TW201115149A - Micromechanical structure - Google Patents

Description

201115149 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於申請專利範圍第1項的引文的微機械構造。 【先前技術】 這類微機械構造係普遍習知者。舉例而言，在文獻德 專利DE 198 17 357 A1發表了一種加速度感測器它有二 基材、-彈簧元件、及一測震質量塊（―Μ^， 英：seismic mass)，彈簧元件以一第一端接在基材上並 以一第二端接在該測震質量塊上，因此由於加速度感測器 平行於基材表面加速可引起該質量塊相對於基材運動。有 一彈簧止擋件被設置來將彈簧元件止擋住，當平行於基材 表面加速時，此彈簧止擋部限制彈簧元件的變形。在此， 彈箸止擋部須與基材（Substrat，英：substrate )牢接。在 文獻DE 1 〇〇 38 761 A1發表了 一種類似的加速度感測器， 它同樣有止擋部以將該測震質量塊的偏移作用限制。 【發明内容】 與先前技術相較’依申請專利範圍的本發明的微機械 構的優點為.由於「止擋元件」（Anschlagselement，英： stop element ) 與 「對立止擋元件」 (Gegenanschlagselement’ 英：counter stop element)配合， 使該測震質量塊相對於基材的偏移可有效地限制，而不需 使止擋元件自身接合到基材，且不會使彈簣元件的彈簧性 3 201115149 質受止擋元件影響。由於省卻了自身接合到基材的作用以 及可使用標準的彈簧元件’故比起先前技術來，本發明的 微機械構造在製造上’構造空間可緊密得多且廉價得多， 這點達成之道，係將「止擋元件」設計成鎖固元件 (Verankerungselement，英：lockingelement)的一部分， 而該互補的「對立止擋元件」設計成該測震質量塊的一部 分。該鎖固元件同時以有利的方式用於將該測震質量塊固 定，以及將止擋元件固定在基材上。彈簧元件用於使測震 質量塊可相對於該基材及相對於鎖合元件運動。該測震質 量塊相對於基材的最大偏轉係利用止擋元件與對立止擋元 件之間的機械性接觸而限制。由於該測震質量塊與鎖合元 件之間的連接呈彈簧元件的形式’故該止擋元件與對立止 指元件特別是在相同的電位，因此力量作用，特別是止播 凡件與對立止擋元件附著的情事，由於有靜電交替的作用 可確實地排除。此外，比起先前技術來，將止檔元件整合 到鎖固元件中有-好處，即止擋元件可整合成較構造緊： 的方式’如此㈣是由於晶圓面積節省而使製造成本減 少。此外，該微機械構造的製造程序簡化，因為止播元件 :需自身的基材鎖固手段’相較於先前技術的另一優點 牛不設在彈脊元件的區域令或不是彈著元件的 為在此情形中，彈純f (特料就所要及不 要的振動模式而觀之）變化很大 ：：： 何性質。力士政Q u此梁要新的彈簧幾 保持不受止播元件件的設計 衷儆機械構造可設計成習知 4 201115149 且證實有效的彈簧幾何性質。鎖合元件不但特別包含一個 垂直於基材直接與基材連接的區域，而且也包含一個連接 區域（它位在此垂直於基材直接與基材連接的區域與該彈 簧7G件之間），其中，舉例而言，此連接區域設計成自由 者或下方受蝕刻的方式。 本發明的有利設計與進一步特點可見於申請專利範圍 附屬項’以及配合圖式的說明。 依較佳的進一步特色，該止擋元件與該對立止擋元 件係沿著及/或垂直於該微機械構的一感測方向 (sensierrichtung，英：sensing directi〇n)對立設置。因此 可用有利的方式限制該微機械構造沿感測方向相對於基材 的最大偏轉。在一種加速度感測器的場合，舉例而言，該 感測方向係為測量加速度所沿的方向。由於最大偏轉受 因此特別疋該微機械構造受到太大加速力量破壞的情 事可防止，其中，太大的加速力量的原因，舉例而言係由 於彈簧元件斷裂或在固定電極 (Festelektrod )與對立電極 genelektrod’ 英：counter_eiectr〇(je)之間在電極與之 間形成機械接觸之後形成電極與對立電極之間的機械式或 電陡附著所致，如此，此測震元件不再回到其零位置。 不用此方式（或者除了此方式外同時另外）也可利用一 擋70件和一個對立止擋元件，將測震質量塊垂直於感測 向作最大偏轉’該止擋元件與對立阻擋元件係垂直於感 測器方向斜* < < ， 蚵立狄计，如此，舉例而言，機械式及/或靜電 式外力對加速度感測器的影響可減少。 5 201115149 依另-較佳的進一步特點’該止擋元件設計成該鎖合 :件的外彎部（Ausbuchtung ’英：pr〇trusi〇n)的形式及/ 或该對立止擋元件設計該測震質量塊的外彎部的形式。該 止，元件和對立止#元件用有利方式做成較簡單而構造= 緊松的設計。在_較佳的實施例，該止擋元件及/或對立 止擋兀件有一抗附著覆層，它防止該止擋元件與對立止擋 元件附著的情事》 w 依另一較佳的進一步特點，該止擋元件及/或該對立 止擋元件設計成部分彈性且宜呈L形。如此，在該測震質 量塊達到最大偏轉之前不久，該測震質量塊的動能以有利 方式轉換成「變形能量」且因此該測震質量塊在達到最大 偏轉之前就剎止住，因此，在達到最大偏轉時，作用到該 微機械構造的機械力量就減少。 依又一較佳的進一步特點，該鎖合元件設在該微機械 構造的一中心區域中《因此可用有利方式造成該微機械構 造之構造比較緊密的設計。此外，該微機械構造相對於一 個對稱平面呈鏡像對稱，其中該對稱平面一方面垂直於該 基材平面’另方面平行或垂直於感測方向延伸，且其中由 於這種鏡像對稱的構造，該微機械構造的測量準確性整體 提高。 依再一較佳的進一步特點，該微機械構造具有固定電 極以與該測震質量塊的對立電極配合，其中該固定電極與 對立電極宜設計成垂直於感測方向互相嵌合的嚙合電極 (Kammelektrod ’ 英.combing electrode)形式。在此，感 6 201115149 方向特別平行於基材平面延伸。當該加速度感測器沿感 貝J方向加速時’該測震質量塊由於慣性故相對於基材對加 速度呈反向平;,,、 丁仃万向（antiparallel )運動。這點使得固定電 極與對立電極平行於感測方向的距離改變，如此使得固定 電極與對立電極之間的電容發生可測量的變化，這種變化 可用於代表加速度的量。 本發明的另一標的為一種微機械構造，特別是一種加 速度感測器，具有一基材、一可相對於該基材運動的測震 質量塊、及至少-個與該基材牢接的鎖合元件其中該測 震質量塊利用該鎖合元件固定在基材上，且其中在該測震 質量塊與該鎖合元件之間至少設—彈簧元件#中該微 機械構造具有固定電極與該測震質量塊的對立電極配合， 其中該測震質量塊有至少另一個止擋元件及至少另一個對 立止擋元件，且該另-個對立止擋元件與—固定電極牢牢 連接。另-個對立止擔元件用有利的方式與該較電極構 造牢牢連接，肖固；t電極構造特別利用另—鎖合元件固定 在基材上❶藉著該另一對立止擋元件接合到固定電極構 造，要將該另-㈣立止擋元件作_定不需其他方式接 合基材，因此相較於先前技術，該微機械構造的設計可以 更簡單、更廉價得多’且構造緊密得多。 依一較佳的進一步特點’該另一止擋元件及/或該另 一個對止擋元件宜設計成彈性且特宜為 , ，L形，如此，在達 到最大偏轉之前’可有利地將該測震質 J辰賢量塊更謹慎地剎止 住0 7 201115149 依另-較佳的進-步的特點，該另一個對立止擔元件 包含-固定電極及/或另—鎖合元件，其中該另一鎖合元 件宜設成用於將該固定電極固定在該基材上。因此該對立 止擋7L件有利地不需任何自身的基材接合手段。 依又一較佳的進-步特點，該另一止擔元件大致平行 於該固定電極以及該對立電極而延伸，且沿著該感測方向 特別設在至少一固定電極和該另一鎖合元件之間。在此情 形，此另-個對立止擋元件以有利的方式自動地由該^ 電極及/或該另-鎖合元件形成，因此不需其他構造以做 成該另一個對立止擔元件。 本發明的實施例示於圖式中並在以下說明中敘述。 【實施方式】 在圖式中，相同的部分用相同的圖號表示，因此 就只說明一次。 在圖1中顯示依先前技術的一種微機械構造（1，）（它呈 _加速度感測器的形式）的一示意上視圖，其中該2 構造（1 )有一基材（2)和一個測震質量塊（3)，該測震質量塊 與該基材⑺經由：個鎖合元件⑷連接。在各鎖合元件⑷ 與該測震質#塊（3)之間設有彈簧元件（5)，因此該測旦 塊（3)設計成可沿-個和基材平面（⑻）平行的感财向⑽里 相對於該基材⑺運動。此外，該微機械構造(1，)具有固 極⑻，與基材⑺牢接，固定電極（8)用於與該測震質 的互補的對立電極（9)配合。固定電極（8)經另-鎖合元件（12) 8 201115149 與基材（2)連接。固定電極（8)與對立電極（9)設計成互相敌合 的嚙合電極形式，其中，嚙合電極的指件沿感測方向(_ 在相反側重疊則互相隔—距離，當加速度感測器沿感測方 向（100)加速時，該測震質量塊由於慣性力量而相對於基材 對加速度方向呈平行反向運動^這點使得@定電極⑻與對 立電間（9)之間的電容發生可測的變化，這種變化可當作代 表加速度的值，為了將測震質量塊（3)相對於基材（2)=直於 及平行於感測方向（1〇〇)的偏轉作限制，該微機械構造（1，) 包含二個止擋單元（20)，它們各包含一附加的鎖合元件（2〇，) 以鎖合在基材（2)上，且它們各設在該測震質量塊（3)的一凹 陷部（21)中，測震質量塊（3)的偏轉利用該凹陷部（21)的區域 中在止擋單元（20)與測震質量塊（3)的邊緣之間的機械性接 觸而限制。因此，依先前技術的微機械構造（1，）需要一較大 的測震質量塊（3)以及另外二個附加的鎖合元件（2〇，卜以提 供該凹陷部。 圖2a中顯示依本發明一第一實施例的一微機械構造（” 的一不意圖，它大致和圖丨所示之先前技術的微機械構造 相當，其中，依本發明第一實施例的微機械構造另外有二 個止擋元件（6) ’它們各設計成該二鎖合元件的一部分。 這些止擋元件（6)設計成各鎖合元件⑷中的外變部 (Ausbuchtung )形式。在此，各止擋元件（6)與該測震質量 塊（3)的一互補的「對立止擋元件」（7)配合，該對立止擋元 件（7)設計成與止擋元件（6)沿感測方向（1〇〇)反向對立，因此 該測震質量塊（3)相對於基材（2)及平行於感測方向的偏轉作 9 201115149 用受限制1此該對立止檔元件⑺設計成在該測震質量塊 ⑺中的互補之料部形式。圖2b中顯示依本發明第一實施 J X在圖2a中形成的微機械構造（丨）的一放大部分視圖 (102)。圖2C中顯示依本發明第二實施例之一微機械構造 的示意詳細圖，匕大致和圖2b中所示的第一實施例相 同，然而其中該二鎖合元件（4)有二個止擋元件（6)，它們各 與測震質量塊（3)的二個互補的對立止擋元件（7)配合。對行 豕而5，理所當然地，在本發明中，該微機械構造（1 )也可 用另類方式做成不同任意複數的止擋元件和對立止擋元 件（7)。 圖3a與3b中顯示本發明第三實施例的一微機械構造（1) 的示意詳細圖，其中此第三實施例和圖2a及2b所示之第一 實施例大部分相同’其中該鎖合元件（4)除了該止擋元件（6) 〔它們與對立止擋元件沿感測方向（1〇〇)對立〕外，還有 附加的止擋元件（6，）’它們垂直於感測方向（100)相對於該測 震質量塊（3)的附加的互補之對立止擋元件（7，）設置，因此該 測震質量塊（3)垂直於感测方向（丨〇〇)相對於基材（2)的偏轉 也受限制。在圖3c中顯示依本發明一第四實施例的一微機 械構造（1)的一示意詳細圖（1〇3)，它大致和圖3b所示之第三 實施例相同’其中只有止擋元件（6)(6，）和對立止擋元件 (7)(7’）的數目不同。 圖4中顯示本發明第五實施例的一微機械構造〇)的示 意上視圖’其中該第五實施例大致和第一、第二、第三或 第四實施例相同’其中依第五實施例，該微機械構造（1)沒 201115149 有止擋單元（20)，因為在此情形’該測震質量塊（3)相對於基 材（2)平行及/或垂直於感測方向（1〇〇)的最大偏轉量係受到 該多數之互相配合的止擋元件（6)(6，）與對立止擋元件（7)(7，) 限制。此外，由於省卻了止播單元（20)，故也不需附加的鎖 合元件（20，）及凹陷部（21)，因此該微機械構造〇)整體上可 設計成構造緊密得多而不會使功能性改變。 在圖5a與5b中顯示依本發明一第六實施例的—微機械 構造（1)的一示意上視圖及一示意詳細圖，其中此第六實施 例大致和圖3c所示實施例相當’其中該測震質量塊有二 個另外的止擋元件（10)，它們與二個另外的對立止擋元件 (11)配合。對立止檔元件（11)設計成該另外的鎖合元件（12) 〔它們用於將固定電極（8)固定在基材（2)上〕的一部分的形 式且在另外的鎖合元件（12)上包含一另外的外彎部（u，）e這 些另外的止擋元件（10)包含一彈性的L形件，它們各從該= 震質量塊（3)出發垂直於感測方向（100)及平行於該固定電極 (8)與對立電極（9)延伸。在達到最大偏轉之前，換言之，特 別是該平行於感測方向（1〇〇)對立的止擋元件（1〇)與對立止 擋元件（7)之間的機械接觸形成之前，該測震質量塊（3)沿感 測方向（100)的運動受到該另外的止擋元件（1〇)與對立止擋 元件(11)刹止住。這些鎖合元件(4)特別設在該微機械構造二 的-中心區域中，丨中在鎖合元件⑷各側設有哺合電極構 造，且特別是剛好各設i另外的止擋元件⑽與對立止撞 元件（11)。 田 在圖 6a與6b中顯示本發明的一第 七實施例的一微機械 11 201115149 構造(1)的-示意上視圖及一示意詳細圖，丨中該第七實施 例和圖5a及5b所示的第六實施例大致相當，其中該鎖合元 件（4)各側上設有二對另外的止擋元件（1〇)與對立止擋元件 (11)。因此該止擋元件（10)與對立止擋元件（11)特別有利地 相對於一個對稱平面設成鏡像對稱，此對稱平面垂直於該 基材平面且在中央沿另外的鎖合元件（12)延伸，因此在達到 最大偏轉之前當該測震質量塊（3)剎止之時，沒有任何力矩 從該另外的止擋元件（1〇)和對立止擋元件（11)施到該測震質 量塊（3)上。

明 說 單 簡 式 圖 rL 圖1係先前的一個微機械構造的一示意上視圖； 圖2a與2b係依本發明的一第一實施例的一微機械構造 的示意上視圖及示意詳細圖； 圖2c係依本發明的一第二實施例的一微機械構造的示 意詳細圖； 圖3a與3b係依本發明的_第三實施例的一微機械構造 的示意上視圖及示意詳細圖； 圖3 c係依本發明的一第四實施例的一微機械構造的示 意詳細圖； 圖4係依本發明的一第五實施例的一微機械構造的示 意上視圖， 圖5a與5b係依本發明的_第六實施例的一微機械構造 的示意上視圖及示意詳細圖； 12 201115149 圖6a與6b係依本發明的一第七實施例的一微機械構造 的示意上視圖及示意詳細圖。 【主要元件符號說明】 (1) 微機械構造（本發明） (η 微機械構造（先前技術） (2) 基材 (3) 測震質量塊 (4) 鎖合元件 (5) 彈簧元件 (6) 止擋元件 (6，） 止擂元件 (7) 對立止擋元件 (7，） 對立止擋元件 (8) 固定電極 (9) 對立電極 (10) 止擋元件 (11) 對立止擋元件 (11，） 外彎部 (12) 鎖合元件 (20) 止檔單元 (20，） 鎖合元件 (21) 凹陷部 (100) 感測方向 13 201115149 (101) 基材平面 (102) 放大部分視圖 (103) 詳細圖

Claims (1)

1. 201115149 七、申請專利範圍： 1. 一種微機械構造（1)，特別是一種加速度感測器，具 有一基材（2)、一可相對於該基材（2)運動的測震質量塊（3)、 及至少一個與該基材（2)牢接的鎖合元件（4)，其中該測震質 量塊（3)利用該鎖合元件（4)固定在基材（2)上，且其中在該測 震質量塊（3)與該鎖合元件（4)之間至少設一彈簧元件，其 特徵在： ' 曰該鎖合元件（4)至少有-止擋元件（6)(6，）以便與該測震 質量塊（3)的一個對立止擋元件（7)(7，）配合。 2. 如申請專利範圍第1項之微機械構造，其中： 該止擋元件（6)(6’）與該對立止擋元件（7)(7'，）係沿著及 /或垂直於該微機械構造⑴的—感測方向（刚)對立設置。 3·如申請專利範圍第1或第2項之微機械構造，其中·· 該止擋it件（6)(6，）設計成該鎖合元件（4)的外f部的形 式及/或該對立止擋元件⑺(7，)設計成該測震質量塊（3)的 外彎部的形式。 4·如申請專利範圍第1或第2項之微機械構造，其中： 該止擋元件（6)(6’）及/或該對立止擋元件⑺（7，）設計 成部分彈性且宜呈L形。 5·如申請專利範圍第1或第2項之微機械構造，其中： 該鎖合元件⑷設在該微機械構造⑴的一中心區域中。 6.如申請專利範圍第1或第2項之微機械構造，其中： 該微機械構造⑴具有以電極（8)以與該測震質量塊⑺ Μ立電㈣_合’其中㈣定電極（8)與對立電極（9)宜設 15 201115149 計成垂直於感測方向（100)互相嵌合的嚙合電極形式。 7.如申4專利範gm或第2項之微機械構造，其 該微機械構造⑴具有固定電極⑻以與該測震質量塊⑶ 的對立電極（9)配合，其中該測震質量塊⑺有至少另—個f 播元件⑽及至少另一個對立止擋元件⑴），且該另〇 立止擋元件（11)與一固定電極牢牢連接。 對 8·如申睛專利範圍第丨或第2項之微機械構造，其中： 〜〇另±擋7L件（1〇)及/或該另__個對立止擔元件 且設計成彈性且特宜為L形。 9.如申請專利範圍第【或第2項之微機械構造，其中. 該另-個對立止擋元件⑽包含一固定電極(8)及/或 鎖合元件’其中該另—鎖合元件（12)宜設成用於將固 疋電極（8)固定在該基材（2)上。 1〇.如申請專利範圍第1或第2項之微機械構造，其中. 該另-讀元件⑽大致平行於㈣定電極⑻和該對 電極⑼延伸，且沿著該感測方向特別是設在至少一固定 電極（8)和該另一鎖合元件之間。 八、圖式： (如次頁） 16