2.根据权利要求1的微机械结构元件(1)，其特征在于，在一个测量电极(7)和一个解耦的电极(6)之间仅设置一个高阻的连接。
3.根据上述权利要求之一的微机械结构元件(1)，其特征在于，至少一个测量电极(7)包括一个电极副(11)，其中，所述反电极(4)设置在该电极副(11)的电极之间，并且，该电极副(11)的电极设置成位于不同的电势上。
4.根据上述权利要求之一的微机械结构元件(1)，其特征在于，至少两个电极副(11)各具有一个第一电极(12)和一个第二电极(13)，其中，多个电极副(11)的所述第一电极(12)和所述第二电极(13)设置成分别通过第三和第四导电连接结构(14，16)相互连接。
5.根据上述权利要求之一的微机械结构元件(1)，其特征在于，所述解耦的电极(6)设置成至少部分地通过第五导电连接结构(15)相互连接。
6.根据上述权利要求之一的微机械结构元件(1)，其特征在于，在所述第五导电连接结构(15)与所述反电极(4)之间附加地设置第六导电连接结构。
7.根据上述权利要求之一的微机械结构元件(1)，其特征在于，所述微机械结构元件(1)设置成作为加速度传感器起作用。
8.用于运行根据上述权利要求之一的微机械结构元件(1)的方法，其特征在于，仅借助所述测量电极(7)对所述反电极(4)相对于所述测量电极(7)的相对运动进行电分析处理，并且，借助与所述解耦的电极(6)相对置的所述反电极(4)实现对所述相对运动的机械衰减。
9.用于运行根据权利要求7的微机械结构元件(1)的方法，其特征在于，通过至少一个测量电极(7)借助一个电极副(11)对所述相对运动进行电分析处理，其中，所述反电极(4)设置在所述电极副(11)的电极之间。
10.用于运行根据权利要求7或8的微机械结构元件(1)的方法，其特征在于，通过所述电极副(11)的多个相互连接的第一和第二电极(12，13)对所述相对运动进行电分析处理。
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