CN103185576A - 微机电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微机电系统，其用于检测围绕或沿X轴、Y轴和/或Z轴的加速度，具有基底且具有驱动模块和检测模块（1），所述驱动模块和检测模块在X-Y平面内与所述基底平行地设置并且相对于所述基底可移动地安装。至少一个缝槽（5）设置在驱动和/或检测模块（1）中以补偿因为驱动和/或检测模块（1）中残余材料应力的变形。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测围绕或沿着X轴、Y轴和/或Z轴的加速度的微机电系统，所述微机电系统具有基底并具有驱动模块和检测模块，所述驱动模块和检测模块在X-Y平面内与基底平行地安置并且相对基底可移动地安装。
背景技术
MEMS共振器结构已知于专利公开文献WO2009/079188A1，其中驱动和检测模块在X-Y平面内与基底平行地安置，并且相对基底可移动地安装。驱动和检测模块包括具有不同刚度的区域。因此可能的是，驱动和检测模块可以以目标方式变形，以便允许用于驱动模块和检测传感器运动的所需运动。为了获得驱动和检测模块具有不同刚度的区域，所述公开文献提出在驱动和检测模块中制出开口。所述开口的形状、尺寸和布置导致驱动和检测模块变得多少可延伸，并且由此能够多少程度地接近与其关联的传感器元件。
在所述公开文献中提出的开口确实能够影响刚度。然而，不利的是，驱动和检测模块因制造以及制成在其中的开口而经受材料应力，这可以导致驱动和检测模块的不希望的变形。在一定的情况下，所述材料应力导致驱动和检测模块变得不够平。典型地通过对应的信号来确定驱动和检测模块与固定基底之间的距离的传感器元件由此可以变得不精确。不精确性是由于这样的事实，即没有获得执行具体位置的清楚信号，因为在驱动和检测模块中的翘曲。
发明内容
本发明的目的因此是确保驱动和/或检测模块不论驱动和/或检测模块的刚度如何至少在传感器元件测量距离的区域内是尽可能平并且不扭曲（无变形）的。
所述目的是通过具有权利要求1的特征的微机电系统实现的。
根据本发明的微机电系统用于检测围绕或沿X轴、Y轴和/或Z轴的加速度。所述微机电系统包括基底和在X-Y平面内与基底平行地安置的驱动模块和检测模块。驱动模块和检测模块相对基底可移动特别是可转动地安装。驱动模块大体上通过电极以给定频率被驱动。当基底围绕或沿X轴、Y轴和/或Z轴偏移时，根据驱动模块和检测模块的安置、运动和安装，Coriolis力（科里奥利力）导致驱动模块和检测模块的偏移。安置在检测模块上和在基底上的电极通过电极与传感器元件之间的距离改变这一事实来确定驱动模块和检测模块的偏移。传感器电极大体上既以固定方式连接至基底，又安置在检测模块上。
为了精确地确定检测模块与基底之间的距离或者两个传感器元件之间的距离，基本的是，检测模块包括限定的形状。如果检测模块例如因为从制造工艺保留的材料应力或因为温度效应而变成被变形，那么检测模块与基底之间或者两个传感器电极之间的距离将既不能够在初始中立状态下被精确地确定，也不能够在检测模块偏移的情况下被精确地确定。
因此，根据本发明，为了补偿驱动模块和/或检测模块的因残余材料应力导致的变形，在驱动模块和/或检测模块中设置至少一个缝槽。驱动模块和/或检测模块的材料应力通过缝槽被释放，并且驱动和检测模块由此被定位成基本上平的且没有变形。缝槽在结构中是预定的或者在结构中个别地应用，以便补偿变形。
缝槽在驱动模块和/或检测模块中的布置由此起效，从而使得对应的变形根本不发生，或者存在的变形被消除。取决于驱动模块和/或检测模块的设计，所述缝槽根据个别的需求可以施加在给定的位置处或者在不同的位置中。本发明的优点是，驱动模块和/或检测模块的材料应力通过施加的缝槽被释放，并且由此导致的变形因而被消除。驱动和/或检测模块由此变得明显更平，并且还可能变得对温度效应更不敏感。驱动和检测模块的运动还因此被制成在提供的方向上更均匀。缝槽可以造成新的局部变形，但是因此加工的驱动模块和/或检测模块作为整体变得更平。
在本发明的优选实施例中，缝槽在X方向和/或Y方向和/或X-Y方向上部署。这使得缝槽的制造更加容易。缝槽的效果也比缝槽的随意部署更加可预测。当采用多个缝槽时，缝槽在这种布置中以可预测的方式影响驱动和/或检测模块的应力释放。
如果多个缝槽有利地施加至驱动和/或检测模块，那么所述缝槽也可以彼此相交。以十字形方式连接的缝槽是特别有利的，因为它们可以以特别高效的方式释放材料应力。缝槽还可以以多个交叉的方式设置在驱动和/或检测模块上。
本发明的另一优点是，驱动模块和/或检测模块的刚度没有通过制成的缝槽而被负面地影响。缝槽仅用于释放残余的材料应力。驱动模块和/或检测模块的为使对应模块以给定方式运动所需的刚度不会或至少基本不会由此降低。
在本发明特别有利的实施中，缝槽在Z轴方向上足够深以延伸穿过整个驱动和/或检测模块。然而，在本发明的另一实施例中，可以为有利的是，缝槽具有仅部分等于驱动和/或检测模块的厚度的深度。在一些情况下，这足以释放材料应力。
大体上，在驱动和/或检测模块中设置多个孔。所述孔对于制造驱动和检测模块是有利的，并且附加地减小驱动和检测模块的重量。孔可以具有近乎随意的形状，比如圆形、方形、矩形、卵形或多边形。本发明可以以特别有利的方式实施，若其中一些孔通过至少一个缝槽彼此连通。呈现在相邻孔之间的腹板中的应力通过分离所述腹板而被释放。驱动模块和/或检测模块的刚度由此仅非实质性地被影响，或根本不被影响，并且因此在驱动模块和/或检测模块的功能性上不具有负面效应。
有利的是缝槽具有小于彼此连通的孔边缘长度的宽度。换言之，通常足够的是切穿仅相邻孔之间的腹板。所述切割的宽度大体上对于释放应力没有显著意义。腹板在相邻孔之间的剩余部分对驱动和/或检测模块的刚度和全部质量提供一定的贡献。微机电系统的特征由此仅被略微地影响，或根本未被影响。
特别地，如果缝槽在X-Y方向部署，那么有利的是缝槽连通相邻孔的两个顶点。作为替代方式，缝槽还可以切穿相邻孔的两个边缘长度。关键的是，驱动模块和/或检测模块的材料应力通过引入缝槽而被释放，并且驱动和/或检测模块由此以尽可能平的方式延伸。
如果在驱动和/或检测模块中制成多个缝槽，那么有利的是多个无缝槽的孔设置在两个平行延伸的相邻缝槽之间的区域内。这特别影响了驱动和检测模块的刚度，所述刚度由此基本不会减小。
本发明可以被用在微机电系统中，所述微机电系统是一维或多维速度传感器和/或加速度传感器。关键的是，根据本发明将缝槽施加至驱动和/或检测模块导致释放诸如因为材料应力造成的起伏或扭转的变形，并且驱动和/或检测模块在缝槽制成以后以基本平的方式延伸，即使是个别的、局部变形仍可继续呈现。
附图说明
本发明的其它优点描述在以下示例性实施例中。这里示出：
图1具有多个缝槽的驱动和检测模块的立体图，
图2来自图1的细节的放大图，
图3来自图2进一步放大的细节的立体图，
图4本发明的另一实施例，以及
图5本发明的另一实施例。
具体实施方式
图1示出微机电系统的驱动和检测模块1的立体图。驱动和检测模块1用于检测加速度，例如，其中驱动和检测模块1围绕旋转轴线转动。驱动和检测模块1这里示出为单一、共用的模块。然而，本发明对于分离的模块也是有利的，其中每个模块只履行它自己的任务，即，驱动模块驱动系统并且在系统加速的情况下因为Coriolis力而偏移，检测模块在这种情况下连同驱动模块偏移并且用于确定偏移量或加速度的大小。驱动和检测模块1的形状当然也可以以不同方式实施。
旋转轴线由扭转弹簧2形成，所述扭转弹簧将驱动和检测模块1可转动地附接至锚固件3。锚固件3仅以粗略草绘的方式示出。所述锚固件可以以不同方式设计。因此可以设置单一锚固件或多个锚固件。驱动和检测模块1可以围绕中心锚固件转动、直线移动、或者相对安装件径向振动。
锚固件3附接至基底（未示出）。如果驱动和检测模块1如这里所示是Z轴加速度传感器的一部分，那么在沿Z方向（即，垂直于驱动和检测模块1和基底）的加速度的情况下，驱动和检测模块1围绕旋转轴线倾斜。在驱动和检测模块1相对于在其下方的基底之间的距离由此改变。位于驱动和检测模块1与基底之间的电极（未示出）可以通过在电信号上的改变来检测在距离上的所述改变并将所述电信号上的改变转达至分析单元。
驱动和检测模块1根据示例性实施例具有多个孔4。在所述实施例示例中的孔4包括方形横截面并且穿过整个驱动和检测模块1。可以这么说，所述孔穿透驱动和检测模块1。传感器例如采用蚀刻工艺的制造因为这些孔可以相对简单。
可能的是，材料应力因为驱动和检测模块1的制造或者构造而呈现在驱动和检测模块1中，同时造成了驱动和检测模块1的变形（扭曲）或翘曲。这引起相对于基底的不均匀的距离，并且因而引起对于在传感器未加速状态下的输出信号以及在加速情况下的调整后的信号都不精确的测量。
为了消除所述变形，示出的驱动和检测模块1具有多个缝槽5。缝槽5沿Z方向延伸穿过整个驱动和检测模块1，或者所述缝槽只在表面上设置，具有等于驱动和检测模块1的仅一部分厚度的深度。缝槽5在X方向和Y方向上对正，沿若干孔4的行/排延伸。所述缝槽被如此实施，使得其切割经过在孔4之间安置的腹板/连接板，因而释放驱动和检测模块1的材料应力。即使因为缝槽5而出现小的局部变形是可能的，驱动和检测模块1还是由此作为整体更平直。对安置在驱动和检测模块1底侧的电极的信号分析和对附接至基板的相对电极的信号分析由此变得显著更加精确。在所述实施例示例中的缝槽5横贯驱动和检测模块1均匀分布。然而，还可能的是，所述缝槽只是局部地设置，以便释放局部应力。缝槽5是以十字形方式设置的，其中其中一些十字形还彼此连通，从而使得形成了双十字形或H形的缝槽。
图2示出来自图1的细节。明显的是，多个孔4在驱动和检测模块1的整个表面中成行地均匀分布。缝槽5如此分布，使得其彼此连通相邻的个别孔4。这造成在本示例性实施例中的十字形缝槽5。各缝槽5的宽度可以是不同的。在任何情况下应确保的是，缝槽5包括这样的宽度，使得在缝槽5两侧上的剩余材料在驱动和检测模块的移动发生时不再进行接触，以便防止能够导致在测量结果上的错误的钩绊或者摩擦。总之，缝槽5应当遍及驱动和检测模块的表面分布，从而使得驱动和检测模块1的刚度不受影响，或者基本不受影响。所述缝槽仅如此设置，使得出现自所述驱动和检测模块的制造或出现自在传感器上的温度效应的材料应力被防止或被消除。
图3以立体图的方式示出图2的进一步放大的视图。可以看出，缝槽5通过孔4的边缘被部分地切穿而使相邻孔4彼此连通。缝槽5包括小于孔4边缘长度的宽度。多个缝槽5以彼此十字形方式设置，其中两个相邻十字形的横梁对齐。
图4示出另一示例性实施例，该图示出缝槽5能够设置在驱动和检测模块1的表面上的方式。可以看出，所述缝槽通过其顶点连接孔4，所述缝槽更宽或更窄，所述缝槽还可以以不彼此相交的方式设置，或者可以具有叉式或阶梯式设计。还可能的是如此设置缝槽5，使得在孔4的两个相邻行之间的整个腹板被移除。当然，缝槽的这里示出的改型并非是排他性的。
本发明的另一示例性实施例示出在图5中。驱动和检测模块1不具有孔4，而是却具有完整表面。尽管如此，各种缝槽5出现在驱动和检测模块1的投影表面内，所述缝槽作为示例在这里示出并且并非排他性的。可以看出，平行于彼此延伸的多个缝槽5还可以彼此相交。还可以采用与X轴或Y轴成锐角地延伸的缝槽5。每个所述缝槽5的目的是释放材料应力并且总体允许驱动和检测模块1在X-Y平面内以尽可能直且无应力的方式延伸。
本发明并不限于示出的实施例。孔4和缝槽5的其它形状也是可能的。驱动和检测模块还可以以不同于这里示出的方式实施。缝槽5的深度是可变的，其中所述缝槽仅部分地延伸到驱动和检测模块1的深度中，或者还可以完全切穿驱动和检测模块1。
参考标记列表
1 驱动和检测模块
2 扭转弹簧
3 锚固件
4 孔
5 缝槽
Claims (9)
1.一种用于检测围绕或沿着X轴、Y轴和/或Z轴的加速度的微机电系统，其具有基底以及驱动模块和检测模块（1），所述驱动模块和检测模块在X-Y平面内与所述基底平行地安置并且相对于所述基底可移动地安装，其特征在于，至少一个缝槽（5）在驱动和/或检测模块（1）中设置以补偿驱动和/或检测模块（1）中因残余材料应力造成的变形。
2.根据前述权利要求所述的微机电系统，其特征在于，所述缝槽（5）在X方向和/或Y方向和/或X-Y方向上部署。
3.根据前述权利要求中一项或多项所述的微机电系统，其特征在于，多个缝槽（5）以十字形方式彼此连通。
4.根据前述权利要求中一项或多项所述的微机电系统，其特征在于，所述缝槽（5）包括沿Z轴方向的深度，其中所述深度完全地或部分地等于驱动和/或检测模块（1）的厚度。
5.根据前述权利要求中一项或多项所述的微机电系统，其特征在于，驱动和/或检测模块（1）包括多个孔（4），其中一些所述孔（4）通过至少一个缝槽（5）彼此连通。
6.根据前述权利要求中一项或多项所述的微机电系统，其特征在于，所述缝槽（5）包括一宽度，该宽度小于彼此连通的孔（4）的边缘长度。
7.根据前述权利要求中一项或多项所述的微机电系统，其特征在于，所述缝槽（5）将相邻的孔（4）的两个边缘或两个顶点连接到一起。
8.根据前述权利要求中一项或多项所述的微机电系统，其特征在于，多个无缝槽的所述孔（4）设置在两个相邻且平行延伸的缝槽（5）之间的区域内。
9.根据前述权利要求中一项或多项所述的微机电系统，其特征在于，所述微机电系统是一维或多维速度传感器和/或加速度传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180806 Address after: Ohio, USA Patentee after: Hanking Microelectronics Co.,Ltd. Address before: California, USA Patentee before: Maxim Integrated Products, Inc. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231109 Address after: Room A, 12th Floor, 300 Lockhart Road, Wan Chai, Hong Kong, China Patentee after: Hanwang Microelectronics Hong Kong Ltd. Address before: Ohio, USA Patentee before: Hanking Microelectronics Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |