CN114966107A - 用于使基于温度的误差减少的锚定结构 - Google Patents

用于使基于温度的误差减少的锚定结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微机电系统(MEMS)，并且更具体地涉及用于将MEMS部件锚定在MEMS装置内的锚定结构。该装置的转子部件和定子部件的锚定点布置成使得锚定点沿着共同轴线布置并且与共同轴线交叠。

Description

用于使基于温度的误差减少的锚定结构
技术领域
本发明涉及微机电系统(MEMS)，并且更具体地涉及用于将MEMS部件锚定在MEMS装置内的锚定结构。
背景技术
在MEMS装置中，可以测量MEMS装置内的部件的运动，以便于测量外部量、比如加速度或旋转。例如，在MEMS加速度计中，以沿着至少一个轴线相对自由移动的检测质量块在外部加速度下相对于加速度计的固定部件移动。质量块的运动利用下述两者以电容的方式来测量：位于质量块上的一个或更多个可移动电极和位于加速度计内固定结构上的一个或更多个固定电极。固定电极和可移动电极形成一个或更多个电容器，电容器的电容随着检测质量块相对于固定结构移动而改变。
为了准确地测量加速度，必须使固定结构的由于外部加速度所导致的运动最小化，因此固定结构在一个或更多个锚定点处锚定至MEMS装置，例如锚定至该装置的基板。然而，随着MEMS装置经历温度变化，固定电极和可移动电极的相对位置可能会由于装置本身内的膨胀或收缩而改变。因此，期望使引入到MEMS加速度计和其他装置的测量中的由温度变化所导致的误差最小化。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种MEMS装置，该MEMS装置包括：基板，该基板限定了基板平面；转子，该转子经由转子锚定点安装至基板，其中，转子能够相对于基板平面旋转；以及两个定子，其中，每个定子的位置相对于基板平面固定并且经由定子锚定点安装至基板。转子锚定点和定子锚定点布置成使得锚定点中的所有锚定点与共同轴线交叠。
转子锚定点和定子锚定点的宽度可以是相同的，并且转子锚定点和定子锚定点可以沿着共同轴线对准。
转子锚定点和定子锚定点可以是矩形的。
定子锚定点可以是L形的并且L形的定子锚定点可以布置成使得定子锚定点的L形尺寸相同并且定子锚定点中的一个定子锚定点的L形相对于其他定子锚定点旋转180度，并且每个L形中的第一部分平行于共同轴线且每个L形中的第二部分垂直于共同轴线；并且L形的定子锚定点的第二部分沿着共同轴线对准。
L形的定子锚定点的第一部分可以与第二轴线交叠，该第二轴线垂直于共同轴线。
转子锚定点的与共同轴线垂直地测量的宽度可以与L形的定子锚定点的宽度相同。
转子锚定点的形状可以是矩形的。
转子锚定点和定子锚定点的长度可以小于单独的转子锚定点和定子锚定点的宽度。
该装置可以是加速度计，并且可以通过以电容的方式测量转子相对于定子的运动来测量加速度。
相邻锚定点之间在与共同轴线平行的方向上的距离可以小于锚定点中的任何锚定点在与共同轴线平行的方向上的长度的两倍。
附图说明
图1示出了根据本发明的第一实施方式的锚定布置结构。
图2示出了根据本发明的第二实施方式的锚定布置结构。
图3示出了在MEMS加速度计中使用的第二实施方式的锚定布置结构。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施方式的MEMS装置的锚定布置结构。三个锚定点101、102和103将MEMS装置的微机械部件固定至基板，MEMS装置形成在该基板上。
MEMS装置可以是加速度计，在这种情况下，锚定点101可以被称为转子锚定点101，并且锚定点102和103可以被称为定子锚定点102、103。如关于图3更详细地示出的，转子锚定点101将转子结构104锚定至基板，该转子结构104例如为转子所附接的并且允许一定程度运动的转子悬挂件。定子锚定点102、103将相对于基板保持处于固定位置的定子105、106锚定至基板。应当理解的是，图1中仅示出了转子结构104和定子105、106的部分。在操作中，通过使用电容性测量来测量转子相对于定子的运动以检测MEMS装置的加速度。
如图1中所示，锚定点101至103布置成使得锚定点中的所有锚定点与共同轴线110交叠。换句话说，锚定点101至103以线状布置。这与定子锚定点102、103通常“并排”而不是一者位于另一者“上方”的常规锚定点布置结构形成对比。这种布置结构的优点在于，当MEMS装置经历温度变化并且锚定点101至103由于基板的膨胀/收缩和温度变化所引起的应力而导致不可避免地移动时，锚定点101至103中的所有锚定点的运动一般都是沿同一方向。相反，当定子锚定点102、103并排布置时，这些定子锚定点除了沿竖向方向(即，与轴线110平行)移动之外还倾向于沿水平方向(即，与轴线110垂直)移动分开。图1中所示的锚定点的布置结构因此减少了锚定点101至103相对于彼此的运动，并且因此还减少了与锚定点101至103连接的部件相对于彼此的运动。由于在MEMS加速度计中，加速度是基于位于定子和转子上的电极之间的变化距离来测量的，故而减少由外部加速度以外的源导致的运动提高了加速度测量的准确性。
在该实施方式中，锚定点101至103优选地沿着共同轴线110对准。在上下文中，“对准”是指锚定点101至103的中心点相对于在与轴线110垂直的轴线上所测量的共同轴线110都处于相同位置。由于基板沿着与共同轴线110垂直的膨胀/收缩或其他变形对锚定点中的所有锚定点的影响大致相等，因此这种布置结构使锚定点101至103的相对运动最小化。
锚定点101至103还可以都具有如与轴线110垂直所测量的相同宽度。这种布置结构还减少了锚定点101至103的相对运动。
优选地，每个锚定点101至103的长度，即锚定点的最外边缘之间与共同轴线110平行地测量的距离小于锚定点101至103的与共同轴线110垂直地测量的宽度。以此方式，每个单独的锚定点101至103的宽度在锚定点已经被蚀刻之后足够稳定。
图2中示出了本发明的第二实施方式。锚定点201至203再次布置成使得锚定点201至203都与共同轴线210交叠；然而，与图1的定子锚定点102至103相比，定子锚定点202至203是L形的。定子锚定点202至203中的一个定子锚定点布置成使得该定子锚定点是另一定子锚定点的180度旋转。另外，所有的三个锚定点201至203优选地沿着共同轴线210对准。
定子锚定点202、203的L形允许每个锚定点的最大长度和最大宽度更大，从而在每个方向上提供增加的刚度，同时还减少了由锚定点202至304在基板上所占据的空间。实际上，定子锚定点202至203还可以与第二轴线211——该第二轴线211与共同轴线210垂直——交叠，以使基板上由定子锚定点202至203所占据的空间最小化。
转子锚定点201可以具有与定子锚定点202、203的最大宽度相同的宽度，但是如图2中所示，转子锚定点201的形状可以是大致矩形的。
图3示出了示例性MEMS加速度计，在示例性MEMS加速度计中使用了图2的锚定结构。从图3可以很容易地理解可以如何使用图1的锚定结构作为替代。图3示出了转子结构304a、304b，转子结构304a、304b包括转子悬挂件304a和转子304b本身。转子悬挂件304a是通过转子锚定点301锚定至基板的固定元件。转子304b是通过弹簧321、322连接至转子悬挂件304a的可移动元件，弹簧321、322允许转子旋转离开页面的平面并且相对于基板和定子305、306旋转，定子305、306通过定子锚定点302、303固定至基板。具体地，转子构造成围绕与基板平行并且与共同轴线110垂直的旋转轴线312旋转。转子304b和定子305、306各自包括电容器电极、比如梳状电极，使得转子304b靠近或远离定子305、306的运动引起电极之间的电容变化。电容中变化的程度与转子304b的运动程度成正比，并且转子304b的运动的程度与向加速度计沿与页面的平面垂直的方向所施加的力(因此与向加速度计沿与页面的平面垂直的方向施加的加速度)的程度成正比。因此，通过测量电容，可以确定MEMS装置的加速度。如图3中所示，定子305、306是电分离的并且关于共同轴线310对称，使得定子305、306可以用于差分测量由转子304b的运动引起的电容。将定子锚定点和转子锚定点布置成与共同轴线310交叠减少了定子锚定点相对于彼此的运动，并且因此特别提高了通过这些锚定点进行的差分检测的准确性。

Claims (10)

1.一种微机电系统装置，包括：
基板，所述基板限定基板平面；
转子，所述转子经由转子锚定点安装至所述基板，其中，所述转子能够相对于所述基板平面旋转；以及
两个定子，其中，每个定子的位置相对于所述基板平面固定并且经由定子锚定点安装至所述基板；
其特征在于，所述转子锚定点和所述定子锚定点布置成使得所述锚定点中的所有锚定点与共同轴线交叠。
2.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其中，所述转子锚定点和所述定子锚定点的宽度相同，并且其中，所述转子锚定点和所述定子锚定点沿着所述共同轴线对准。
3.根据权利要求1或2所述的微机电系统装置，其中，所述转子锚定点和所述定子锚定点是矩形的。
4.根据权利要求1或2所述的微机电系统装置，其中，所述定子锚定点是L形的，并且其中，L形的所述定子锚定点布置成使得：
所述定子锚定点的L形尺寸相同，并且所述定子锚定点中的一个定子锚定点相对于其他定子锚定点旋转180度；
每个L形中的第一部分平行于所述共同轴线，并且每个L形中的第二部分垂直于所述共同轴线；并且
L形的所述定子锚定点的所述第二部分沿着所述共同轴线对准。
5.根据权利要求4所述的微机电系统装置，其中，L形的所述定子锚定点的所述第一部分与第二轴线交叠，所述第二轴线垂直于所述共同轴线。
6.根据权利要求4或5所述的微机电系统装置，其中，所述转子锚定点的与所述共同轴线垂直地测量的宽度与L形的所述定子锚定点的宽度相同。
7.根据权利要求6所述的微机电系统装置，其中，所述转子锚定点的形状是矩形的。
8.根据任一前述权利要求所述的微机电系统装置，其中，所述转子锚定点和所述定子锚定点的长度小于单独的所述转子锚定点和所述定子锚定点的宽度。
9.根据任一前述权利要求所述的微机电系统装置，其中，所述微机电系统装置是加速度计，并且其中，加速度通过以电容的方式测量所述转子相对于所述定子的运动来测量。
10.根据任一前述权利要求所述的微机电系统装置，其中，相邻锚定点之间在与所述共同轴线平行的方向上的距离小于所述锚定点中的任何锚定点在与所述共同轴线平行的方向上的长度的两倍。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009000167A1 (de) * 2009-01-13 2010-07-22 Robert Bosch Gmbh Sensoranordnung
TWI649565B (zh) 2012-01-12 2019-02-01 芬蘭商村田電子公司 加速度感測器結構和其之使用
JP5962900B2 (ja) 2012-04-02 2016-08-03 セイコーエプソン株式会社 物理量センサーおよび電子機器
WO2013184816A1 (en) * 2012-06-05 2013-12-12 Analog Devices, Inc. Mems sensor with dynamically variable reference capacitance
US20150301075A1 (en) * 2012-10-16 2015-10-22 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Inertial Sensor
FI20135714L (fi) * 2013-06-28 2014-12-29 Murata Manufacturing Co Kapasitiivinen mikromekaaninen kiihtyvyysanturi
CN110058051B (zh) * 2014-12-11 2021-08-06 意法半导体股份有限公司 具有减少漂移功能的z轴微机电检测结构
EP3757579B1 (en) 2019-06-26 2023-07-26 Murata Manufacturing Co., Ltd. Capacitive micromechanical accelerometer

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