ITTO20110782A1 - Struttura di rilevamento perfezionata per un accelerometro risonante ad asse z - Google Patents

Struttura di rilevamento perfezionata per un accelerometro risonante ad asse z Download PDF

Info

Publication number
ITTO20110782A1
ITTO20110782A1 IT000782A ITTO20110782A ITTO20110782A1 IT TO20110782 A1 ITTO20110782 A1 IT TO20110782A1 IT 000782 A IT000782 A IT 000782A IT TO20110782 A ITTO20110782 A IT TO20110782A IT TO20110782 A1 ITTO20110782 A1 IT TO20110782A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
axis
inertial mass
rotation
elements
resonator element
Prior art date
Application number
IT000782A
Other languages
English (en)
Inventor
Claudia Comi
Alberto Corigliano
Sarah Zerbini
Original Assignee
Milano Politecnico
St Microelectronics Srl
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 Milano Politecnico, St Microelectronics Srl filed Critical Milano Politecnico
Priority to IT000782A priority Critical patent/ITTO20110782A1/it
Priority to DE112012003562.3T priority patent/DE112012003562B4/de
Priority to CN201280042181.3A priority patent/CN103827673B/zh
Priority to PCT/IB2012/054497 priority patent/WO2013030798A1/en
Publication of ITTO20110782A1 publication Critical patent/ITTO20110782A1/it
Priority to US14/193,981 priority patent/US9377482B2/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/097—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements
    • G01P15/0975—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements by acoustic surface wave resonators or delay lines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/097—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “STRUTTURA DI RILEVAMENTO PERFEZIONATA PER UN ACCELEROMETRO RISONANTE AD ASSE Zâ€
La presente invenzione si riferisce ad una struttura di rilevamento perfezionata per un accelerometro risonante ad asse verticale (cosiddetto asse z), di tipo microelettromeccanico (MEMS - Micro Electro Mechanical System) o nanoelettromeccanico (NEMS - Nano Electro Mechanical System), in particolare in grado di rilevare con elevate prestazioni elettriche una componente di accelerazione verticale, agente in direzione trasversale a, o al di fuori di, un piano di estensione principale della stessa struttura.
Come noto, accelerometri di tipo MEMS (o NEMS) sono stati proposti ed impiegati, grazie alle loro dimensioni estremamente compatte, ridotti consumi e buone prestazioni elettriche, per svariati ambiti di applicazione, ad esempio per applicazioni di navigazione inerziale.
I numerosi accelerometri proposti in letteratura ed attualmente presenti sul mercato possono essere generalmente raggruppati in tre classi, sulla base del principio di rilevamento utilizzato dalla relativa struttura di rilevamento: capacitivo, piezoresistivo e risonante.
Negli accelerometri risonanti, l’accelerazione esterna da misurare produce uno spostamento rilevabile della frequenza di risonanza di uno o più elementi risonatori della struttura di rilevamento meccanica; l’elemento risonatore può essere costituito da un’intera massa inerziale (massa di prova, o massa libera, cosiddetta “proof mass†) della struttura di rilevamento, o da una qualche sua parte. Il rilevamento risonante, rispetto ad altri principi di misura, ha il vantaggio di offrire una uscita di frequenza diretta, di tipo quasi-digitale, elevata sensibilità ed ampia gamma dinamica.
A seconda della configurazione della struttura di rilevamento, la variazione della frequenza di risonanza può essere indotta dalla presenza di sforzi assiali nell’elemento risonatore, o dalla variazione della cosiddetta “rigidezza elettrica†(“electrical stiffness†) a cui à ̈ sottoposto lo stesso elemento risonatore.
In particolare, sono stati proposti accelerometri risonanti ad asse z, realizzati mediante la tecnica del “surface micromachining†(o microlavorazione di superficie), il cui principio di funzionamento si basa sul rilevamento di una variazione della frequenza di risonanza dovuta ad una variazione di rigidezza elettrica.
Ad esempio, accelerometri di questo genere sono descritti nei seguenti documenti:
[1] S. Sung, J.G. Lee, T.Kang, “Development and test of MEMS accelerometer with self-sustained oscillation loop†, Sensors and Actuators, 109, 1-8 (2003);
[2] B. Lee, C. Oh, S. Lee, Y. Oh, K. Chun, “A vacuum packaged differential resonant accelerometer using gap sensitive electrostatic stiffness changing effect†, Proc. MEMS 2000;
[3] H.C. Kim, S. Seok, I. Kim, S-D. Choi, K. Chun, “Inertial-grade out-of-plane and in-plane differential resonant silicon accelerometers (DRXLs)†, Proc. Transducers †̃05, Seoul, Corea, 5-9 giugno, 172-175 (2005).
Il principio di funzionamento di tali accelerometri risonanti può essere così sintetizzato: un’accelerazione esterna a genera su una massa inerziale m della struttura di rilevamento una forza inerziale F = m·a; tale forza esterna induce uno spostamento o una rotazione della massa inerziale, ad essa proporzionale, che fa variare la distanza, o “gap†, tra la massa inerziale e il substrato ad essa affacciato (ed elettrodi di rilevamento realizzati sullo stesso substrato). La variazione di gap produce una variazione di “rigidezza elettrica†Ke, e tale variazione causa una corrispondente variazione della frequenza di risonanza dell’elemento posto in risonanza, sia questo costituito dall’intera massa inerziale, da una sua parte, o da un elemento distinto ad essa accoppiato.
In particolare, l’accelerometro basato su questo principio proposto nel documento precedentemente indicato con [1] utilizza come elemento risonatore l’intera massa inerziale della struttura di rilevamento, opportunamente sospesa al di sopra del substrato mediante elementi elastici di sostegno, disposti ai vertici della stessa massa inerziale, e opportunamente mantenuta in condizione di risonanza da un’elettronica ad essa accoppiata.
Tale struttura ha tuttavia lo svantaggio che, essendo l’asse di rilevamento coincidente con quello della oscillazione della massa risonante, à ̈ difficile controllare che il modo risonante sia stabile; inoltre, date le dimensioni della massa risonante (che corrisponde all’intera massa inerziale), i consumi di energia per causarne l’azionamento in risonanza possono in generale essere elevati.
Una soluzione alternativa à ̈ rappresentata dagli accelerometri proposti nei documenti precedentemente indicati con [2] e [3], in cui la struttura di rilevamento microelettromeccanica à ̈ costituita da una massa inerziale e da due risonatori torsionali ad essa accoppiati. La massa inerziale à ̈ vincolata al substrato in modo eccentrico, essendo quindi posta in rotazione intorno ad un asse di rotazione in presenza di un’accelerazione esterna; i risonatori torsionali presentano un proprio asse di rotazione, ortogonale a quello della massa inerziale, e vengono tenuti separatamente in risonanza. Lo spostamento della massa inerziale causa la variazione della rigidezza elettrica avvertita dai risonatori, e dunque una variazione della loro frequenza di risonanza.
Le sensitività (o sensibilità) riportate in letteratura per gli accelerometri risonanti ottenuti mediante surface micromachining sono di poche decine di Hertz per 1 g di accelerazione. Ad esempio, nel caso del dispositivo descritto nel documento indicato con il riferimento [2], la sensitività raggiunge circa 70 Hertz/g con dimensioni complessive della massa inerziale mobile pari a circa 2,5 mm x 2 mm, con uno spessore di 40 Î1⁄4m (ovvero, dimensioni che risultano piuttosto elevate, soprattutto nel caso di applicazioni portatili); nel caso del dispositivo descritto nel documento indicato con il riferimento [1], la sensitività raggiunge circa 25 Hertz/g con dimensioni complessive della massa inerziale mobile pari a circa 1 mm x 1 mm, con uno spessore di 40 Î1⁄4m.
I vari accelerometri MEMS risonanti, ad oggi proposti, si differenziano dunque dal punto di vista delle geometrie realizzate per la struttura meccanica di rilevamento (in particolare per le diverse disposizioni degli elementi risonatori rispetto alla massa inerziale), e conseguentemente per le caratteristiche elettriche che ne derivano, in particolare per quanto riguarda la sensibilità nel rilevamento dell’accelerazione esterna.
Nessuno di tali accelerometri risulta tuttavia completamente soddisfacente per quanto riguarda le caratteristiche elettriche e le dimensioni meccaniche, principalmente nel caso di applicazioni portatili in cui si richiedono consumi e dimensioni particolarmente ridotti.
Lo scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire una struttura di rilevamento per un accelerometro risonante, avente migliorate caratteristiche meccaniche ed elettriche, in particolare per quanto riguarda la sensibilità nel rilevamento dell’accelerazione esterna e le risultanti dimensioni.
Secondo la presente invenzione, viene pertanto fornita una struttura di rilevamento per un accelerometro risonante, come definita nelle rivendicazioni allegate.
Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, puramente a titolo di esempi non limitativi e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 mostra una vista in pianta schematica di una struttura di rilevamento di un accelerometro risonante, secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 2a mostra la rotazione di una massa inerziale della struttura di rilevamento di figura 1, dovuta ad un’accelerazione esterna verticale;
- la figura 2b mostra la deformazione di risonatori torsionali della struttura di rilevamento di figura 1;
- le figure 3a e 3b mostrano schematicamente una sezione laterale, rispettivamente di un risonatore e della massa inerziale, della struttura di rilevamento di figura 1;
- la figura 4 Ã ̈ uno schema a blocchi semplificato di un accelerometro risonante incorporante la struttura di rilevamento, e di un apparecchio elettronico provvisto di tale accelerometro risonante;
- la figura 5 Ã ̈ una vista in pianta maggiormente dettagliata di una struttura di rilevamento di un accelerometro risonante, secondo una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione; e
- la figura 6 Ã ̈ una vista in pianta della struttura di rilevamento di figura 5, con evidenziate piste di collegamento elettriche.
La figura 1 mostra una prima forma di realizzazione di una struttura di rilevamento microelettromeccanica, indicata nel suo insieme con 1, di un accelerometro risonante ad asse verticale (asse z). La struttura di rilevamento 1 Ã ̈ realizzata in maniera integrata, con le tecniche di microlavorazione superficiale dei semiconduttori, in particolare a partire da un corpo di materiale semiconduttore (quale il silicio).
La struttura di rilevamento 1 comprende un’unica massa inerziale 2, che presenta una forma genericamente rettangolare in un piano xy, corrispondente ad un suo piano principale di estensione, definito da un primo e da un secondo asse orizzontale x, y; la massa inerziale 2 presenta una dimensione sostanzialmente trascurabile (rispetto alle dimensioni nel piano xy) in direzione ortogonale allo stesso piano xy, lungo un asse verticale z definente una terna di assi ortogonali con i suddetti primo e secondo asse orizzontale x, y. L’asse verticale z definisce inoltre la direzione di rilevamento dell’accelerazione esterna da parte della struttura di rilevamento 1.
La massa inerziale 2 Ã ̈ ancorata ad un sottostante substrato (qui non illustrato, ad esempio un substrato di materiale semiconduttore, quale il silicio), in modo da essere sospesa al di sopra dello stesso substrato, con il piano xy sostanzialmente parallelo ad una superficie superiore dello stesso substrato, in condizione di riposo (ovvero di assenza di accelerazione esterna).
In particolare, la massa inerziale 2 à ̈ accoppiata elasticamente ad un unico ancoraggio centrale 4 disposto internamente all’ingombro della stessa massa inerziale 2 nel piano xy; l’ancoraggio centrale 4 à ̈ ad esempio costituito da un pilastro che si estende verticalmente fino a, ed à ̈ connesso meccanicamente al, substrato. In particolare, l’ancoraggio centrale 4 à ̈ disposto in una prima finestra 5, realizzata all’interno della massa inerziale 2 e che la attraversa per il suo intero spessore. La massa inerziale 2 à ̈ collegata al suddetto ancoraggio centrale 4 mediante elementi elastici di ancoraggio 6 (in numero pari a due nella forma di realizzazione illustrata in figura 1), nel complesso configurati (in particolare, in termini di rigidezza flessionale e torsionale) in modo da mantenere la massa inerziale 2 sospesa al di sopra del substrato e da consentirne un movimento di rotazione al di fuori del piano xy, intorno ad un primo asse di rotazione A, sostanzialmente diretto parallelamente al secondo asse orizzontale y e definito dall’asse di estensione degli stessi elementi elastici di ancoraggio 6. Tale movimento costituisce il primo modo proprio della massa inerziale 2 ed à ̈ illustrato schematicamente nella figura 2a (in cui con linea di minore spessore viene mostrata la configurazione di riposo).
In particolare, la massa inerziale 2 presenta una distribuzione di massa asimmetrica rispetto al primo asse di rotazione A, in modo tale da essere vincolata in maniera eccentrica all’ancoraggio centrale 4; la massa inerziale 2 presenta infatti una distribuzione di massa asimmetrica lungo il primo asse orizzontale x, con una prima porzione 2a, ed una seconda porzione 2b, disposte da parti opposte rispetto al primo asse di rotazione A, la prima porzione 2a avendo una estensione lungo il primo asse orizzontale x maggiore rispetto alla seconda porzione 2b. L’intera struttura di rilevamento 1 risulta sostanzialmente simmetrica rispetto ad un asse di simmetria centrale parallelo al primo asse orizzontale x (e passante per l’ancoraggio centrale 4).
Gli elementi elastici di ancoraggio 6 sono disposti sostanzialmente in maniera simmetrica rispetto al primo asse di rotazione A e si estendono allineati da parti opposte rispetto all’ancoraggio centrale 4 lungo il secondo asse orizzontale y.
In maggiore dettaglio, ciascun elemento elastico di ancoraggio 6 comprende una molla torsionale di tipo ripiegato (cosiddetta “folded beam†), estendentesi generalmente lungo il secondo asse orizzontale y e costituita in modo di per sé noto da una pluralità di porzioni rettilinee 6a, parallele tra loro, aventi estensione lungo il secondo asse orizzontale y, e raccordate tra loro in corrispondenza delle relative estremità da porzioni di raccordo 6b estendentisi trasversalmente alle porzioni rettilinee 6a lungo il primo asse orizzontale x (ed aventi estensione longitudinale molto minore rispetto alle stesse porzioni rettilinee 6a). Le porzioni rettilinee 6a sono inoltre molto sottili (hanno cioà ̈ una lunghezza nella direzione di estensione molto maggiore della relativa larghezza).
In particolare, una prima delle porzioni rettilinee 6a, disposta più esternamente rispetto all’asse di rotazione A, à ̈ collegata, in corrispondenza di una sua estremità, alla massa inerziale 2 congiungendosi ad una superficie laterale interna della stessa massa inerziale 2, affacciata alla prima apertura 5; mentre una seconda delle porzioni rettilinee 6a, anch’essa disposta esternamente e da parte opposta rispetto allo stesso asse di rotazione A, à ̈ collegata all’ancoraggio centrale 4.
La struttura di rilevamento 1 comprende inoltre un primo ed un secondo elemento risonatore 10a, 10b, costituiti da rispettive masse sospese (aventi dimensioni molto minori rispetto alla massa inerziale 2 nel piano xy), disposti da parti opposte dell’ancoraggio centrale 4 rispetto al primo asse di rotazione A, simmetricamente rispetto allo stesso primo asse di rotazione A.
Nella forma di realizzazione illustrata in figura 1, il primo elemento risonatore 10a à ̈ disposto internamente alla massa inerziale 2, in particolare all’interno di una seconda finestra 12, realizzata attraverso la prima porzione 2a della stessa massa inerziale 2; mentre il secondo elemento risonatore 10b à ̈ disposto in posizione laterale esterna rispetto alla massa inerziale 2, all’interno di una terza finestra 13, realizzata attraverso la seconda porzione 2b della massa inerziale 2. In particolare, il secondo elemento risonatore 10b si trova alla massima distanza possibile dal primo asse di rotazione A, tale per cui una sua superficie laterale esterna (indicata con S1in figura 2a) si trovi a filo ed allineata lungo il secondo asse orizzontale y ad una rispettiva superficie laterale esterna della massa inerziale 2 (indicata con S2nella stessa figura 2a). La terza finestra 13 à ̈ dunque aperta verso l’esterno, in corrispondenza della suddetta superficie laterale esterna S2della massa inerziale 2.
Gli elementi risonatori 10a, 10b sono vincolati elasticamente alla massa inerziale 2 mediante rispettivi elementi elastici di supporto 16, di tipo torsionale, configurati in modo da consentire agli stessi elementi risonatori un movimento di rotazione al di fuori del piano xy, intorno ad un rispettivo secondo e terzo asse di rotazione B, C, paralleli al primo asse di rotazione A ed al secondo asse orizzontale y; tale movimento costituisce il primo modo proprio per gli elementi risonatori 10a, 10b ed à ̈ illustrato schematicamente nella figura 2b (in cui nuovamente viene mostrata con linea di minore spessore una configurazione di riposo).
Gli assi di rotazione B, C sono disposti da parti opposte del primo asse di rotazione A, simmetricamente allo stesso, ad una distanza r (indicata in figura 3b); tale distanza r risulta circa pari alla differenza tra l’estensione lungo il primo asse orizzontale x della seconda porzione 2b della massa inerziale 2 e la semiestensione lungo lo stesso asse x della massa dell’elemento risonatore 10b (indicata con b in figura 3a).
In maggiore dettaglio, ciascun elemento risonatore 10a, 10b à ̈ vincolato alla rispettiva porzione 2a, 2b della massa inerziale 2 da una coppia di elementi elastici di supporto 16, costituiti da molle torsionali di tipo ripiegato, estendentisi generalmente lungo il secondo asse orizzontale y, da parti opposte del rispettivo elemento risonatore 10a, 10b, sostanzialmente centralmente rispetto ad esso (e configurate sostanzialmente come descritto relativamente agli elementi elastici di ancoraggio 6). Gli elementi elastici di supporto 16 si estendono tra il rispettivo elemento risonatore 10a, 10b e la massa inerziale 2 all’interno delle finestre 12, 13, che presentano una opportuna conformazione (atta a contenere sia l’ingombro degli elementi risonatori 10a, 10b che quello degli stessi elementi elastici di supporto 16).
Facendo anche riferimento alle figure 3a e 3b, la struttura di rilevamento 1 comprende inoltre, per ciascun elemento risonatore 10a, 10b, una coppia di elettrodi 17, 18, disposti al di sotto del relativo elemento risonatore 10a,10b, da parti opposte rispetto al relativo asse di rotazione B, C; gli elettrodi 17 e 18 sono disposti sul substrato della struttura di rilevamento 1, indicato con 20 nelle stesse figure 3a, 3b.
Un primo elettrodo, definito elettrodo di azionamento 17, à ̈ utilizzato per azionare l’associato elemento risonatore 10a, 10b in condizione di risonanza, mediante l’applicazione di un’opportuna differenza di potenziale elettrico; in particolare, l’elemento risonatore 10a, 10b à ̈ posto ad una tensione di polarizzazione costante Vp, mentre l’associato elettrodo di azionamento 17 à ̈ posto ad una tensione di azionamento variabile nel tempo Va(t), ad esempio con andamento sinusoidale, in modo tale da indurre il movimento rotatorio oscillante in risonanza dell’elemento risonatore 10a, 10b.
In particolare, l’azionamento in risonanza degli elementi risonatori 10a, 10b à ̈ indotto in maniera continua, indipendentemente dalla rotazione della massa inerziale 2 dovuta alla presenza dell’accelerazione esterna da rilevare.
Un secondo elettrodo, definito elettrodo di rilevamento 18, à ̈ utilizzato per rilevare, mediante una variazione dell’accoppiamento capacitivo con l’elemento risonatore 10a, 10b, variazioni della relativa frequenza di risonanza (secondo uno schema di rilevamento noto come “parallel plate†); l’elettrodo di rilevamento 18 viene generalmente mantenuto a massa (0 V).
In particolare, per le ragioni che saranno chiare in seguito, gli elettrodi di azionamento 17 sono disposti in posizione laterale più esterna rispetto al primo asse di rotazione A ed all’ingombro della massa inerziale 2 nel piano xy.
Nelle stesse figure 3a, 3b sono inoltre indicati: con c la distanza lungo il primo asse orizzontale x tra l’asse di rotazione B, o C, e gli elettrodi 17 e 18; con b la semi-estensione degli elementi risonatori 10a, 10b lungo lo stesso primo asse orizzontale x; con g0la distanza di separazione (o “gap†) a riposo (ovvero, in assenza di azionamento e di accelerazione esterna) tra gli elettrodi 17, 18 ed il relativo elemento risonatore 10a, 10b lungo l’asse verticale z; con Î ̧ l’angolo di rotazione dell’elemento risonatore 10a, 10b attorno al rispettivo asse di rotazione B, C; e con β l’angolo di rotazione della massa inerziale 2 attorno al primo asse di rotazione A.
In maniera qui non illustrata (ma che sarà descritta in seguito), opportune piste di collegamento elettrico sono previste per il collegamento elettrico dei suddetti elettrodi 17, 18 ad un circuito elettronico accoppiato alla struttura di rilevamento 1; tale circuito elettronico à ̈ configurato in modo da fornire i segnali elettrici di azionamento alla struttura di rilevamento 1, e ricevere ed elaborare i segnali elettrici di rilevamento forniti dalla stessa struttura di rilevamento 1.
Viene ora descritto il principio di funzionamento della struttura di rilevamento 1, facendo riferimento nuovamente alle figure 3a, 3b, che illustrano rispettivamente: la rotazione di un elemento risonatore 10a, 10b in risposta al segnale di azionamento (in particolare, il primo elemento risonatore 10a); e la rotazione della massa inerziale 2 in risposta ad un’accelerazione esterna azagente lungo l’asse verticale z (si noti che nella figura 3b, gli elementi risonatori 10a, 10b sono mostrati in condizione di riposo, per semplicità di illustrazione, ma si intende che l’oscillazione di risonanza sia comunque presente, anche in presenza dell’accelerazione esterna az).
In assenza dell’accelerazione esterna az, i due elementi risonatori 10a, 10b sono mantenuti in rotazione con la stessa frequenza nominale f0di oscillazione, data dalla seguente espressione:
1 K ï€ K
f m e
0ï€1⁄2 (1)
2ï ° J p
dove Kme Jpsono rispettivamente la rigidezza torsionale meccanica ed il momento di inerzia polare della massa degli elementi risonatori 10a, 10b, e Keà ̈ la loro rigidezza torsionale elettrica, data dall’espressione seguente:
2ï ¥
K 0 L
V<2>
eï€1⁄2 p ï€ ̈b<3>
3 g 3 ï€ c<3> (2)
0
in cui ε0à ̈ la costante dielettrica del vuoto ed L à ̈ la dimensione lungo il secondo asse orizzontale y della massa degli elementi risonatori 10a e 10b.
La coppia Tedovuta all’attrazione elettrostatica agente su ciascun elemento risonatore 10a, 10b per piccoli angoli Î ̧ e piccole tensioni di attuazione à ̈ inoltre data da:
Teï‚»Te 0 K eï ± (3)
dove:
ï ¥
Te 0ï€1⁄2 0 L
(b2ï€c 2
2 g 2 )Vp V a (4)
0
Quando la struttura di rilevamento 1 à ̈ soggetta ad accelerazione lineare lungo l’asse verticale z, gli elementi elastici di ancoraggio 6 si deformano torsionalmente consentendo la rotazione della massa inerziale 2 al di fuori del piano xy, intorno al primo asse di rotazione A.
Per effetto di tale rotazione, come evidenziato in figura 3b, gli elementi risonatori 10a, 10b, vincolati alla massa inerziale 2, subiscono un corrispondente spostamento lungo l’asse verticale z, ed in particolare un primo elemento risonatore, ad esempio il primo elemento risonatore 10a, si allontana dal substrato 20 (e dagli elettrodi 17, 18 su di esso disposti), mentre l’altro elemento risonatore, in particolare il secondo elemento risonatore 10b, si avvicina allo stesso substrato 20.
La distanza media a riposo tra il primo elemento risonatore 10a ed il substrato 20 (e gli elettrodi 17, 18 su di esso disposti) diventa all’incirca pari a g0+βr, mentre la distanza a riposo tra il secondo elemento risonatore 10b e lo stesso substrato 20 diventa all’incirca pari a g0-βr (si noti che per piccoli spostamenti, risulta valida l’approssimazione sinβ≈β).
La rigidezza elettrica, presente a causa dell’attuazione capacitiva, à ̈ inversamente proporzionale al cubo della distanza g tra l’elemento risonatore 10a, 10b ed il sottostante elettrodo di azionamento 17, e quindi decresce per il primo elemento risonatore 10a mentre invece cresce per il secondo elemento risonatore 10b.
Mediante l’equazione (1) si può calcolare la nuova frequenza di risonanza f1del primo elemento risonatore 10a, che risulta diminuita, e la nuova frequenza di risonanza f2del secondo elemento risonatore 10b, che risulta aumentata in maniera corrispondente:
2ï ¥ L
Kmï€ 0 V<2>b3ï€ c 3
1 3(g ï€«ï ¢ r ) 3 pï€ ̈ 
f ï€1⁄2 0
1 (5)
2ï ° J p
2ï ¥ 0 L
Km ï€ V<2>b3ï€ c 3
g ï€ï ¢ r ) 3 pï€ ̈ 
1 3(
f 2ï€1⁄2 0 (6)
2ï ° J p
Combinando le letture fornite dai due elementi risonatori 10a, 10b, in particolare ottenute tramite i relativi elettrodi di rilevamento 18, risulta possibile determinare, a partire dalla differenza delle frequenze di risonanza f1, f2, il valore dell’accelerazione esterna azagente sulla struttura di rilevamento 1 in direzione verticale.
In particolare, combinando i segnali generati dai due elementi risonatori 10a, 10b, utilizzando le espressioni (5) e (6) linearizzate intorno ad f0, si può determinare la variazione di frequenza Δf:
 g 3 g 3 ï ¢ r K ï „f ï‚» f ï€ 0  0  K e 3 e
0
 g ï ¢ r 3 g r )3 ï‚» f  (7)  2( 0 ) 2( 0ï€ï ¢ K 0
mï€ K e g 0 Kmï€ K e L’angolo di rotazione β può inoltre essere determinato tramite la seguente espressione:
ma R
ï ¢ï€1⁄2 z G
r (8)
2 Gsw 3 nr L
dove azà ̈ l’accelerazione esterna lungo l’asse verticale z, RGà ̈ la distanza del centro di massa della massa inerziale 2 dal primo asse di rotazione A, G à ̈ il modulo elastico di taglio, w e s sono rispettivamente le dimensioni nel piano e fuori dal piano xy della sezione trasversale degli elementi elastici di ancoraggio 6, e nred Lrsono rispettivamente il numero di ripiegamenti (“folds†) e la lunghezza di ciascuna porzione rettilinea 6a degli stessi elementi elastici di ancoraggio 6.
Mediante le espressioni (7) e (8) si può dunque ottenere la sensibilità della struttura di rilevamento 1, come:
ï „ f mR K
ï‚» f e
03 G
rL r r (9)
a z 2Gsw3n
g 0 Km ï€ K e
Come mostrato in figura 4, la struttura di rilevamento 1 à ̈ convenientemente accoppiata ad un opportuno circuito elettronico di lettura e azionamento 22, configurato tra l’altro in modo tale da effettuare opportune elaborazioni e combinazioni dei valori di frequenza di risonanza f1, f2(in particolare la differenza di tali valori), per determinare il valore dell’accelerazione esterna az.
La struttura di rilevamento 1 e l’associato circuito elettronico di lettura e azionamento 22 formano insieme un accelerometro risonante 24, ad asse verticale; il circuito elettronico di lettura 22 à ̈ convenientemente realizzato in forma integrata come ASIC (Application Specific Integrated Circuit), in una piastrina (die) che può essere vantaggiosamente alloggiata in uno stesso contenitore (package) che ospita anche la piastrina nella quale à ̈ realizzata la struttura di rilevamento 1.
Come mostrato schematicamente nella stessa figura 4, un apparecchio elettronico 26, provvisto di tale accelerometro risonante 24, ad esempio un apparecchio portatile, quale un laptop, un palmare o una fotocamera o videocamera, comprende inoltre un’unità di controllo 28 (ad esempio a microprocessore), collegata elettricamente al circuito elettronico di lettura e azionamento 22, in modo da ricevere le misure di accelerazione per eseguire operazioni di controllo per la gestione dello stesso apparecchio elettronico 26.
Si sottolinea che la presenza dei due elementi risonatori 10a, 10b sottoposti a variazioni opposte della frequenza di risonanza fornisce diversi vantaggi, tra cui:
- la sensibilità nel rilevamento dell’accelerazione esterna risulta raddoppiata misurando la differenza tra la frequenza dei due elementi risonatori, anziché la variazione di frequenza di un singolo elemento risonatore;
- la linearità del sistema viene migliorata, cioà ̈ la risposta dell’accelerometro può essere linearizzata in una gamma maggiore di accelerazioni;
- la geometria descritta à ̈ meno sensibile agli effetti spuri del carico termico, dato che, quando si considera la differenza tra le frequenze, viene cancellato un effetto non elastico che provoca una pre-sollecitazione negli elementi risonatori.
Le figure 5 e 6 illustrano viste dall’alto maggiormente dettagliate di una particolare forma di realizzazione della struttura di rilevamento, nuovamente indicata con 1, in cui si può tra l’altro notare la presenza di fori praticati attraverso l’intero spessore della massa inerziale 2 e degli elementi risonatori 10a, 10b, al fine di consentirne il rilascio rispetto al substrato 20 per attacco chimico di regioni di materiale sottostanti.
Si possono inoltre notare elementi di arresto (stopper) 30 disposti agli angoli della massa inerziale 2, al fine di limitare l’escursione di movimenti spuri della massa inerziale 2 nel piano xy; tali stopper 30 sono convenientemente ancorati al substrato 20, ed in grado di arrestare il movimento della massa inerziale 2 prima di possibili rotture.
In questa forma di realizzazione, gli elementi risonatori 10a, 10b sono costituiti da rispettive masse sospese aventi forma sostanzialmente quadrata in pianta.
Inoltre, anche la seconda finestra 12 risulta in tal caso aperta verso l’esterno, presentando una porzione di prolungamento 12a che si estende a partire dalla massa del primo elemento risonatore 10a verso l’esterno della massa inerziale 2, attraversando interamente parte della prima porzione 2a della stessa massa inerziale 2, parallelamente al primo asse orizzontale x. La terza finestra 13 definisce invece una rientranza 13a nella seconda porzione 2b della massa inerziale 2, per accomodare parte del secondo elemento risonatore 10b e per consentire la realizzazione e la corretta disposizione degli elementi elastici di supporto 16.
Come meglio evidenziato in figura 6, tale configurazione geometrica consente che prime piste elettriche verso gli elettrodi di azionamento 17 (per questo vantaggiosamente disposti all’esterno della struttura di rilevamento 1 rispetto al primo asse di rotazione A), indicate con 34, seguano un percorso che non passa al di sotto della massa inerziale 2, così da evitarne movimenti indesiderati dovuti alle grandezze elettriche di attuazione. Inoltre, sia le prime piste elettriche 34 verso gli elettrodi di azionamento 17, che seconde piste elettriche 35 verso gli elettrodi di rilevamento 18, indicate con 35, risultano vantaggiosamente sostanzialmente simmetriche rispetto al primo asse di rotazione A.
In maniera di per sé nota, le prime e le seconde piste elettriche 34, 35 sono realizzate al di sopra del substrato 20, da cui sono isolate mediante opportuno materiale dielettrico, e contattano gli elettrodi 17, 18 (essendo ad esempio realizzate a partire da uno stesso strato di materiale, ad esempio polisilicio).
La sensitività per accelerazioni lungo l’asse verticale z associata alla struttura di rilevamento 1 mostrata nelle figure 5 e 6, con una dimensione della massa inerziale 2 di circa 400 Î1⁄4m (lungo il primo asse orizzontale x) x 300 Î1⁄4m (lungo il secondo asse orizzontale y) x 15 Î1⁄4m (lungo l’asse verticale z) ed una tensione di polarizzazione Vpdi 6 V à ̈ superiore a 300 Hz/g; le dimensioni degli elementi risonatori 10a, 10b sono in tal caso pari a 105 Î1⁄4m x 105 Î1⁄4m con lo stesso spessore di 15 Î1⁄4m, e la frequenza di risonanza nominale à ̈ pari a 23 kHz.
Come precedentemente accennato, la struttura di rilevamento 1 può essere realizzata con processi di microlavorazione superficiale, per esempio utilizzando il cosiddetto processo ThELMA (Thick Epipoly Layer for Microactuators and Accelerometers).
Il processo ThELMA consente la realizzazione di strutture sospese con spessori relativamente contenuti (ad esempio dell’ordine di 10-15 Î1⁄4m), ancorate al substrato attraverso parti cedevoli (molle) e pertanto in grado di spostarsi rispetto al substrato di silicio sottostante. Il processo consiste in diverse fasi di produzione, tra cui:
- ossidazione termica del substrato;
- deposizione e modellazione (patterning) di interconnessioni elettriche orizzontali (destinate ad esempio alla realizzazione degli elettrodi 17, 18 e delle piste elettriche 34, 35);
- deposizione e patterning di uno strato sacrificale; - crescita epitassiale di uno strato strutturale (ad esempio costituito di polisilicio con spessore di 15 Î1⁄4m, destinato alla formazione delle masse sospese);
- patterning dello strato strutturale mediante attacco di trincea (trench etching);
- rimozione dell’ossido sacrificale per il rilascio delle varie masse sospese; e
- deposizione di metallizzazioni di contatto.
Da quanto à ̈ stato descritto ed illustrato precedentemente, i vantaggi che la presente soluzione consente di ottenere sono evidenti.
In particolare, la configurazione geometrica proposta (ad esempio per quanto riguarda la posizione degli elementi risonatori 10a, 10b rispetto alla massa inerziale 2), ed il fatto che gli elementi risonatori 10a, 10b ruotano attorno ad assi paralleli rispetto a quello di rotazione della massa inerziale 2 consente di ridurre l’ingombro complessivo della struttura di rilevamento 1.
La sensibilità dell’accelerometro (misurata come variazione di frequenza per 1g di accelerazione esterna) che si può ottenere con la struttura descritta à ̈ più elevata di quella ottenibile con strutture note, ad esempio come descritte nei documenti [1], [2] e [3] citati in precedenza, anche a fronte di un ingombro minore.
In particolare, per incrementare la sensibilità di rilevamento mantenendo dimensioni ridotte, risulta vantaggioso il posizionamento di uno degli elementi risonatori, negli esempi illustrati il secondo elemento risonatore 10b, lateralmente rispetto alla massa inerziale 2, alla massima distanza resa disponibile dall’ingombro della stessa massa inerziale 2 nel piano xy (senza fuoriuscire dallo stesso ingombro). In generale, la sensibilità dell’accelerometro per accelerazioni lineari aumenta infatti con lo spostamento fuori del piano in corrispondenza dei due elementi risonatori 10a, 10b (e dunque con la distanza degli stessi elementi risonatori 10a, 10b dal primo asse di rotazione A). D’altra parte tale spostamento à ̈ limitato dallo spazio esistente tra substrato 20 e massa inerziale 2; le rigidezze degli elementi elastici e le dimensioni della massa inerziale 2 sono quindi ottimizzate tenendo conto del gap tipico di un dato processo di “surface micromachining†.
Le piste elettriche 34, 35 necessarie per l’attuazione degli elementi risonatori ed il rilevamento della frequenza di risonanza possono inoltre essere disposte simmetricamente rispetto al primo asse di rotazione A della massa inerziale 2 e si può evitare che le prime piste elettriche 34, destinate all’attuazione, passino al di sotto della stessa massa inerziale provocandone movimenti non voluti dovuti all’attrazione elettrostatica.
Rispetto ad altri accelerometri risonanti MEMS proposti in letteratura, la presenza di due elementi risonatori soggetti a variazioni di frequenza di segno opposto permette la lettura dell’accelerazione esterna anche in presenza di uno stato di coazione generato ad esempio da una variazione termica che possa indurre una non planarità della struttura di rilevamento. La stessa misura differenziale aumenta anche il range di linearità del rilevamento di accelerazione.
Inoltre, risulta vantaggioso, ad esempio per questioni di risparmio energetico, il fatto che la parte risonante della struttura di rilevamento 1 non sia costituita dall’intera massa inerziale 2, ma soltanto dai due elementi risonatori 10a, 10b, che vengono opportunamente attuati mediante gli elettrodi di azionamento 18 posti al di sotto della loro massa.
In conclusione, à ̈ chiaro che modifiche e varianti possono essere apportate a quanto à ̈ stato descritto ed illustrato sin qui, senza tuttavia scostarsi dall’ambito di tutela della presente invenzione come definito nelle rivendicazioni allegate.
In particolare, à ̈ evidente che la forma geometrica della struttura di rilevamento 1, o di parti di essa, potrebbe differire da quanto descritto in precedenza, senza che ciò comporti variazioni di rilievo nel principio di funzionamento.
Inoltre, la struttura di rilevamento 1 potrebbe essere di tipo nanoelettromeccanico, nel caso di utilizzo di adeguati procedimenti di fabbricazione, che prevedano il raggiungimento di dimensioni submicrometriche.

Claims (15)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Struttura di rilevamento (1) per un accelerometro risonante ad asse verticale (24), comprendente: - una massa inerziale (2) ancorata ad un substrato (20) mediante elementi elastici di ancoraggio (6), in modo tale da essere sospesa al di sopra di detto substrato (20), detti elementi elastici (6) essendo configurati in modo da consentire a detta massa inerziale (2) un movimento inerziale di rotazione intorno ad un primo asse di rotazione (A) parallelo ad un asse orizzontale (y) appartenente ad un piano (xy) di estensione principale di detta massa inerziale (2), in risposta ad un’accelerazione esterna (az) agente lungo un asse verticale (z) trasversale a detto piano (xy); ed - un primo (10a) ed un secondo (10b) elemento risonatore, accoppiati meccanicamente a detta massa inerziale (2) per il tramite di rispettivi elementi elastici di supporto (16), detti elementi elastici di supporto (16) essendo configurati in modo da consentire un movimento di rotazione di detti primo (10a) e secondo (10b) elemento risonatore rispettivamente intorno ad un secondo (B) e terzo (C) asse di rotazione, caratterizzato dal fatto che detti secondo (B) e terzo (C) asse di rotazione sono tra loro paralleli, ed inoltre paralleli al primo asse di rotazione (A) di detta massa inerziale (2).
  2. 2. Struttura secondo la rivendicazione 1, in cui detti elementi elastici di ancoraggio (6) collegano detta massa inerziale (2) ad un ancoraggio centrale (4) disposto in corrispondenza di una prima finestra (5) realizzata all’interno di detta massa inerziale (2), e si estendono lungo detto primo asse di rotazione (A); ed in cui detta massa inerziale (2) presenta una distribuzione di massa asimmetrica rispetto a detto primo asse di rotazione (A), in modo tale da essere vincolata in modo eccentrico a detto substrato (20).
  3. 3. Struttura secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto secondo elemento risonatore (10b) Ã ̈ disposto in posizione laterale esterna rispetto ad un ingombro di detta massa inerziale (2) in detto piano (xy).
  4. 4. Struttura secondo la rivendicazione 3, in cui detti primo (10a) e secondo (10b) elemento risonatore sono disposti rispettivamente in una seconda (12) ed in una terza (13) finestra realizzate in detta massa inerziale (2); ed in cui detta terza finestra (13) à ̈ affacciata verso l’esterno di detta massa inerziale (2), e detto secondo elemento risonatore (10b) presenta una superficie laterale esterna (S1) disposta a filo ed allineata lungo detto asse orizzontale y ad una rispettiva superficie laterale esterna (S2) di detta massa inerziale (2).
  5. 5. Struttura secondo la rivendicazione 4, in cui detto secondo elemento risonatore (10b) à ̈ disposto ad una massima distanza possibile da detto primo asse di rotazione (A), tale da rimanere all’interno dell’ingombro di detta massa inerziale (2) in detto piano (xy).
  6. 6. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti primo (10a) e secondo (10b) elemento risonatore sono disposti simmetricamente rispetto a detto primo asse di rotazione (A), in modo tale che detti secondo (B) e terzo (C) asse di rotazione sono disposti ad una stessa distanza (r) da detto primo asse di rotazione (A).
  7. 7. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti elementi elastici di ancoraggio (6) e detti elementi elastici di supporto (16) sono costituiti da molle torsionali ripiegate (folded) aventi estensione principale lungo detto asse orizzontale (y).
  8. 8. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui a detti primo (10a) e secondo (10b) elemento risonatore sono accoppiati elementi di attuazione (17), configurati per consentirne l’azionamento in condizione di risonanza in rotazione intorno rispettivamente a detti secondo (B) e terzo (C) asse di rotazione.
  9. 9. Struttura secondo la rivendicazione 8, in cui: detti elementi di attuazione (17) comprendono elettrodi di attuazione formati al di sopra di detto substrato (20) e disposti al di sotto di, ed accoppiati capacitivamente a, ciascuno di detti primo (10a) e secondo (10b) elemento risonatore; ed in cui prime piste di conduzione elettrica (34), formate al di sopra di detto substrato (20), sono configurate in modo da contattare detti elettrodi di attuazione (17); dette prime piste di conduzione elettrica (34) non essendo disposte al di sotto di detta massa inerziale (2).
  10. 10. Struttura secondo la rivendicazione 9, in cui detti primo (10a) e secondo (10b) elemento risonatore sono disposti rispettivamente in una seconda (12) ed in una terza (13) finestra realizzate attraverso detta massa inerziale (2) ed affacciate verso l’esterno di detta massa inerziale (2); ed in cui detti elettrodi di attuazione (17), e/o almeno parte di dette prime piste di conduzione elettrica (34), sono disposti in corrispondenza di una rispettiva di dette seconda (12) e terza (13) finestra.
  11. 11. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre elettrodi di rilevamento (18), formati su detto substrato (20) e disposti al di sotto di, ed accoppiati capacitivamente a, ciascuno di detti primo (10a) e secondo (10b) elemento risonatore; detti elettrodi di rilevamento (18) essendo atti a consentire il rilevamento di una variazione di frequenza di risonanza di detti primo (10a) e secondo (10b) elemento risonatore come conseguenza del movimento inerziale di detta massa inerziale (2) intorno a detto primo asse di rotazione (A).
  12. 12. Struttura secondo la rivendicazione 11, comprendente inoltre seconde piste di conduzione elettrica (35) formate al di sopra di detto substrato (20) e configurate in modo da contattare detti elettrodi di rilevamento (18); in cui dette seconde piste di conduzione elettrica (35) sono disposte simmetricamente rispetto a detto primo asse di rotazione (A).
  13. 13. Accelerometro risonante (24), comprendente una struttura di rilevamento (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, e configurato in modo da rilevare una componente di accelerazione esterna lineare (az), diretta lungo detto asse verticale (z).
  14. 14. Accelerometro secondo la rivendicazione 13, comprendente inoltre un circuito di lettura e azionamento (22) accoppiato elettricamente a detta struttura di rilevamento (1).
  15. 15. Apparecchio elettronico (26), comprendente un accelerometro risonante (24) secondo la rivendicazione 13, ed un’unità di controllo (28), collegata elettricamente a detto circuito di lettura e azionamento (22).
IT000782A 2011-08-31 2011-08-31 Struttura di rilevamento perfezionata per un accelerometro risonante ad asse z ITTO20110782A1 (it)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000782A ITTO20110782A1 (it) 2011-08-31 2011-08-31 Struttura di rilevamento perfezionata per un accelerometro risonante ad asse z
DE112012003562.3T DE112012003562B4 (de) 2011-08-31 2012-08-31 Verbesserte Detektionsstruktur für einen z-Achsen-Resonanzbeschleunigungsmesser
CN201280042181.3A CN103827673B (zh) 2011-08-31 2012-08-31 用于z轴谐振加速度计的改进检测结构
PCT/IB2012/054497 WO2013030798A1 (en) 2011-08-31 2012-08-31 I improved detection structure for a z-axis resonant accelerometer
US14/193,981 US9377482B2 (en) 2011-08-31 2014-02-28 Detection structure for a Z-axis resonant accelerometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000782A ITTO20110782A1 (it) 2011-08-31 2011-08-31 Struttura di rilevamento perfezionata per un accelerometro risonante ad asse z

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ITTO20110782A1 true ITTO20110782A1 (it) 2013-03-01

Family

ID=44899193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT000782A ITTO20110782A1 (it) 2011-08-31 2011-08-31 Struttura di rilevamento perfezionata per un accelerometro risonante ad asse z

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9377482B2 (it)
CN (1) CN103827673B (it)
DE (1) DE112012003562B4 (it)
IT (1) ITTO20110782A1 (it)
WO (1) WO2013030798A1 (it)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITTO20120855A1 (it) 2012-09-28 2014-03-29 Milano Politecnico Struttura integrata di rilevamento risonante di accelerazione e velocita' angolare e relativo dispositivo sensore mems
ITTO20130237A1 (it) * 2013-03-22 2014-09-23 St Microelectronics Srl Struttura microelettromeccanica di rilevamento ad asse z ad elevata sensibilita', in particolare per un accelerometro mems
JP6205921B2 (ja) * 2013-07-11 2017-10-04 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
FR3013445B1 (fr) * 2013-11-20 2015-11-20 Sagem Defense Securite Capteur a element sensible mobile ayant un fonctionnement mixte vibrant et pendulaire, et procedes de commande d'un tel capteur
US9810712B2 (en) 2014-08-15 2017-11-07 Seiko Epson Corporation Physical quantity sensor, physical quantity sensor device, electronic equipment, and moving body
JP6464613B2 (ja) 2014-08-27 2019-02-06 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
CN105699693B (zh) * 2014-12-11 2019-04-12 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
US9840409B2 (en) * 2015-01-28 2017-12-12 Invensense, Inc. Translating Z axis accelerometer
WO2017030620A1 (en) * 2015-05-29 2017-02-23 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus and methods for photonic integrated resonant accelerometers
CN107421526B (zh) * 2017-07-04 2020-05-05 东南大学 一种仿生双轴毛发传感器装置
US20190049482A1 (en) * 2017-08-10 2019-02-14 Analog Devices, Inc. Differential z-axis resonant mems accelerometers and related methods
IT201700099412A1 (it) * 2017-09-05 2019-03-05 St Microelectronics Srl Giroscopio mems con regolazione del mismatch fra la frequenza di pilotaggio e la frequenza di rilevamento
US10895457B2 (en) * 2018-03-08 2021-01-19 Analog Devices, Inc. Differential z-axis resonant accelerometry
US10816569B2 (en) 2018-09-07 2020-10-27 Analog Devices, Inc. Z axis accelerometer using variable vertical gaps
US11255873B2 (en) * 2018-09-12 2022-02-22 Analog Devices, Inc. Increased sensitivity z-axis accelerometer
IT201900009651A1 (it) * 2019-06-20 2020-12-20 St Microelectronics Srl Sensore inerziale mems con elevata resistenza al fenomeno di adesione
IT201900017546A1 (it) 2019-09-30 2021-03-30 St Microelectronics Srl Dispositivo a pulsante mems resistente all'acqua, dispositivo di ingresso comprendente il dispositivo a pulsante mems e apparecchio elettronico
CN111470467B (zh) * 2020-04-22 2022-08-05 西安交通大学 一种跷跷板结构的自主碰撞式谐振器
IT202100006257A1 (it) 2021-03-16 2022-09-16 St Microelectronics Srl Dispositivo a pulsante mems resistente all'acqua, package alloggiante il dispositivo a pulsante e metodo di fabbricazione del dispositivo a pulsante
CN218274459U (zh) * 2021-03-16 2023-01-10 意法半导体股份有限公司 按钮装置
IT202100023795A1 (it) 2021-09-15 2023-03-15 St Microelectronics Srl Accelerometro risonante ad asse z con struttura di rilevamento avente prestazioni migliorate
CN114280331B (zh) * 2021-12-16 2024-05-17 绍兴圆方半导体有限公司 一种z轴加速度计
EP4582815A1 (en) * 2024-01-05 2025-07-09 STMicroelectronics International N.V. Mems accelerometer having a high mechanical robustness

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4736629A (en) 1985-12-20 1988-04-12 Silicon Designs, Inc. Micro-miniature accelerometer
US5962786A (en) * 1995-09-26 1999-10-05 Onera (Office National D'eudes Et De Recheres Aerospatiales) Monolithic accelerometric transducer
CN1628238B (zh) 2002-02-06 2012-05-23 模拟设备公司 显微加工的陀螺仪
US7427819B2 (en) * 2005-03-04 2008-09-23 Avago Wireless Ip Pte Ltd Film-bulk acoustic wave resonator with motion plate and method
DE102009000407B4 (de) 2009-01-26 2022-09-08 Robert Bosch Gmbh Sensorvorrichtung und Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung
US8555719B2 (en) * 2011-01-24 2013-10-15 Freescale Semiconductor, Inc. MEMS sensor with folded torsion springs

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B.LEE, C.OH, S.LEE, Y.OH, K.CHUN: "A vacuum packaged differential resonant accelerometer using gap sensitive electrostatic stiffness changing effect", IEEE, MEMS 2000 PROCEEDINGS, 27 June 2002 (2002-06-27), pages 352 - 357, XP002672824 *

Also Published As

Publication number Publication date
US9377482B2 (en) 2016-06-28
US20140174183A1 (en) 2014-06-26
DE112012003562B4 (de) 2021-08-19
DE112012003562T5 (de) 2014-05-15
CN103827673B (zh) 2015-11-25
CN103827673A (zh) 2014-05-28
WO2013030798A8 (en) 2013-06-20
WO2013030798A1 (en) 2013-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ITTO20110782A1 (it) Struttura di rilevamento perfezionata per un accelerometro risonante ad asse z
EP2713169B1 (en) Integrated resonant structure for the detection of acceleration and angular velocity, and related MEMS sensor device
US8516889B2 (en) MEMS resonant accelerometer having improved electrical characteristics
EP2643702B1 (en) Resonant biaxial accelerometer structure of the microelectromechanical type
EP3108261B1 (en) Accelerometers
ITTO20090371A1 (it) Struttura microelettromeccanica con reiezione migliorata di disturbi di accelerazione
CN101858927A (zh) 低应力硅微谐振式加速度计
Zhou et al. A novel sandwich capacitive accelerometer with a symmetrical structure fabricated from a D-SOI wafer
CN106908626A (zh) 一种电容式微加速度计敏感结构
Cheng et al. A high performance micro-pressure sensor based on a double-ended quartz tuning fork and silicon diaphragm in atmospheric packaging
CN201673168U (zh) 低应力硅微谐振式加速度计
EP4152010B1 (en) Z-axis resonant accelerometer with improved-performance detection structure
Shih et al. Asymmetric seesaw structure of microelectromechanical systems accelerometer for sensing out-off-plane acceleration
CN103472413B (zh) 一种用于测量磁场方向的微机电系统磁场传感器
Zega et al. Integrated structure for a resonant micro-gyroscope and accelerometer
Long et al. Capacitive Type Z-axis Accelerometer Fabricated by Silicon-on-insulator Micromachining