CN105347293B - 微机械传感器及用于制造微机械传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种微机械传感器,其具有衬底和可相对于所述衬底运动的质量元件,衬底具有主延伸面,可运动的质量元件通过弹簧结构与衬底耦合,弹簧结构具有第一和第二弹簧元件,第一和第二弹簧元件逐段地基本上彼此平行地延伸并且逐段地彼此耦合,弹簧结构包括用于正交补偿的第一和第二补偿元件,第一补偿元件与第一弹簧元件连接,第二补偿元件与第二弹簧元件连接,第一弹簧元件具有沿着横向方向延伸的第一弹簧结构宽度,第二弹簧元件具有沿着所述横向方向延伸的第二弹簧结构宽度,第一补偿元件在第一部分区域中平行于所述横向方向沿着第一宽度延伸,第二补偿元件在第二部分区域中平行于所述横向方向沿着第二宽度延伸。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的微机械传感器。
背景技术
普遍已知所述微机械传感器。微机械传感器例如用于探测加速度和/或转速,其中所述微机械传感器具有衬底和可相对于所述衬底运动的硅结构。
所述可运动的硅结构例如包括两个可运动的质量块,它们沿着驱动面反向平行于(antiparallel)彼此地运动,其中为了确定微机械传感器的转速容性地探测两个质量块从驱动面出来的偏转运动。在此,驱动面可以基本上平行于或者垂直于衬底的主延伸面定向。
所述可运动的硅结构的制造通常在两个彼此相继的步骤中实现,其中首先在蚀刻方法中通过功能层的结构化产生硅结构。随后,暴露所述硅结构,其中去除衬底和硅结构之间的牺牲层。
已知的微机械传感器的不利在于,硅结构的在功能层的结构化期间产生的边缘(也称作蚀刻边缘或者开槽边缘)相对于基本上垂直于衬底的主延伸面的法线方向通常倾斜一个角度(也称作蚀刻角或者开槽角),使得由此引起两个可运动的质量块的偏差运动(错误偏转)。在此,当所述微机械传感器处于静止位置时也出现错误偏转,从而引起所述两个振动质量块(seismischen Masse)的回旋状(taumelartig)的运动,其中产生错误信号(即所谓的正交信号)。通常,可以仅仅通过相对耗费的附加措施来减小正交补偿。
发明内容
本发明的任务是,提出一种微机械传感器以及一种用于制造微机械传感器的方法,使得所述微机械传感器与现有技术相比具有减小的正交信号。
与现有技术相比,根据本发明的微机械传感器以及用于制造根据从属权利要求所述的微机械传感器的根据本发明的方法具有以下优点:提供相对更紧凑且成本更有利的微机械传感器,然而所述传感器与现有技术相比具有减小的正交。由此有利地能够实现,第一和第二补偿元件(在本文档中也称作第一或第二附加结构)如此成形和/或布置在第一或第二弹簧元件上,使得当弹簧结构通过蚀刻过程斜向地成形(即尤其具有非零的开槽角的开槽边缘或者蚀刻边缘)时,弹簧结构自身则在机械上如直地蚀刻的弹簧一样、即不产生任何回旋运动。在此,回旋运动涉及偏转运动与驱动方向的机械引起的错误偏转或者偏差,其在质量元件的偏转运动期间沿着(平行于或者垂直于衬底的主延伸面定向的)驱动方向出现。这尤其意味着,由于第一补偿元件在第一弹簧元件上的安装以及第二补偿元件在第二弹簧元件上的安装有利地能够实现,甚至在非零的开槽角时尽可能防止通常在现有技术中出现的回旋运动,即使微机械传感器处于静止位置。由此,与现有技术相比至少减小或者甚至完全避免通过质量元件的回旋式的运动产生的正交错误信号(错误信号)。根据本发明的一种优选的实施方式设置,第一和第二弹簧元件逐段地彼此耦合。此外,由于逐段地基本上彼此平行并且尤其逐段地(机械地)彼此耦合的两个弹簧元件(即第一和第二弹簧元件)的实现能够有利地实现,与现有技术相比通过以下减小正交信号:两个弹簧元件中一个的错误偏转通过两个弹簧元件中的分别另一个弹簧元件来补偿(或者甚至有针对性地过度补偿)。由此,提供具有可相对简单制造的用于机械的正交补偿的补偿元件的微机械传感器,其中与现有技术相比附加地减小整个传感器的开发耗费和错误率。所述两个弹簧元件优选构造为弹簧臂(Federbalken),其中弹簧元件替代地也可以具有弯曲的形状、例如U形。此外有利地能够实现,由于通过补偿元件的机械的正交补偿可以使用相对紧凑的分析处理电路,从而与现有技术相比减小转速传感器的结构大小。两个补偿元件优选由第一层构成而两个弹簧元件由第二层构成,其中所述第一层布置在衬底和第二层之间。此外,在第二层的结构化期间优选至少部分成形所述补偿元件,使得第一弹簧结构宽度和第一宽度不同并且使得第二弹簧结构宽度和第二宽度不同。通过这种方式有利地能够实现,如此提供微机械传感器,使得第一和第二补偿元件的形状和/或布置与在第二功能层的结构化期间实现的开槽角匹配。
本发明的有利构型和扩展方案可由从属权利要求以及参照附图的描述中得出。
根据一种优选的扩展方案设置,第一弹簧元件的边缘沿着纵向方向朝向衬底延伸,
--其中,当纵向方向和法线方向彼此平行地定向时,第一补偿元件的第一宽度和第二补偿元件的第二宽度基本上同样大,其中法线方向基本上垂直于衬底的主延伸面定向,和/或,
--其中,当纵向延伸方向和法线方向彼此不平行地定向时,第一补偿元件的第一宽度和第二补偿元件的第二宽度不同。
由此根据本发明有利地能够实现,第一补偿元件的第一宽度和第二补偿元件的第二宽度通过开槽角(所述开槽角围在法线方向和纵向方向之间)以自身调节的方式预给定。由此,通过相对简单且有效的方式实现正交补偿。
根据另一种优选的扩展方案设置,第一补偿元件如此与第一弹簧元件连接,使得所述第一补偿元件至少部分地布置在衬底和第一弹簧元件之间,其中第二补偿元件如此与第二弹簧元件连接,使得第二补偿元件至少部分地布置在衬底和第二弹簧元件之间。
由此,根据本发明有利地能够实现,在第一或第二弹簧元件上(尤其在相应的弹簧元件下方)布置用于正交补偿的第一和第二补偿元件,以便在第二层的结构化期间至少部分连同弹簧元件地构造补偿元件。通过这种方式有利地能够实现,通过自身调节的方式来制造微机械传感器——即根据在第二功能层的结构化期间实现的开槽角来匹配第一和第二补偿元件的形状和/或布置。
根据另一种优选的扩展方案设置,第一弹簧元件的第一横截面和第二弹簧元件的横截面具有相同的横截面形状,其中第一弹簧结构宽度和第二弹簧结构宽度尤其同样大。
由此,根据本发明有利地能够实现,主要通过第一和第二补偿元件实现所述正交补偿。
根据另一种优选的扩展方案设置,第一补偿元件在另一第一部分区域中平行于横向方向沿着另一第一宽度延伸,其中第二补偿元件在另一第二部分区域中平行于横向方向沿着另一第二宽度延伸,其中所述另一第一宽度大于第一弹簧结构宽度,和/或其中,所述另一第二宽度要大于第二弹簧结构宽度。
由此,根据本发明有利地能够实现,补偿元件如此布置在弹簧元件上,使得第一和/或第二部分区域平行于横向方向超过弹簧元件地延伸,使得通过相对窄的第一部分区域结合相对宽的第二部分区域(尤其通过L形的补偿元件)根据第二部分区域的(通过开槽角所限定的)宽度(自身调节地)匹配弹簧结构的机械刚性。由此,有利地还能够实现,补偿元件可以安置在弹簧元件上,然而与现有技术相比尽可能避免微机械传感器的结构高度沿着法线方向的额外的增大。
根据另一种优选的扩展方案设置,第一部分区域主要布置在第一弹簧元件的面向所述第二弹簧元件的区域中,其中第二部分区域主要布置在第二弹簧元件的面向所述第一弹簧元件的区域中。
由此,根据本发明有利地能够实现,实现第一和第二补偿元件的与相应的开槽角(自身调节的)适配的几何形状和/或布置,从而通过简单且有效的方式实现机械的正交补偿。
依照根据本发明的方法的一种优选的扩展方案设置,弹簧结构如此构造,使得第一弹簧元件具有沿着横向方向延伸的第一弹簧结构宽度而第二弹簧元件具有沿着横向方向延伸的第二弹簧结构宽度,其中在第四方法步骤中第一补偿元件如此构造,使得第一补偿元件在第一部分区域中平行于横向方向沿着第一宽度延伸并且第一弹簧结构宽度和第一宽度不同,其中在第四方法步骤中第二补偿元件如此构造,使得第二补偿元件在第二部分区域中平行于横向方向沿着第二宽度延伸并且第二弹簧结构宽度和第二宽度不同。
由此,根据本发明有利地能够实现,第一和第二补偿元件由第一层构成,以便第一补偿元件的第一宽度和第二补偿元件的第二宽度与开槽角匹配。
依照根据本发明的方法的另一种优选的扩展方案设置,第一补偿元件在面向第二弹簧元件的区域中与第一弹簧元件连接和/或第二补偿元件在面向第一弹簧元件的区域中与第二弹簧元件连接。
由此,根据本发明有利地能够实现,第一和第二补偿元件在同一结构化步骤或者蚀刻步骤中产生,其中也产生第一和第二弹簧元件。通过这种方式有利地能够实现,通过自身调节的方式来制造所述微机械传感器——即根据在第二功能层的结构化期间实现的开槽角来匹配第一和第二补偿元件的形状和/或布置。
依照根据本发明的方法的另一种优选的扩展方案设置,在第四方法步骤中如此构造第一弹簧元件,使得所述第一弹簧元件的边缘沿着纵向方向朝向衬底延伸,其中在纵向方向和基本上垂直于衬底的主延伸方向的法线方向之间围成一个开槽角,其中弹簧结构如此构成,使得第一补偿元件的第一宽度和/或另一第一宽度通过所述开槽角预给定和/或第二补偿元件的第二宽度和/或另一第二宽度通过所述开槽角预给定。
由此,根据本发明有利地能够实现,补偿元件相对于弹簧如此布置,使得补偿元件的宽度如此与开槽角匹配,使得通过补偿元件来补偿恰好一个通过斜向的开槽边缘引起的正交。特别地,在第四方法步骤、即在开槽过程中,至少部分地结合弹簧元件地构造所述补偿元件。
本发明的实施例在附图中示出并且在随后的描述中进一步阐述。
附图说明
附图示出:
图1至5:根据本发明的不同实施方式的微机械传感器;
图6至8:根据本发明的不同实施方式的微机械传感器的弹簧结构;
图9:根据本发明的一种实施方式的微机械传感器和弹簧结构;
图10a-10f及11a-11g:用于制造根据本发明的不同实施方式的微机械传感器的方法;
图12:根据本发明的不同实施方式的微机械传感器的弹簧结构。
具体实施方式
在不同的附图中,相同的部件始终设置有相同的参考标记并且因此通常也分别仅仅命名或者提及一次。
在图1中以示意性横截图示出根据本发明的一种实施方式的微机械传感器1。微机械传感器1例如构造为转速传感器和/或加速度传感器。
微机械传感器1包括具有主延伸面100的衬底10,其中在此示出基本上垂直于主延伸面100定向的法线方向101。此外,微机械传感器具有可以相对于衬底10运动的质量元件30,其中可运动的质量元件30通过弹簧结构20(在此仅仅示出)与衬底10耦合或者弹簧弹性地与衬底10连接。在此,质量元件30和弹簧结构20概括地也称作可运动的硅结构20、30。
此外,微机械传感器1优选包括第一层301和第二层302,其中第一层301布置在衬底10和第二层302之间。第一层301例如包括牺牲层、优选氧化层,和/或第二层302包括功能层302、优选硅层。在此,去除第一层301的至少一部分——即暴露可运动的硅结构20、30。此外,第一层301尤其包括第三层303、例如薄的第三层303、优选多晶硅层。
为了制造可运动的硅结构20、30,结构化第二层302(尤其通过蚀刻方法的应用),其中在第二层中以相对高的宽高比产生槽31。随后,至少部分地去除第一层301——即尤其至少去除第一层301的布置在相对厚的第二层302下方的牺牲层(见参考标记301′),以便硅结构20、30可以自由运动。附加地,在此示出布置在可运动的硅结构20、30和衬底之间的第三层303。所述第三层303例如包括用于悬挂可运动的硅结构20、30的悬挂区域40和/或在可运动的质量元件30下方的电极区域60和/或印制导线区域。
在图2中以示意性横截图示出根据本发明的一种实施方式的微机械传感器1,其中在此所示出的实施方式与本发明的其他实施方式尤其基本上相同。在此,微机械传感器1包括用于密封地封闭可运动结构20、30的盖结构70,其中所述可运动的结构布置在空腔71中。在键合方法中,例如通过将封装晶片施加到传感器晶片上来制造盖结构70,以便构成空腔71。此外,在此示出由第三层303制造的用于电接通布置在空腔71中的可运动的结构20、30的印制导线区域80。
在图3和4中以示意性横截图示出根据本发明的一种实施方式的微机械传感器1,其中在此所示出的实施方式与本发明的其他实施方式尤其基本上相同,其中在此所示出的微机械传感器1包括质量元件30和另一质量元件30′(其以下也称作两个质量块30、30′)。所述两个质量块30、30′如此施加有驱动运动,使得所述两个质量块30、30′反向平行地(与平行相反地)沿着驱动方向102偏转(驱动偏转)。在图3(上方)中示出在微机械传感器1的静止位置中的两个质量块30、30′,即微机械传感器在此位于惯性系统中。通过两个质量块的反向平行的驱动偏转,微机械传感器1如此设置,使得微机械传感器1的输出信号具有以下信息:微机械传感器是否施加有加速度(见图3,下方)——其中两个质量块30、30′沿着探测方向(在此沿着法线方向101)彼此平行地偏转——或者施加有转速(见图4,上方)——其中两个质量块30、30′沿着探测方向(在此沿着法线方向101)彼此反向平行地偏转。在此,两个质量块30、30′的所述偏转也称作为探测偏转——两个质量块30、30′的所属运动称作探测运动。在此,驱动偏转沿着平行于主延伸面100定向的驱动方向102进行,而探测偏转沿着垂直于主延伸面100定向的法线方向101进行。替代地,微机械传感器1如此设置,使得驱动偏转沿着垂直于主延伸面100定向的法线方向101进行而探测偏转沿着平行于主延伸面100定向的驱动方向102进行。已经确定的是,在这两种情形中在现有技术中要实现两个质量块精确地平行于或者垂直于衬底10的主延伸面100的运动是相对困难的,因为功能层的结构化不完全垂直地实现并且在不同的微机械传感器中存在不同的开槽角。由此造成的效果例如在图4(下方)中示出,其中引起不精确地垂直的开槽角,两个质量块30、30′的驱动运动和/或探测运动分别具有垂直于所期望的运动方向(即垂直于驱动方向或者探测方向)的运动分量。在此,当微机械传感器1处于静止位置时,两个质量块30、30′也进行回旋运动(具有沿着探测方向的运动分量)。所述回旋运动(正交)尤其引起错误信号(所谓的正交信号),所述错误信号根据本发明通过机械的正交补偿防止或者减少。
在图5中以示意图示出根据本发明的一种实施方式的微机械传感器1,其中在此所示出的实施方式与本发明的其他实施方式尤其基本上相同。在图5(右侧)中以示意图示出微机械传感器1,其中在此附加地示出弹簧结构20。在此,可运动的质量元件30通过弹簧结构20弹簧弹性地与悬挂区域40连接,以便当可运动的质量元件30通过微机械传感器1的驱动装置50施加驱动运动时,可运动的质量元件30沿着驱动方向102(所述驱动方向在此也称作横向方向102)进行驱动运动。弹簧结构20包括第一和第二弹簧元件21、22,其中在图5(左侧)中以示意性横截图仅仅示出弹簧结构20的沿着交线X-X′的第一弹簧元件21,其中第一弹簧元件21的随后描述以相应的方式尤其也适用于第二弹簧元件22。第一弹簧元件21具有边缘211(开槽边缘或者蚀刻边缘),所述边缘沿着纵向方向201朝向衬底10延伸。在此,纵向方向201和法线方向101不平行——即纵向方向201与法线方向101围成一个非零的开槽角201′。这例如意味着,第一弹簧元件21的上方部分的上方面重心215沿着平行于法线方向101的投影方向与第一弹簧元件21的下方部分的下方面重心215′错位地布置,使得产生回旋运动——即在本实施例中第一弹簧元件21的斜边缘211引起,当沿着衬底10的平行于主延伸面100的驱动方向102驱动质量元件30时、即使微机械传感器1处于静止位置,质量元件30也沿着具有平行于法线方向101的分量的运动方向202运动。
在图6中以示意性横截图示出根据本发明的不同实施方式的微机械传感器的弹簧结构20,其中在此所示出的实施方式与本发明的其他实施方式尤其基本上相同。在图6中示出第一弹簧元件21,其中纵向方向201和法线方向101彼此平行地定向(左侧),或者其中纵向方向201和法线方向101彼此不平行地定向(中间示图和右侧示图)。
在图7中以示意性横截图示出根据本发明的不同实施方式的微机械传感器1的弹簧结构20,其中在此所示出的实施方式与本发明的其他实施方式尤其基本上相同。弹簧结构20如此设置,使得第一和第二弹簧元件21、22逐段地基本上彼此平行地延伸并且逐段地彼此耦合。在此,示出弹簧元件20沿着横向方向102的横截面,其中横向方向102尤其垂直于弹簧结构20的主延伸方向(例如在构造为弹簧臂21、22的弹簧元件的情形中)或者垂直于弹簧结构20的主要延伸线(例如在U形的弹簧结构20的情形中)定向。除第一和第二弹簧元件21、22以外,弹簧结构20还包括用于正交补偿的第一和第二补偿元件23、24,其中第一补偿元件23与第一弹簧元件21连接,其中第二补偿元件24与第二弹簧元件22连接。第一弹簧元件21具有沿着横向方向102延伸的第一弹簧结构宽度210,而第二弹簧元件22具有沿着横向方向102延伸的第二弹簧结构宽度220。第一补偿元件23在第一部分区域中平行于横向方向102沿着第一宽度230延伸,而第二补偿元件24在第二部分区域中平行于横向方向102沿着第二宽度240延伸。根据本发明,第一弹簧结构宽度210和第一宽度230优选是不等宽的,以及第二弹簧结构宽度220和第二宽度240是不等宽的。在图7中,在左侧示出根据本发明的一种实施方式的弹簧结构20,其中纵向方向201和法线方向101彼此平行地定向。此外,在图7中在右侧示出本发明的一种替代的实施方式,其中纵向方向201和法线方向101彼此不平行地定向。
尤其通过将补偿元件(在此第一补偿元件23)安置到向内开槽的弹簧元件(在此第一弹簧元件21)上实现,上方部分的上方面重心215此外位于下方部分的下方面重心215′上。在此,“向内开槽的弹簧元件”尤其涉及以下弹簧元件:从平行于法线方向101的到衬底10上的视线方向看所述弹簧元件具有朝向各另一个弹簧元件上延伸的边缘211。在制造方法中,补偿元件的第一和/或第二宽度230、240优选以与开槽角201′相应的程度与开槽角201′匹配。优选地,如此匹配基本形状(即先导结构的形状,由所述先导结构在第四方法步骤中在凹部区域25中构成补偿元件23、24)、几何形状(即平行于法线方向101的高度和/或平行于衬底10的主延伸面100的宽度)和/或第一和第二弹簧元件21、22之间的间距,使得避免回旋运动。
在图8中以示意性横截图示出根据本发明的不同实施方式的微机械传感器1的弹簧结构20,其中在此所示出的实施方式与本发明的其他实施方式尤其基本上相同。第一层301的结构化优选如此实现,使得在第一层301中产生梯形的凹部25(具有另一个正的边缘)。由此有利地能够实现,当开槽过程延伸至(通过图8的右侧上的参考标记25′说明的)区域中时,在所述区域中产生残留。
在图9中以示意性横截图示出根据本发明的一种实施方式的微机械传感器1,其中在此所示出的实施方式与本发明的其他实施方式尤其基本上相同。在此示出,可运动的质量元件30通过弹簧结构20与衬底10耦合,其中第一和第二弹簧元件21、22逐段地基本上彼此平行地延伸并且逐段地、尤其通过耦合元件26彼此耦合。
在图10a至10f中示出用于制造根据本发明的一种实施方式的微机械传感器1的方法,其中在此所示出的实施方式与本发明的其他实施方式尤其基本上相同。在第一制造步骤中,第一层301沉积在衬底10上,其中衬底10或者第一层301包括第一部分层301′(见图10a)。随后,在第二制造步骤中,在具有第一层301的衬底(见图10b)上产生第一层301中的凹部区域25,如在图10c中所示出的那样。第一层301的结构化例如通过时间蚀刻过程实现。随后,在第三制造步骤中,尤其如此沉积第二层302,使得凹部区域25借助第二层302的材料来填充。在第四制造步骤中,结构化第二层302,其中弹簧结构20和质量元件30由第二层302构成,其中弹簧结构20如此构造,使得弹簧结构20的第一和第二弹簧元件21、22逐段地基本上彼此平行地延伸并且逐段地彼此耦合。此外,在第四制造步骤中,在第二层302的结构化期间,在凹部区域25中构成用于正交补偿的第一补偿元件23和第二补偿元件24,使得第一补偿元件23与第一弹簧元件21连接而第二补偿元件24与第二弹簧元件22连接(见图10e)。在随后的第五制造步骤中,暴露质量元件30和弹簧结构20,其中至少部分地去除第一层301。例如在牺牲层蚀刻方法、例如氢氟酸(HF)气相蚀刻中去除第一层301并且暴露弹簧结构20。
在图11a至11g中示出用于制造根据本发明的一种实施方式的微机械传感器1的方法,其中在此所示出的实施方式与本发明的其他实施方式尤其基本上相同,其中在此在第一方法步骤之前或者在第一方法步骤期间,在第一部分层301′上施加第三层303、例如停止层303(见图11a、11b和11c)。所述停止层例如是所埋藏的多晶硅层。第三层303尤其用于产生L形的第一和第二补偿元件23、24(见图11b、11e、11f和11g)。
在图12中示出根据本发明的不同实施方式的微机械传感器1的弹簧结构20,其中在此所示出的实施方式与本发明的其他实施方式基本上相同。在此,第一部分区域通过参考标记23′而第二部分区域通过参考标记24′来说明。第一补偿元件23在另一第一部分区域(见参考标记23″)中平行于横向方向102沿着另一第一宽度230′延伸,而第二补偿元件24在另一第二部分区域(见参考标记24″)中平行于横向方向102沿着另一第二宽度240′延伸。所述另一第一宽度230′在此大于第一弹簧结构宽度210,而所述另一第二宽度240′在此大于第二弹簧结构宽度220。第一和第二部分区域尤其也称作第一或第二连接区域。在此,第一和第二连接区域(见参考标记23′、24′)在第一和第二弹簧元件21、22的彼此背向的侧上具有各一个凹部。在此,所述另一第一和第二部分区域也称作第一或第二附加区域。通过相对宽的附加结构,由于弹簧刚性(优选以宽度的三次幂来标度)有利地能够实现第一和第二补偿元件,其具有相对小的高度(沿着法线方向101)并且因此可以特别简单地制造,其中然而补偿通过斜向的开槽角产生的正交。
Claims (9)
1.一种微机械传感器(1),其具有衬底(10)和能够相对于所述衬底(10)运动的质量元件(30),所述衬底具有主延伸面(100),其中,所述能够运动的质量元件(30)通过弹簧结构(20)与所述衬底(10)耦合,其中,所述弹簧结构(20)具有第一弹簧元件(21)和第二弹簧元件(22),其中,所述第一弹簧元件(21)和所述第二弹簧元件(22)逐段地基本上彼此平行地延伸,其特征在于,所述弹簧结构(20)包括用于正交补偿的第一补偿元件(23)和第二补偿元件(24),其中,所述第一补偿元件(23)与所述第一弹簧元件(21)连接,其中,所述第二补偿元件(24)与所述第二弹簧元件(22)连接,其中,所述第一弹簧元件(21)具有沿着横向方向(102)延伸的第一弹簧结构宽度(210),其中,所述第二弹簧元件(22)具有沿着所述横向方向(102)延伸的第二弹簧结构宽度(220),其中,所述第一补偿元件(23)在第一部分区域中平行于所述横向方向(102)沿着第一宽度(230)延伸,其中,所述第一弹簧结构宽度(210)和所述第一宽度(230)不相等,其中,所述第二补偿元件(24)在第二部分区域中平行于所述横向方向(102)沿着第二宽度(240)延伸,其中,所述第二弹簧结构宽度(220)和所述第二宽度(240)不相等,其中,所述第一弹簧元件(21)具有沿着纵向方向(201)朝向所述衬底(10)延伸的边缘(211),其中,所述第一补偿元件(23)的所述第一宽度(230)与在所述纵向方向(201)和基本上垂直于所述衬底(10)的所述主延伸平面(100)的法线方向(101)之间围成的开槽角(201')相匹配。
2.根据权利要求1所述的微机械传感器(1),其特征在于,当所述纵向方向(201)和法线方向(101)彼此平行地定向时,所述第一补偿元件(23)的第一宽度(230)和所述第二补偿元件(24)的第二宽度(240)基本上同样大,其中,所述法线方向(101)基本上垂直于所述衬底(10)的主延伸面(100)定向,和/或
其中,当所述纵向方向(201)和所述法线方向(101)彼此不平行地定向时,所述第一补偿元件(23)的第一宽度(230)和所述第二补偿元件(24)的第二宽度(240)不相等。
3.根据以上权利要求中任一项所述的微机械传感器(1),其特征在于,所述第一补偿元件(23)如此与所述第一弹簧元件(21)连接,使得所述第一补偿元件(23)至少部分地布置在所述衬底(10)和所述第一弹簧元件(21)之间,其中,所述第二补偿元件(24)如此与所述第二弹簧元件(22)连接,使得所述第二补偿元件(24)至少部分地布置在所述衬底(10)和所述第二弹簧元件(22)之间。
4.根据权利要求1或2所述的微机械传感器(1),其特征在于,所述第一弹簧元件(21)的第一横截面(212)和所述第二弹簧元件(22)的第二横截面(222)具有相同的横截面形状,其中,所述第一弹簧结构宽度(210)和所述第二弹簧结构宽度(220)尤其是同样大的。
5.根据权利要求1或2所述的微机械传感器(1),其特征在于,所述第一补偿元件(23)在另一第一部分区域中平行于所述横向方向(102)沿着另一第一宽度(230')延伸,其中,所述第二补偿元件(24)在另一第二部分区域中平行于所述横向方向(102)沿着另一第二宽度(240')延伸,其中,所述另一第一宽度(230')大于所述第一弹簧结构宽度(210),和/或,其中,所述另一第二宽度(240')大于所述第二弹簧结构宽度(220)。
6.根据权利要求5所述的微机械传感器(1),其特征在于,所述第一部分区域主要布置在所述第一弹簧元件(21)的面向所述第二弹簧元件(22)的区域中,其中,所述第二部分区域主要布置在所述第二弹簧元件(22)的面向所述第一弹簧元件(21)的区域中。
7.一种用于制造微机械传感器(1)的方法,其中,在第一制造步骤中在衬底(10)上沉积第一层(301),其中,在第二制造步骤中在所述第一层(301)中产生凹部区域(25),其中,在第三制造步骤中在所述第一层(301)上沉积第二层(302),其中,在第四制造步骤中结构化所述第二层(302),其中,由所述第二层(302)构成弹簧结构(20)和质量元件(30),其中,所述弹簧结构(20)如此构造,使得所述弹簧结构(20)的第一弹簧元件(21)和第二弹簧元件(22)逐段地基本上彼此平行地延伸,其中,在第五制造步骤中暴露所述质量元件(30)和所述弹簧结构(20),其中,至少部分地去除所述第一层(301),其特征在于,在所述第四制造步骤中在所述第二层(302)的结构化期间,在所述凹部区域(25)中构成用于正交补偿的第一补偿元件(23)和第二补偿元件(24),使得所述第一补偿元件(23)与所述第一弹簧元件(21)连接而所述第二补偿元件(24)与所述第二弹簧元件(22)连接,在所述第四方法步骤中如此构造所述第一弹簧元件(21),使得所述第一弹簧元件(21)的边缘(211)沿着纵向方向(201)朝向所述衬底(10)延伸,其中,在所述纵向方向(201)和基本上垂直于所述衬底(10)的主延伸方向(100)的法线方向(101)之间围成一个开槽角(201'),其中,所述弹簧结构(20)如此构成,使得所述第一补偿元件(23)的第一宽度(230)和/或另一第一宽度(230')通过所述开槽角(201')预给定和/或所述第二补偿元件(24)的第二宽度(240)和/或另一第二宽度(240')通过所述开槽角(201')预给定。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述弹簧结构(20)如此构造,使得所述第一弹簧元件(21)具有沿着横向方向(102)延伸的第一弹簧结构宽度(210)而所述第二弹簧元件(22)具有沿着所述横向方向(102)延伸的第二弹簧结构宽度(220),其中,在所述第四方法步骤中如此构造所述第一补偿元件(23),使得所述第一补偿元件(23)在第一部分区域中平行于所述横向方向(102)沿着第一宽度(230)延伸并且所述第一弹簧结构宽度(210)和所述第一宽度(230)不相等,其中,在所述第四方法步骤中如此构造所述第二补偿元件(24),使得所述第二补偿元件(24)在第二部分区域中平行于所述横向方向(102)沿着第二宽度(240)延伸并且所述第二弹簧结构宽度(220)和所述第二宽度(240)不相等。
9.根据权利要求7或8所述的方法,其特征在于,所述第一补偿元件(23)在面向所述第二弹簧元件(22)的区域中与所述第一弹簧元件(21)连接和/或所述第二补偿元件(24)在面向所述第一弹簧元件(21)的区域中与所述第二弹簧元件(22)连接。
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US10739373B2 (en) * | 2016-10-19 | 2020-08-11 | Robert Bosch Gmbh | Micromechanical spring for a sensor element |
JP6950444B2 (ja) * | 2017-10-18 | 2021-10-13 | セイコーエプソン株式会社 | 物理量センサー、電子機器、および移動体 |
DE102018210482B4 (de) * | 2018-06-27 | 2022-07-07 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements |
DE102018220422A1 (de) * | 2018-11-28 | 2020-05-28 | Robert Bosch Gmbh | Aktuationseinrichtung für ein mikromechanisches Bauelement, mikromechanisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines mikromechanisches Bauelements |
DE102019201235A1 (de) * | 2019-01-31 | 2020-08-06 | Robert Bosch Gmbh | Drucksensoreinrichtung sowie Verfahren zum Herstellen einer Drucksensoreinrichtung |
US11692825B2 (en) * | 2020-06-08 | 2023-07-04 | Analog Devices, Inc. | Drive and sense stress relief apparatus |
WO2021252364A1 (en) | 2020-06-08 | 2021-12-16 | Analog Devices, Inc. | Stress-relief mems gyroscope |
US11698257B2 (en) | 2020-08-24 | 2023-07-11 | Analog Devices, Inc. | Isotropic attenuated motion gyroscope |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6272926B1 (en) * | 1998-04-18 | 2001-08-14 | Robert Bosch Gmbh | Micromechanical component |
DE102009045393A1 (de) * | 2009-10-06 | 2011-04-07 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanisches Bauelement |
CN102449488A (zh) * | 2009-05-26 | 2012-05-09 | 罗伯特·博世有限公司 | 微机械结构 |
DE102011088331A1 (de) * | 2011-12-13 | 2013-06-13 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanische Struktur und mikromechanisches Sensorelement |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5920012A (en) * | 1998-06-16 | 1999-07-06 | Boeing North American | Micromechanical inertial sensor |
FR2808264B1 (fr) * | 2000-04-28 | 2002-06-07 | Commissariat Energie Atomique | Structure mecanique micro-usinee et dispositif incorporant la structure |
US6722197B2 (en) * | 2001-06-19 | 2004-04-20 | Honeywell International Inc. | Coupled micromachined structure |
US6843127B1 (en) * | 2003-07-30 | 2005-01-18 | Motorola, Inc. | Flexible vibratory micro-electromechanical device |
FI116543B (fi) * | 2004-12-31 | 2005-12-15 | Vti Technologies Oy | Värähtelevä mikromekaaninen kulmanopeusanturi |
US20070220973A1 (en) * | 2005-08-12 | 2007-09-27 | Cenk Acar | Multi-axis micromachined accelerometer and rate sensor |
FI120921B (fi) * | 2007-06-01 | 2010-04-30 | Vti Technologies Oy | Menetelmä kulmanopeuden mittaamiseksi ja värähtelevä mikromekaaninen kulmanopeusanturi |
DE102007057042A1 (de) * | 2007-09-10 | 2009-03-12 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Mikromechanischer Drehratensensor mit Kopplungsbalken und Aufhängungs-Federelementen zur Unterdrückung der Quadratur |
FI119895B (fi) * | 2007-10-05 | 2009-04-30 | Vti Technologies Oy | Värähtelevä mikromekaaninen kulmanopeusanturi |
DE102007054505B4 (de) * | 2007-11-15 | 2016-12-22 | Robert Bosch Gmbh | Drehratensensor |
US20100095768A1 (en) * | 2008-10-20 | 2010-04-22 | Custom Sensors & Technologies, Inc. | Micromachined torsional gyroscope with anti-phase linear sense transduction |
US8539832B2 (en) * | 2010-10-25 | 2013-09-24 | Rosemount Aerospace Inc. | MEMS gyros with quadrature reducing springs |
FI124020B (fi) * | 2011-03-04 | 2014-02-14 | Murata Electronics Oy | Jousirakenne, resonaattori, resonaattorimatriisi ja anturi |
US20140144232A1 (en) * | 2012-11-28 | 2014-05-29 | Yizhen Lin | Spring for microelectromechanical systems (mems) device |
FI125696B (en) * | 2013-09-11 | 2016-01-15 | Murata Manufacturing Co | Gyroscope structure and gyroscope with improved quadrature compensation |
DE102014002823B4 (de) * | 2014-02-25 | 2017-11-02 | Northrop Grumman Litef Gmbh | Mikromechanisches bauteil mit geteilter, galvanisch isolierter aktiver struktur und verfahren zum betreiben eines solchen bauteils |
FR3022996B1 (fr) * | 2014-06-27 | 2017-12-01 | Thales Sa | Capteur inertiel angulaire mems fonctionnant en mode diapason |
-
2014
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2015
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- 2015-07-31 US US14/815,185 patent/US10001374B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6272926B1 (en) * | 1998-04-18 | 2001-08-14 | Robert Bosch Gmbh | Micromechanical component |
CN102449488A (zh) * | 2009-05-26 | 2012-05-09 | 罗伯特·博世有限公司 | 微机械结构 |
DE102009045393A1 (de) * | 2009-10-06 | 2011-04-07 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanisches Bauelement |
DE102011088331A1 (de) * | 2011-12-13 | 2013-06-13 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanische Struktur und mikromechanisches Sensorelement |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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