CN101903778A - 加速度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加速度传感器，具有一衬底、至少一个隔板(1，12，13)和一振动质量(9)，其中，所述隔板(1，12，13)和所述振动质量(9)设置在所述衬底的平面上方。在此，所述振动质量(9)至少设置在所述隔板(1，12，13)的两侧上，并且能弹动地悬挂在所述隔板(1，12，13)上。所述隔板(1，12，13)借助至少一个锚定部(41，42)锚定在所述衬底上。本发明的核心在于，所述至少一个锚定部(41，42)设置在所述振动质量(9)的质量重心(10)之外。
Description
技术领域
本发明涉及一种加速度传感器，该加速度传感器具有一衬底、至少一个隔板和一振动质量，其中，所述隔板和所述振动质量设置在所述衬底的平面上方。在此，所述振动质量至少设置在所述隔板的两侧上，并且能弹动地悬挂在所述隔板上。所述隔板借助至少一个锚定部锚定在所述衬底上。
背景技术
当衬底由与所述至少一个隔板的材料不同的另一种材料制成时，在所述衬底与所述隔板或振动质量之间可能由于热膨胀系数不同而出现机械应力。但是，因为所述隔板或振动质量在制造中可能已经具有内部应力，所以也可能产生这样的应力。此外，所述衬底本身中的机械应力可以通过制造工艺例如通过焊接或粘接或封装引起。因为所述隔板和振动质量与所述衬底相比是构造得明显更弱的元件，所以所述应力通过隔板和振动质量的变形而减小。由此将改变振动质量相对于衬底和其它的固定在衬底上的固定元件的布置。例如在电容式工作的加速度传感器中由于活动电极与固定电极的间距变化导致测量电容的零位误差。
专利文献DE 196 39 946示出了一种微机械的加速度传感器，该加速度传感器具有一表面微机械结构，该表面微机械结构具有两个紧密相邻的悬挂点，一可动的振动质量在这两个悬挂点之间延伸，该振动质量借助悬挂弹簧悬挂在这两个悬挂点上。
专利申请DE 19523895 A1示出了一种微机械的转速传感器，该转速传感器具有一表面微机械结构，该表面微机械结构具有一中心悬挂装置(中心悬挂点)，该中心悬挂装置带有一围绕其设置的振动质量，该振动质量借助悬挂弹簧悬挂在该中心悬挂装置上。
专利申请DE 19500800 A1(图5和6)在图5和6中示出了一微机械的传感器，该传感器具有一个中心悬挂装置和两个相互对置地设置在该中心悬挂装置旁边的振动质量，这些振动质量借助连接隔板相互连接并且悬挂在所述中心悬挂装置上。
欧洲专利申请EP 1083144 A1示出了一微机械的装置，该装置具有一个中心悬挂装置和两个相互对置地设置在该中心悬挂装置旁边的振动质量，这些振动质量借助连接隔板相互连接并且借助连接梁悬挂在所述中心悬挂装置上。所述中心悬挂装置设置在整个可动的结构的中心(在面或质量重心的中心轴线上)中。
欧洲专利申请EP 1626283 A示出了一种微机械的装置，该装置具有一个中心悬挂装置和两个相互对置地设置在该中心悬挂装置旁边的振动质量，这些振动质量借助连接隔板相互连接并且借助连接梁悬挂在所述中心悬挂装置上。所述中心悬挂装置设置在整个可动的结构的中心(在中心轴线上)中。此外，在所述可动的结构上公开了多个可动的电极和附加地公开了多个固定电极。在此，所述多个固定电极具有一个共同的悬挂装置，该悬挂装置设置在所述中心悬挂装置附近。尚未公布的专利申请DE 102006 033 636示出了类似的内容。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加速度传感器，该加速度传感器被这样地构造，使得避免了测量电容的零位误差。
本发明涉及一种加速度传感器，该加速度传感器具有一衬底、至少一个隔板和一振动质量，其中，所述隔板和所述振动质量设置在所述衬底的平面上方。在此，所述振动质量至少设置在所述隔板的两侧上，并且能弹动地悬挂在所述隔板上。所述隔板借助至少一个锚定部锚定在所述衬底上。本发明的核心在于，所述至少一个锚定部设置在所述振动质量的质量重心之外。
有利的是，所述至少一个锚定部紧挨着所述质量重心，使得所述衬底的和/或所述振动质量的弯曲可以对所述隔板和/或所述振动质量与所述衬底的相对定向的影响尽可能小。此外，这样的加速度传感器能够节省空间地构造在所述衬底上。本发明的一种有利的设计形式规定，设置至少两个锚定部。有利的是，所述至少两个锚定部紧挨着彼此，使得所述衬底的弯曲基本不会影响所述隔板与所述衬底的相对定向。本发明的一种特别有力的设计形式规定，质量重心设置在这两个锚定部之间。也有利的是，所述振动质量环形地围绕所述隔板设置。本发明的一种有利的设计形式规定，设置至少两个隔板，所述振动质量能弹动地悬挂在所述至少两个隔板上。
总而言之，振动质量的锚定部在一个点中或在一个相对小的范围中是有利的。该点不必位于振动质量的质量重心中。但是，由于载荷分布，有利的是该点位于质量重心附近。如果设置有多个锚定部，则有利的是这些锚定部在小范围内，即与待锚定的结构的扩展尺寸比相对紧密地相邻设置。为了载荷分布，在此有利的是质量重心设置在这些锚定部之间。在电容式的加速度传感器中，可动的电极设置在振动质量上，而相对的固定电极设置在衬底上。如果固定电极设置有共同的锚定部，则对于实现尽可能小的零位误差有利的是，将该共同的锚定部设置在振动质量的锚定部附近。
附图说明
图1示出现有技术中的具有中心悬挂装置的加速度传感器；
图2示出按本发明的具有位于中心附近的悬挂装置的加速度传感器的第一实施形式；
图3示出按本发明的具有位于中心附近的悬挂装置的加速度传感器的第二实施形式；
图4示出按本发明的具有位于中心附近的悬挂装置的加速度传感器的第三实施形式。
具体实施方式
图1示出了现有技术中的加速度传感器，如其在未公布的专利申请DE10 2006 033 636中描述的那样。图1示出一种加速度传感器，该加速度传感器例如通过以下方式制造：在氧化层上沉积一多晶硅层，该氧化层又设置在硅衬底上。在该氧化层中构造由凹槽，从而在这些凹槽中形成多晶硅层到硅衬底的连接。在图1中示出的结构在这点上是确定的并且在蚀刻过程中去掉了氧化层。多晶硅层在此保持与硅衬底连接。
该加速度传感器包括一中间隔板1、一右隔板2和一左隔板3，在此，所述右隔板2和左隔板3平行于所述中间隔板1在所述中间隔板的右侧或左侧延伸。中间隔板1、右隔板2和左隔板3设置在一个在纸平面中延伸的衬底上方并且分别在中间锚定区域4、右锚定区域5和左锚定区域6中与该衬底连接。与所述衬底的这些锚定部4，5，6位于这些隔板1，2，3下方并且从该视角实际上是不可见的，因此用虚线示出。这些锚定部4，5，6中的任何一个都位于中央，即这些锚定部4，5，6尽可能紧密地或者甚至刚好位于相应的隔板1，2，3的重心下方，使得由于垂直于衬底的加速度而作用在这些锚定部4，5，6上的力最小。此外，为了将每一个隔板1，2，3锚定在衬底上，设置正好一个锚定区域就足够了。因此，这些隔板1，2，3不必变形来补偿相对于衬底的机械应力。此外，这些锚定部4，5，6尽可能紧密地相邻布置。因此，这些锚定部位于一条横切所述中间隔板1、右隔板2和左隔板3的线上。
在右隔板2的背离中间隔板1的右侧，构造有右隔板电极的耙齿7。右隔板电极的这些耙齿7啮合到右振动电极的耙齿8中。在左隔板3的背离中间隔板1的左侧，构造有左隔板电极的耙齿7。左隔板电极的这些耙齿7啮合到左振动电极的耙齿8中。左振动电极的和右振动电极的这些耙齿8设置在一个封闭的框架9上。该框架9和振动电极的耙齿8被穿孔，即具有规则布置的贯穿的孔。所述穿孔能够在蚀刻过程中使蚀刻介质向下面的层渗透，从而允许框架9和耙齿8可靠地从衬底分开。出于相同的原因，耙齿7和隔板1，2，3也可以被穿孔。
框架9借助弹簧10悬挂在中间隔板1的相对置的端部上。每个弹簧10由多个细长的、薄的杆组成，这些杆相互平行地设置。两个相邻的杆间隔距离地在它们的端部处或在它们的中心处相互连接。因此，这些弹簧10能够垂直于这些平行地设置的杆轻易地变形，但是不能与所述杆平行地变形。此外，这些弹簧10如此地设置，使得该框架尤其是可沿着三个平行的隔板1，2，3移动。在隔板1的两个端部上分别构造有一个横梁11，所述横梁保护振动电极的精细耙齿7，8免受变形的弹簧10的影响。
由左隔板电极和左振动电极组成的对和由右隔板电极和右振动电极组成的对共同形成一个差动电容器。在分析处理中，从右隔板电极和右振动电极之间的右侧电容减去左隔板电极和左振动电极之间的左侧电容。在没有加速度时，该差为零，因为中间隔板1两侧的相邻耙齿对7，8的间距是相同的。当左隔板电极的一个耙齿7由于加速度而分别远离左振动电极的相邻耙齿8时，右隔板电极的一个耙齿7分别同时靠近右振动电极的相邻耙齿8。因此，左侧的电容减小，而右侧的电容增大。左侧的电容和右侧的电容的差对加速度特别敏感。
图2示出按本发明的具有靠近中心的悬挂装置的加速度传感器的第一实施方式。与以上所述的现有技术不同的是，中间隔板1借助两个锚定部41和42锚定在中间隔板下面的衬底上。振动质量9的质量重心10(通常也称为面中心或者中心轴线)或者它在俯视图中的投影在此延伸通过隔板1。这两个锚定部41和42不是设置在质量重心10上，而是以小的间距设置在质量重心旁。在该实施例中，质量重心10位于这些锚定部41和42之间。
可以想到一种另外的实施例，在所述另外的实施例中，与图2不同的是，设置了仅仅一个锚定部41或42，以便将隔板1锚定在衬底上。这一个锚定部41或42在此同样设置在质量重心10旁边。也就是说该质量重心10不延伸通过隔板1的所述锚定部41或42。
图3示出按本发明的具有靠近中心的悬挂装置的加速度传感器的第二实施方式。与根据图2的所述实施例不同的是，中间隔板1被这样地分成了两个部分，使得设置有两个隔板12和13，这些隔板12和13各通过一个锚定部41和42锚定在衬底上。该振动质量9的质量重心10在此并不延伸通过隔板12，13中的任何一个。锚定部41和42不是设置在质量重心上，而是以小的间距设置在质量重心旁边。在该实施例中，质量重心10同样位于所述锚定部41和42之间。
图4示出按本发明的具有靠近重心的悬挂装置的加速度传感器的第三实施方式。与根据图2的所述实施例不同的是，左隔板电极和右隔板电极的隔板2和3同样通过多个锚定部51和52或者61和62锚定在衬底上。
在本发明的一种另外的实施方式中规定，左隔板电极和右隔板电极并不分别具有一个共同的隔板2，3，而是所述耙齿7单独地或者成小组地锚定在衬底上。
Claims (5)
1.加速度传感器，具有一衬底、至少一个隔板(1，12，13)和一振动质量(9)，
其中，所述隔板(1，12，13)和所述振动质量(9)设置在所述衬底的平面上方，
其中，所述振动质量(9)至少设置在所述隔板(1，12，13)的两侧上，
其中，所述振动质量(9)能弹动地悬挂在所述隔板(1，12，13)上，和
其中，所述隔板(1，12，13)借助至少一个锚定部(41，42)锚定在所述衬底上，
其特征在于，所述至少一个锚定部(41，42)设置在所述振动质量(9)的质量重心(10)之外。
2.如权利要求1的加速度传感器，其特征在于，设置有至少两个锚定部(41和42)。
3.如权利要求2的加速度传感器，其特征在于，所述质量重心(10)设置在所述两个锚定部(41和42)之间。
4.如上述权利要求之一的加速度传感器，其特征在于，所述振动质量(9)环形地围绕所述隔板(1，12，13)设置。
5.如上述权利要求之一的加速度传感器，其特征在于，设置有至少两个隔板(12和13)，所述振动质量(9)能弹动地悬挂在所述至少两个隔板上。
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