CN109311656A - 用于压力传感器设备的微机械构件 - Google Patents

用于压力传感器设备的微机械构件 Download PDF

Info

Publication number
CN109311656A
CN109311656A CN201780037218.6A CN201780037218A CN109311656A CN 109311656 A CN109311656 A CN 109311656A CN 201780037218 A CN201780037218 A CN 201780037218A CN 109311656 A CN109311656 A CN 109311656A
Authority
CN
China
Prior art keywords
diaphragm
swing rod
substrate
rod structure
micro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780037218.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109311656B (zh
Inventor
J·赖因穆特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN109311656A publication Critical patent/CN109311656A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109311656B publication Critical patent/CN109311656B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0035—Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
    • B81B3/004—Angular deflection
    • B81B3/0043—Increasing angular deflection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0018—Structures acting upon the moving or flexible element for transforming energy into mechanical movement or vice versa, i.e. actuators, sensors, generators
    • B81B3/0021—Transducers for transforming electrical into mechanical energy or vice versa
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0264—Pressure sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0145—Flexible holders
    • B81B2203/0154—Torsion bars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/04—Electrodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于压力传感器设备的微机械构件，具有在衬底(10)撑开并且能够借助于在所述衬底(10)的第一衬底侧和所述衬底(10)的第二衬底侧之间的压力差拱曲的膜片(12)，和摆杆结构(14)，该摆杆结构与所述膜片(12)如此连接，使得所述摆杆结构(14)能够借助于所述膜片(12)的拱曲围绕第一旋转轴线(16)移位，其中，摆杆结构(14)通过杠杆结构(18)与所述膜片(12)如此连接，使得所述膜片(12)的拱曲触发所述杠杆结构(18)围绕平行于所述第一旋转轴线(16)定向并且与该第一旋转轴线间隔开的第二旋转轴线(20)的旋转运动，并且所述杠杆结构(18)围绕所述第二旋转轴线(20)的旋转运动触发所述摆杆结构(18)围绕所述第一旋转轴线(16)的另外的旋转运动。此外，本发明涉及一种压力传感器设备和一种用于压力传感器设备的微机械构件的制造方法。

Description

用于压力传感器设备的微机械构件
技术领域
本发明涉及一种用于压力传感器设备的微机械构件和一种压力传感器设备。此外，本发明涉及一种用于压力传感器设备的微机械构件的制造方法。
背景技术
在US 2014/0060169 A1中描述一种具有可以围绕旋转轴线倾斜的摆杆结构的压力传感器。摆杆结构在旋转轴线的第一侧上具有第一执行器电极并且在旋转轴线的第二侧上具有第二执行器电极。此外，摆杆结构被包围在气密的壳体中，其中，布置在壳体上的膜片使存在于壳体中的参考压力与存在于壳体的外部容积中的外压力/测量压力隔开。壳体也具有配属于第一执行器电极的第一定子电极和配属于第二执行器电极的第二定子电极。
发明内容
本发明实现一种具有权利要求1的特征的用于压力传感器设备的微机械构件、具有权利要求11的特征的压力传感器设备和具有权利要求12的特征的用于压力传感器设备的微机械构件的制造方法。
本发明实现微机械构件/压力传感器设备，在所述微机械构件/压力传感器设备中，膜片的相对较小的拱曲已经引起摆杆结构(从它在第一衬底侧和第二衬底侧之间的压力相等的情况下的初始位置)的相对较大的偏移。摆杆结构(从它的初始位置)的这种相对较大的偏移可以借助于简单的验证技术(例如电容式验证技术)可靠地识别出并且由此可以分析处理出传感器值(例如在第一衬底侧和第二衬底侧之间的压力差)的相对精确的和相比较而言无误差的确定。因此，本发明有助于改进传感器设备、如尤其是压力传感器设备。
在根据本发明的构件/由此配备的压力传感器设备上的杠杆元件的构造不仅允许摆杆结构(从它的初始位置)的偏移与膜片的拱曲成比例的放大，而且也能够实现微机械构件的相对对称的构造。这使根据本发明的微机械构件/由此配备的压力传感器设备的小型化变容易。此外，相应的微机械构件/由此配备的压力传感器设备的对称有利地引起关于从外部作用的应力的不敏感性。因此，本发明实现用于传感器设备、如尤其是压力传感器设备的小的和应力不敏感的微机械构件。
借助于本发明实现的用于摆杆结构借助于杠杆元件的、作为对于膜片拱曲的响应的偏移的“机械放大”的可行性方案的另一优点在于，根据本发明的微机械构件/压力传感器设备可以配备有相对小面积的膜片。这种小面积的膜片的特征在于在第一衬底侧和第二衬底侧之间的压力差和产生的膜片拱曲之间的良好线性。同样地，这种小面积的膜片具有相对较小的应力敏感性和相对而言较高的过载稳固性。
在微机械构件的有利实施方式中，第一旋转轴线位于与膜片居中地并且垂直地相交的平面中。替代地，第一旋转轴线也可以至少靠近膜片。因此，膜片关于摆杆中点的不对称布置不是必需的，从而可以取消在摆杆结构内部的、在现有技术中经常出现的不使用的“无用面积”。
优选地，杠杆结构通过提升元件与膜片连接，该提升元件接触膜片的膜片表面并且可以借助于膜片的拱曲垂直于膜片表面地移位。附加地，杠杆结构可以通过至少一个平行于第一旋转轴线定向的接片元件与摆杆结构连接。因此，可以使用相对较简单的元件用于使杠杆结构接合到膜片上并且用于使杠杆结构接合到摆杆结构上。
以优选的方式，至少一个接片元件相对于第二旋转轴线的间距大于第一旋转轴线相对于第二旋转轴线的旋转轴线间距。这允许摆杆结构(从它的初始位置)的偏移与膜片的拱曲成比例地增大至少2倍。
有利地，杠杆结构通过至少一个第一扭转弹簧悬挂在锚固在衬底上的至少一个第一柱元件上，其中，摆杆结构通过至少一个第二扭转弹簧悬挂在至少一个第一柱元件上和/或锚固在衬底上的至少一个第二柱元件上。杠杆结构尤其可以通过至少一个第一扭转弹簧悬挂在至少一个第一柱元件上，并且摆杆结构也可以通过至少一个第二扭转弹簧这样悬挂在至少一个第一柱元件上，唯一的第一扭转弹簧或多个第一扭转弹簧中的至少一个第一扭转弹簧和唯一的第二扭转弹簧或多个第二扭转弹簧中的至少一个第二扭转弹簧锚固在相同的第一柱元件上。
至少一个第一柱元件和/或至少一个第二柱元件优选相对于膜片的中点等距地锚固在衬底上。这提高微机械构件的/或由此配备的压力传感器设备的该实施方式的应力不敏感性。
作为有利的扩展方案，至少一个第一执行器电极可以在第一旋转轴线的第一侧上构造在摆杆结构上并且至少一个第二执行器电极在第一旋转轴线的第二侧上构造在摆杆结构上，其中，在这种情况下，配属于所述至少一个第一执行器电极的至少一个第一定子电极和配属于所述至少一个第二执行器电极的至少一个第二定子电极优选这样布置在微机械构件上和/或中，使得定子电极的位置不受杠杆结构围绕第二旋转轴线的旋转运动的影响并且不受摆杆结构围绕第一旋转轴线的另外的旋转运动的影响。借助于由所述至少一个第一执行器电极和所述至少一个第一定子电极形成的第一电容器和由所述至少一个第二执行器电极和所述至少一个第二定子电极形成的第二电容器，可以简单地并且可靠地感测/验证摆杆结构(从它的初始位置)的当前偏移。
以优选的方式，唯一的第一定子电极或多个第一定子电极中的至少一个第一定子电极在膜片的第一侧上布置在衬底上，并且唯一的第二定子电极或多个第二定子电极的至少一个第二定子电极在膜片的第二侧上布置在衬底上。基于上面描述的用于使第一旋转轴线直接在膜片上面或至少靠近膜片地布置的可行性方案，可以相对较小地选择在衬底上布置的定子电极之间的间距，由此微机械构件的该实施方式针对衬底的由外部应力引起的弯曲的敏感性也减小。
作为有利的扩展方案，附加于布置在衬底上的定子电极，至少一个另外的第一定子电极和至少一个另外的第二定子电极还可以布置在摆杆结构的远离衬底指向的一侧上。这有助于提高借助于电极实现的电容器在相对较小的电极面积的情况下的电容。
在具有这种微机械构件的压力传感器设备中确保上面提到的优点。
此外，用于压力传感器设备的微机械构件的相应制造方法的实施也引起上面描述的优点。所述制造方法可以根据微机械构件的上面描述的实施方式进行扩展。
附图说明
下面参照附图阐释本发明的其他特征和优点。附图示出：
图1微机械构件的第一实施方式的示意性俯视图；
图2微机械构件的第二实施方式的示意性俯视图；
图3微机械构件的第三实施方式的示意性俯视图；
图4a和4b微机械构件的第四实施方式的示意性俯视图和第四实施方式的沿着图4a的对称轴线/对称平面的横截面；
图5a和5b微机械构件的第五实施方式的示意性俯视图和第五实施方式的沿着图5a的对称轴线/对称平面的横截面；和
图6用于阐释用于压力传感器设备的微机械构件的制造方法的实施方式的流程图。
具体实施方式
图1示出微机械构件的第一实施方式的示意性俯视图。
在图1中示意性描述的微机械构件具有在衬底10上撑开的膜片12。膜片12例如可以遮盖穿过衬底10结构化的开口。膜片12可以借助于衬底10的第一衬底侧(其上的第一压力)和衬底10的第二衬底侧(其上的第二压力)之间的压力差(不等于零)而拱曲。膜片12在第一衬底侧(其上的第一压力)和第二衬底侧(其上的第二压力)之间压力相等的情况下处于所述膜片的初始形状，而膜片12在第一衬底侧和第二衬底侧之间存在压力差(不等于零)的情况下具有拱曲。膜片12的拱曲可以理解为膜片12凹入到微机械构件的内部容积中和/或膜片12从内部容积中凸出因此，膜片12也可以被称为压力传感器膜片。
微机械构件也包括摆杆结构14，该摆杆结构这样与膜片12连接，使得摆杆结构14借助于膜片12的拱曲围绕第一旋转轴线16可移位/已移位。摆杆结构在第一衬底侧和第二衬底侧上的压力相等并且膜片12处于它的初始形状中的情况下处于所述摆杆结构的初始位置中，而摆杆结构14可以借助于膜片12的拱曲从所述摆杆结构的初始位置围绕第一旋转轴线16移位出。
此外，微机械构件具有杠杆结构18，通过该杠杆结构使摆杆结构14与膜片12如此连接，使得膜片12的拱曲触发杠杆结构18围绕第二旋转轴线20的旋转运动并且杠杆结构18围绕第二旋转轴线20的旋转运动触发摆杆结构14围绕第一旋转轴线16的(另外的)旋转运动。第二旋转轴线20平行于第一旋转轴线16地定向并且相对于第一旋转轴线16间隔开。
摆杆结构14通过杠杆结构18与膜片12的耦合与膜片12从其初始形状的拱曲成比例地增大摆杆结构14从它的初始位置围绕第二旋转轴线20的偏移。因此，杠杆元件18不仅用于将膜片12的拱曲传递到摆杆结构14上，而且也用于放大膜片12的拱曲对摆杆结构14的作用。摆杆结构14的从它的初始位置的(与膜片12的拱曲成比例地)增大的偏移可以更简单并且更无误差地确定/验证，由此也可以更简单并且更无误差地确定/验证膜片12从它的初始形状的拱曲(或在第一衬底侧和第二衬底侧之间可能存在的压力差)。因此，微机械构件可以用于实现相对于现有技术改进的传感器设备(例如惯性传感器设备和/或压力传感器设备)。
优选地，至少一个第一执行器电极22a在第一旋转轴线16的第一侧上构造在摆杆结构14上并且至少一个第二执行器电极22b在第一旋转轴线16的第二侧上构造在摆杆结构14上。图1的微机械构件也可以具有配属于所述至少一个第一执行器电极22a的至少一个第一定子电极和配属于所述至少一个第二执行器电极22b的至少一个第二定子电极。定子电极理解为这样布置在微机械构件上和/或中的电极，使得定子电极的位置不受杠杆结构18围绕第二旋转轴线20的旋转运动的影响并且不受摆杆结构14围绕第一旋转轴线16的另外的旋转运动的影响。因此，定子电极也可以解释为固定地/不可移位地布置在微机械构件上的电极。但是，出于更好的概要性，在图1中放弃将定子电机画入。
示例性地，图1的微机械构件的摆杆结构14除了(唯一的)第一执行器电极22a和(唯一的)第二执行器电极22b之外还附加地包括至少一个连接梁24、尤其两个连接梁24，通过所述连接梁将执行器电极22a和22b相互连接。由组件22a、22b和24组成的摆杆结构14围绕杠杆结构18。优选地，由组件22a、22b和24组成的摆杆结构14关于与执行器电极22a和22b居中地相交的和/或垂直于旋转轴线16和20定向的对称轴线/对称平面25而言对称地构造。在这种情况下，所述两个连接梁24在执行器电极22a和22b之间平行于对称轴线/对称平面25地走向。由组件22a、22b和24组成的摆杆结构14也可以关于第一旋转轴线16对称。但是要指出，摆杆结构14的可构造性不局限于这里描述的示例。
优选地，杠杆结构18通过提升元件26和28与膜片12连接，该提升元件接触膜片12的膜片表面并且可以借助于膜片12的拱曲垂直于膜片表面地移位。示例性地，在图1的实施方式中，提升元件26和28包括在两个中间弹簧/中间接片28之间布置的柱元件26，其中，所述两个中间弹簧/中间接片28分别沿着第一旋转轴线16延伸。
借助于提升元件26和28悬挂的/保持的杠杆结构18可以包括两个垂直于旋转轴线16和20走向的杠杆元件30。杠杆结构18通过至少一个第一扭转弹簧32悬挂在锚固在衬底10上的至少一个第一柱元件34上。所述两个杠杆元件30例如可以(在它们的端部中的各一个端部上)通过各一个第一扭转弹簧32悬挂在(唯一的)第一柱元件34上。在第一旋转轴线16的远离第二旋转轴线20指向的一侧上，所述两个杠杆元件30可以(在它们的另外的端部上)通过连接接片36相互连接。由组件30、32和36组成的杠杆结构18可以关于与执行器电极22a和22b居住地相交的和/或垂直于旋转轴线16和20定向的对称轴线/对称平面25对称。同样地，第一旋转轴线16可以与由组件30、32和36组成的杠杆结构18居中地相交。
摆杆结构14也可以通过至少一个第二扭转弹簧38悬挂在至少一个第一柱元件36上和/或悬挂在锚固在衬底10上的至少一个第二柱元件40上。示例性地，在图1的实施方式中，所述两个连接梁24通过各一个沿着第一旋转轴线16(远离杠杆结构18)延伸的第二扭转弹簧38悬挂在各一个第二柱元件40上。
在图1的实施方式中，在第一旋转轴线16的远离第二旋转轴线20指向的一侧上的执行器电极22b通过连接锚固件42与杠杆结构18的连接接片36连接。在连接锚固件42和第二旋转轴线20之间的间距为在两个旋转轴线16和20之间的旋转轴线间距的两倍。这能够实现摆杆结构14(从它的初始位置作为对膜片12的拱曲的反应)的通过使用杠杆结构18的偏移的加倍。
关于图1的微机械构件的其他优点参照下面的描述。
图2示出微机械构件的第二实施方式的示意性俯视图。
在图2的实施方式中，杠杆元件30通过两个连接接片44相互连接，由此实现杠杆结构18的更高的机械稳固性。但杠杆结构18仍然可以关于与执行器电极22a和22b居中地相交的和/或垂直于旋转轴线16和20定向的对称轴线/对称平面25对称。同样地，第一旋转轴线16可以与杠杆结构18居中地相交。
附加地，杠杆结构18通过平行于第一旋转轴线16定向的至少一个接片元件46与摆杆结构14连接，其中，至少一个接片元件46相对于第二旋转轴线20的间距大于第一旋转轴线16相对于第二旋转轴线20的旋转轴线间距。这引起摆杆结构14(从它的初始位置作为对膜片12的拱曲的反应)的、通过使用杠杆结构18的偏移以大于系数2的增大。摆杆结构14(从它的初始位置作为对膜片12的拱曲的反应)的偏移以一放大系数增大，该放大系数可以借助于至少一个接片元件46相对于第二旋转轴线20的间距确定。因此，具有不同的测量范围的传感器设备(如尤其是惯性传感器设备和/或压力传感器设备)例如可以借助于至少一个接片元件46相对于第二旋转轴线20的间距的确定针对所述传感器设备的期望测量范围来详细说明，但这些传感器设备具有相同的基本布置、相同的大小和它们的分析处理电路的相同的基本结构。附加地，几乎可以实施相同的制造方法用于制造这些具有不同的测量范围的传感器设备。示例性地，在图2的实施方式中，所述两个杠杆元件30通过各一个接片元件46与相邻的摆杆结构14的连接梁24连接。
关于图2的微机械构件的其他特征和它们的优点参照之前阐释的实施方式和下面的描述。
图3示出微机械构件的第三实施方式的示意性俯视图。
如参照图3可看出，也可以取消具有连接接片44的杠杆结构18的构造。此外，摆杆结构14的两个连接梁24通过各一个沿着第一旋转轴线16朝着杠杆结构18的方向延伸的第二扭转弹簧38悬挂在各一个第二柱元件40上。在这种情况下，摆杆结构14围绕杠杆结构18、接片元件46和所有柱元件34和40。借助于柱元件34和40的这种布置，所有柱元件34和40可以相对于膜片12的中点等距地锚固在衬底10上。因此，衬底10由于从外部施加到其上的力或温度变化而产生的弯曲具有对柱元件34和40以及在所述柱元件上悬挂的结构14和18的作用，所述作用彼此“均衡”。因此，图3的实施方式具有对于从外部施加到衬底10上的力或温度变化的相对较小的敏感性。
关于图3的微机械构件的其他特征和优点参照下面的描述。
图4a和4b示出微机械构件的第四实施方式的示意性俯视图和第四实施方式沿着图4a的对称轴线/对称平面的横截面。
在图4a和4b的实施方式中，两个杠杆元件30(在它们的端部的各一个端部上)通过沿着第二旋转轴线20朝着摆杆结构14的方向延伸的各一个第一扭转弹簧32悬挂在各一个柱元件48上。摆杆结构14的两个连接梁24同样通过沿着第一旋转轴线16朝着杠杆结构18的方向延伸的各一个第二扭转弹簧38悬挂在分别相邻的柱元件48上。此外，所述两个柱元件48中的每个柱元件具有在衬底10上的两个锚固区域，其中，总共四个锚固区域相对于膜片12的中点等距地构造在衬底10上。由此，图4a和4b的实施方式也具有对于从外部施加到衬底10上的力或温度变化的相对较小的敏感性。
图4b示出图4a和4b的微机械构件沿着对称轴线/对称平面25的横截面。可看出，(至少)膜片12、配属于所述至少一个第一执行器电极22a的至少一个第一定子电极50a和配属于所述至少一个第二执行器电极22b的至少一个第二定子电极50b从第一半导体层和/或金属层52结构化出，该第一半导体层和/或金属层沉积在部分遮盖衬底10的第一绝缘层54上。所述至少一个第一定子电极50a在膜片12的第一侧上布置在衬底10上。相应地，所述至少一个第二定子电极50b在膜片12的第二侧上贴靠在衬底10上。替代地，“可选的”定子电极也可以位于摆杆结构14的朝着衬底10定向的一侧上，由此可以附加地减小图4a和4b的微机械构件对于从外部施加到衬底10上的力的敏感性。
结构化的第二半导体层和/或金属层56在第一半导体层和/或金属层52的远离衬底10指向的一侧上形成，其中，第二绝缘层58的剩余部分存在于结构化的第二半导体层和/或金属层56的和结构化的第一半导体层和/或金属层52的部分区域之间，而结构化的第二半导体层和/或金属层56的另外的部分区域直接接触结构化的第一半导体层和/或金属层52。此外，结构化的第三半导体层和/或金属层60存在于第二半导体层和/或金属层56的远离衬底10指向的一侧上，其中，结构化的第三半导体层和/或金属层60的部分区域直接接触结构化的第二半导体层和/或金属层56，而结构化的第三半导体层和/或金属层60的另外的部分区域借助于第三绝缘层62的剩余部分与结构化的第二半导体层和/或金属层56隔开/绝缘。
杠杆结构18(具有所示出的连接接片44)、接片元件46和扭转弹簧32和38优选从第三半导体层和/或金属层60结构化出。从第三半导体层和/或金属层60也结构化出电极悬挂结构64a和64b，通过所述电极悬挂结构使摆杆结构14的执行器电极22a和22b与膜片10间隔开地保持。补充地，图4a和4b的微机械构件具有罩66，该罩覆盖结构14和18以及定子电极50a和50b并且借助于至少一个键合连接部68固定在结构化的第三半导体层和/或金属层60的剩余部分上。作为可选的组件，还可以在罩66的外部由半导体层和/或金属层52、56和60的部分区域组成接触部70。
在下面描述图4a和4b的实施方式的其他特征和优点。
图5a和5b示出微机械构件的第五实施方式的示意性俯视图和第五实施方式沿着图5a的对称轴线/对称平面的横截面。
作为之前描述的实施方式的扩展方案，在图5a和5b的微机械构件中(除了布置在衬底10上的定子电极50a和50b之外附加地)还有至少一个另外的第一定子电极72a和至少一个另外的第二定子电极72b布置在摆杆结构14的远离衬底10指向的一侧上。所述至少一个另外的第一定子电极72a和所述至少一个另外的第二定子电极72b也从第三半导体层和/或金属层60结构化出。(这在图5b中可看出，该图示出沿着图5a的对称轴线/对称平面25的横截面。)所述另外的定子电极72a和72b的、由半导体层和/或金属层52、56和60的部分区域组成的支撑元件74a和74b确保所述另外的定子电极72a和72b在衬底10上的不受结构14和18的运动所影响的位置中的可靠保持。
借助于所述另外的定子电极72a和72b即使在图5a和5b的微机械构件的容积相对较小的情况下也可以建立由电极22a、22b、50a、50b、72a和72b组成的、具有相对较高的电容的电容器。同样地，也可能的是，使定子电极50a和50b处于摆杆电势，以便以该方式实现图5a和5b的微机械构件对于从外部施加到衬底10上的力的较小的应力敏感性。
此外，在柱元件48上构造有辅助元件76，第一扭转弹簧32锚固在该柱元件上。借助于辅助元件76可以附加地提高杠杆结构18从它的初始位置出来的可移位性。此外，在图5a和5b的微机械构件中，所述另外的定子电极72a和72b的柱元件48及支撑元件74a和74b相对于膜片12的中点等距地锚固在衬底10上。这提高了实施方式相对于从外部施加到衬底10上的力或温度变化的应力敏感性。
图5a和5b的微机械构件的其他特性结合之前所述的实施方式进行阐释。
所有上面描述的微机械构件良好地适用于作为传感器设备(例如惯性传感器设备和/或压力传感器设备)(至少一部分)使用。膜片12通过杠杆结构18与摆杆结构14的耦合改善摆杆结构14(从它的初始位置)的偏移相对于膜片12的拱曲的放大并且由此提高在所有上面描述的微机械构件中的各个传感器设备的敏感性。微机械构件也可以良好地作为模块与另外的传感器类型、如加速度传感器和/或转速传感器一起制造或使用。
在所有上面描述的微机械构件中，第一旋转轴线16处于与膜片12居中地和垂直地相交的平面中。优选地，膜片12在摆杆结构14内部对称地并且在杠杆结构18内部居中地布置。膜片12在摆杆结构14内部的这种布置附加地改善摆杆结构14(从它的初始位置)的偏移相对于膜片12的拱曲的放大。同时，膜片12可以相对小面积地构造，而这不损害摆杆结构14从它的初始位置的相对较大的偏移的引发。相对小面积构造的膜片12需要相对较小的面积/容积并且具有(相对于较大面积的膜片)较小的应力敏感性。此外，小面积的膜片表明该膜片的膜片弯曲的(近似)线性行为作为对于第一衬底侧和第二衬底侧之间的压力差的响应。小面积的膜片对于过载的敏感性也比大面积的膜片小。此外，具有相对小面积构造的膜片12的衬底10比具有相同衬底尺寸、但具有大面积的膜片的对照衬底相对于施加到其上的力更有抵抗性。
所有上面描述的微机械构件可以具有气密的内部容积，其中，所述微机械构件的膜片12将存在于内部容积中的参考压力相对于外部压力/测量压力隔开。在内部容积中尤其可以存在低压或(几乎)真空。
图6示出用于阐释用于压力传感器设备的微机械构件的制造方法的实施方式的流程图。
在可选的方法步骤S0中，首先形成在衬底上撑开的膜片，该膜片借助于衬底的第一衬底侧和衬底的第二衬底侧之间的压力差可拱曲/已拱曲。然而，作为方法步骤S0的替代方案，也可以使用具有这种膜片的“完成的”衬底以实施这里所描述的制造方法。
在方法步骤S1中，使摆杆结构与膜片如此连接，使得摆杆结构借助于膜片的拱曲围绕第一旋转轴线移位。在此，摆杆结构通过杠杆结构与膜片连接。这如此发生，使得杠杆结构通过膜片的拱曲而处于围绕平行于第一旋转轴线定向并且与第一旋转轴线间隔开的第二旋转轴线的旋转运动中，并且摆杆结构通过杠杆结构围绕第二旋转轴线的旋转运动而处于围绕第一旋转轴线的另外的旋转运动中。作为方法步骤S1，摆杆结构、杠杆结构和之后的微机械构件的可能的至少一个另外的组件借助于至少一个蚀刻过程从至少一个半导体层和/或金属层结构化出。例如能够以该方式制造上面描述的实施方式的微机械构件。但是这里所描述的制造方法的可实施性不局限于上面描述的实施方式的制造。

Claims (12)

1.用于压力传感器设备的微机械构件，具有：
在衬底(10)上撑开并且借助于在所述衬底(10)的第一衬底侧和所述衬底(10)的第二衬底侧之间的压力差能够拱曲的膜片(12)；和
摆杆结构(14)，该摆杆结构与所述膜片(12)如此连接，使得所述摆杆结构(14)能够借助于所述膜片(12)的拱曲围绕第一旋转轴线(16)移位；
其特征在于，
设有杠杆结构(18)，所述摆杆结构(14)通过该杠杆结构与所述膜片(12)如此连接，使得所述膜片(12)的拱曲触发所述杠杆结构(18)围绕平行于所述第一旋转轴线(16)定向并且与所述第一旋转轴线(16)间隔开的第二旋转轴线(20)的旋转运动，并且所述杠杆结构(18)围绕所述第二旋转轴线(20)的旋转运动触发所述摆杆结构(18)围绕所述第一旋转轴线(16)的另外的旋转运动。
2.根据权利要求1所述的微机械构件，其中，所述第一旋转轴线(16)位于与所述膜片(12)居中地并且垂直地相交的平面中。
3.根据权利要求1或2所述的微机械构件，其中，所述杠杆结构(18)通过提升元件(26、28)与所述膜片(12)连接，该提升元件接触所述膜片(12)的膜片表面并且能够借助于所述膜片(12)的拱曲垂直于所述膜片表面地移位。
4.根据前述权利要求中任一项所述的微机械构件，其中，所述杠杆结构(18)通过平行于所述第一旋转轴线(16)定向的至少一个接片元件(46)与所述摆杆结构(14)连接，并且其中，所述至少一个接片元件(46)相对于所述第二旋转轴线(20)的间距大于所述第一旋转轴线(16)相对于所述第二旋转轴线(20)的旋转轴线间距。
5.根据前述权利要求中任一项所述的微机械构件，其中，所述杠杆结构(18)通过至少一个第一扭转弹簧(32)悬挂在锚固在所述衬底(10)上的至少一个第一柱元件(34、48)上，并且其中，所述摆杆结构(14)通过至少一个第二扭转弹簧(38)悬挂在所述至少一个第一柱元件(48)和/或锚固在所述衬底(10)上的至少一个第二柱元件(40)上。
6.根据权利要求5所述的微机械构件，其中，所述杠杆结构(18)通过所述至少一个第一扭转弹簧(32)悬挂在所述至少一个第一柱元件(48)上，并且，所述摆杆结构(14)也通过所述至少一个第二扭转弹簧(38)这样悬挂在所述至少一个第一柱元件(48)上，使得唯一的第一扭转弹簧(32)或多个第一扭转弹簧(32)中的至少一个第一扭转弹簧和唯一的第二扭转弹簧(38)或多个第二扭转弹簧(38)中的至少一个第二扭转弹簧锚固在相同的第一柱元件(48)上。
7.根据权利要求5或6所述的微机械构件，其中，所述至少一个第一柱元件(34、48)和/或所述至少一个第二柱元件(40)相对于所述膜片(12)的中心点等距地锚固在所述衬底(10)上。
8.根据前述权利要求中任一项所述的微机械构件，其中，至少一个第一执行器电极(22a)在所述第一旋转轴线(16)的第一侧上构造在所述摆杆结构(14)上并且至少一个第二执行器电极(22b)在所述第一旋转轴线(16)的第二侧上构造在所述摆杆结构(14)上，并且其中，配属于所述至少一个第一执行器电极(22a)的至少一个第一定子电极(50a、72a)和配属于所述至少一个第二执行器电极(22b)的至少一个第二定子电极(50b、72b)如此布置在所述微机械构件上和/或中，使得所述定子电极(50a、50b、72a、72b)的位置不受所述杠杆结构(18)围绕所述第二旋转轴线(20)的旋转运动的影响并且不受所述摆杆结构(14)围绕所述第一旋转轴线(16)的另外的旋转运动的影响。
9.根据权利要求8所述的微机械构件，其中，唯一的第一定子电极或多个第一定子电极(50a)中的至少一个第一定子电极在所述膜片(12)的第一侧上布置在所述衬底(10)上并且唯一的第二定子电极或多个第二定子电极(50b)中的至少一个第二定子电极在所述膜片(12)的第二侧上布置在所述衬底(10)上。
10.根据权利要求9所述的微机械构件，其中，除了布置在所述衬底(10)上的所述定子电极(50a、50b)之外附加地，还有至少一个另外的第一定子电极(72a)和至少一个另外的第二定子电极(72b)布置在所述摆杆结构(14)的远离所述衬底(10)指向的一侧上。
11.压力传感器设备，具有根据前述权利要求中任一项所述的微机械构件。
12.用于压力传感器设备的微机械构件的制造方法，具有以下步骤：
使摆杆结构(14)与在衬底(10)上撑开并且借助于在所述衬底(10)的第一衬底侧和所述衬底(10)的第二衬底侧之间的压力差能够拱曲的膜片(12)如此连接，使得所述摆杆结构(14)借助于所述膜片(12)的拱曲围绕第一旋转轴线(16)移位(S1)；
其特征在于，
所述摆杆结构(14)通过杠杆结构(18)与所述膜片(12)如此连接，使得所述杠杆结构(18)通过所述膜片(12)的拱曲而处于围绕平行于所述第一旋转轴线(16)定向并且与所述第一旋转轴线(16)间隔开的第二旋转轴线(20)的旋转运动中，并且所述摆杆结构(14)通过所述杠杆结构(18)围绕所述第二旋转轴线(20)的旋转运动而处于围绕所述第一旋转轴线(16)的另外的旋转运动中。
CN201780037218.6A 2016-06-14 2017-05-17 用于压力传感器设备的微机械构件 Active CN109311656B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016210479.9 2016-06-14
DE102016210479.9A DE102016210479A1 (de) 2016-06-14 2016-06-14 Mikromechanisches Bauteil für eine Drucksensorvorrichtung
PCT/EP2017/061822 WO2017215871A1 (de) 2016-06-14 2017-05-17 Mikromechanisches bauteil für eine drucksensorvorrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109311656A true CN109311656A (zh) 2019-02-05
CN109311656B CN109311656B (zh) 2022-10-11

Family

ID=58739039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780037218.6A Active CN109311656B (zh) 2016-06-14 2017-05-17 用于压力传感器设备的微机械构件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10807860B2 (zh)
KR (1) KR102292879B1 (zh)
CN (1) CN109311656B (zh)
DE (1) DE102016210479A1 (zh)
TW (1) TWI708733B (zh)
WO (1) WO2017215871A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111807310A (zh) * 2019-04-12 2020-10-23 罗伯特·博世有限公司 用于电容式传感器设备或开关设备的微机械构件
CN113710608A (zh) * 2019-04-12 2021-11-26 罗伯特·博世有限公司 用于电容式传感器或开关装置的微机械构件
CN114450248A (zh) * 2019-09-23 2022-05-06 罗伯特·博世有限公司 用于压力和惯性传感器设备的微机械构件

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018209500B4 (de) * 2018-06-14 2020-10-08 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer z-Inertialsensor
DE102018218056B3 (de) 2018-10-22 2019-06-19 Robert Bosch Gmbh Stressentkoppeltes MEMS-Bauteil mit ringförmiger Membran
DE102021202699B4 (de) 2021-03-19 2023-02-02 Siemens Aktiengesellschaft Leistungsschaltersystem, Leistungsschalter, Displayeinheit und Displayhalter

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5824910A (en) * 1997-04-16 1998-10-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Miniature hydrostat fabricated using multiple microelectromechanical processes
CN201041027Y (zh) * 2007-06-01 2008-03-26 左林海 双控自动送钻器
CN102712460A (zh) * 2009-05-27 2012-10-03 罗伯特·博世有限公司 微机械构件和微机械构件的制造方法
EP2703799A1 (en) * 2012-08-30 2014-03-05 Freescale Semiconductor, Inc. Pressure sensor with differential capacitive output
US20150053002A1 (en) * 2013-08-26 2015-02-26 Robert Bosch Gmbh Micromechanical sensor and method for manufacturing a micromechanical sensor
EP2921836A1 (fr) * 2014-03-19 2015-09-23 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Capteur de mesure de pression différentielle microélectromécanique et/ou nanoélectromécanique

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2977319B1 (fr) 2011-07-01 2014-03-14 Commissariat Energie Atomique Dispositif de mesure de pression a sensiblite optimisee
JP5714648B2 (ja) * 2012-11-16 2015-05-07 株式会社豊田中央研究所 力学量ｍｅｍｓセンサ及び力学量ｍｅｍｓセンサシステム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5824910A (en) * 1997-04-16 1998-10-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Miniature hydrostat fabricated using multiple microelectromechanical processes
CN201041027Y (zh) * 2007-06-01 2008-03-26 左林海 双控自动送钻器
CN102712460A (zh) * 2009-05-27 2012-10-03 罗伯特·博世有限公司 微机械构件和微机械构件的制造方法
EP2703799A1 (en) * 2012-08-30 2014-03-05 Freescale Semiconductor, Inc. Pressure sensor with differential capacitive output
US20150053002A1 (en) * 2013-08-26 2015-02-26 Robert Bosch Gmbh Micromechanical sensor and method for manufacturing a micromechanical sensor
EP2921836A1 (fr) * 2014-03-19 2015-09-23 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Capteur de mesure de pression différentielle microélectromécanique et/ou nanoélectromécanique

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111807310A (zh) * 2019-04-12 2020-10-23 罗伯特·博世有限公司 用于电容式传感器设备或开关设备的微机械构件
CN113710608A (zh) * 2019-04-12 2021-11-26 罗伯特·博世有限公司 用于电容式传感器或开关装置的微机械构件
CN114450248A (zh) * 2019-09-23 2022-05-06 罗伯特·博世有限公司 用于压力和惯性传感器设备的微机械构件
CN114450248B (zh) * 2019-09-23 2024-09-24 罗伯特·博世有限公司 用于压力和惯性传感器设备的微机械构件

Also Published As

Publication number Publication date
US10807860B2 (en) 2020-10-20
US20190185316A1 (en) 2019-06-20
TWI708733B (zh) 2020-11-01
TW201805230A (zh) 2018-02-16
CN109311656B (zh) 2022-10-11
DE102016210479A1 (de) 2017-12-14
KR102292879B1 (ko) 2021-08-25
WO2017215871A1 (de) 2017-12-21
KR20190017929A (ko) 2019-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109311656A (zh) 用于压力传感器设备的微机械构件
JP4719272B2 (ja) 三軸加速度計
US8952466B2 (en) Flexible stop for an acceleration sensor
USRE45855E1 (en) Microelectromechanical sensor with improved mechanical decoupling of sensing and driving modes
JP5638598B2 (ja) 垂直に集積されたｍｅｍｓ加速度トランスデューサ
US7258011B2 (en) Multiple axis accelerometer
KR100737708B1 (ko) 마이크로메카니컬 각 가속도 센서
JP6020392B2 (ja) 加速度センサ
US8418557B2 (en) Physical quantity sensor
EP3499244A1 (en) Single axis inertial sensor with suppressed parasitic modes
JP5799929B2 (ja) 加速度センサ
US20180135985A1 (en) Mems gyroscope having 2-degree-of-freedom sensing mode
CN107356785A (zh) 一种具有柔性铰链结构的mems扭摆式加速度计
US7308827B2 (en) Integrated gyroscope and temperature sensor
US20180231579A1 (en) Mems device with off-axis shock protection
US10899603B2 (en) Micromechanical z-inertial sensor
CN104819730A (zh) 一种mems惯性传感器及其制造方法
JP5292600B2 (ja) 加速度センサ
US9296606B2 (en) MEMS device with a stress-isolation structure
JP2005049320A (ja) 加速度センサ
US11231441B2 (en) MEMS structure for offset minimization of out-of-plane sensing accelerometers
US10598686B2 (en) Micromechanical z-acceleration sensor
CN118533159B (zh) 基于自差分电极的微惯性敏感结构及制备方法
JP6065017B2 (ja) 角加速度センサおよび加速度センサ
TW201713591A (zh) 微機械構件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant