TWI438431B - 加速度感測器（二） - Google Patents

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加速度感測器(二)
本發明關於一種加速感測器，具有一基材、至少一框條(1)(2)(3)、及一測震質量塊，其中該框條與該測震質量塊設在基材的一平面上方，其中該測震質量塊至少設在框條兩側。在此，該測震質量塊以彈性方式掛在該框條上。該框條(1)(12)(13)利用至少一錨固體(41)(42)錨固在基材上。
如果基材的材料和該至少一框條不同，則在基材與框條或該測震質量塊之間會由於不同熱脹係數而產生機械應力。但這類應力另外的情形也會發生，因為框條與測震質量塊製造時已有內在應力。此外，機械應力在基材本身中也會由於製造程序[例如軟銲、粘接或套接(Verkappen)]而引起。由於框條和測震質量塊相較於基材來，是設計成弱得多的元件，因此這些應力會由於框條及測震質量塊變形而解消。如此，測震質量塊相對於基材以及固定在基材上的牢固元件的排列就會改變。舉例而言，在用電容方式操作的加速感測器的場合，由於可動電極距固定電極的距離改變，對於所測的電容造成零點的誤差。
德專利DE 196 39 946顯示一種微機械式加速度感測器，它具有一種表面微機械式構造，該構造具有二個互相靠近的懸掛點，有一可動之測震(seismisch)的質量塊(Masse)在二點間延伸，該質量塊利用「懸掛彈簧」懸掛在該二懸掛點上。
德專利申請案DE 19523895 A1顯示一微機械式轉速感測器，具有一表面微機械式構造，該構造具有中央懸掛件(一中央懸掛點)，該懸掛件具有一繞著它設置的測震質量件，質量件利用懸掛彈簧懸掛在中央懸掛件上。
德專利申請案DE 19500800 A1的圖5及圖6中顯示一微機械式感測器，它具有一中央懸掛件以及二個設在其旁邊對立設置的測震質量塊，該質量塊利用「連接框條」互相連接並懸掛在中央懸掛件上。
歐洲專利申請案EP 1083144 A1顯示一微機械式裝置它具有一中央懸掛件及二個在其旁邊設成互相對立的測震質量塊，質量塊利用連接框條互相連接，且利用一連接樑懸掛在中央懸掛件上。中央懸掛件設在整個可動構造的中心(面的中央軸或質量重心)。
歐洲專利申請案EP 162 6283 A顯示一微機械式裝置，它具有一中心懸掛件及二個在其旁邊設成互相對立的測震質量件，它們利用「連接框條」互相連接，且利用一連接樑懸掛在中央懸掛件上。中央懸掛件設在整個可動構造的中央(中央軸)。此外，在該可動構造上還有多述可動電極，另外有多數固定電極。在此，固定的電極有一共同的懸掛件，設在中央懸掛件附近，未先公開的德專利申請案揭示相似的標的。
本發明的目的在提供一種加速度感測器，它設計成可避免所測之電容的零點有誤差。
本發明的著手點係為一種加速感測器，具有一基材、至少一框條、及一測震質量塊，其中該框條與該測震質量塊設在基材的一平面上方，其中該測震質量塊至少設在框條兩側，其中該測震質量塊以彈性方式掛在該框條上，其中該框條利用至少一錨固體錨固在基材上。本發明的要點在於：該至少一錨固件設在該測震質量塊的重心外。
最好該至少一錨固件位於質量重心附近，如此，該基材及/或測震質量塊的彎曲對於該框條與測震質量塊相對於基材的對準作用的影響可儘量少。此外，這種加速感測器可用節省空間的方式在基材上形成。本發明一有利特點為：至少設有二個錨固件。最好該至少二個錨固件互相鄰近，因此基板的彎曲幾乎不影響框條相對於基板的對準作用，本發明一特別有利的設計，係將質量重心設在二個錨固件之間，還有一有利做法，係將測震質量塊呈環狀繞框條設置，測震質量塊呈彈性方式懸掛在框條上。
綜論，測震質量塊宜錨固在一個點或一較小的區域中。這個點須不在測震質量塊的質量重心。然而，如果該點位在質量重心附近，則由於負荷分佈之故而有好處。如果設有數個錨固件，則宜將這些錨固件在一小區域內互相設得較密，換言之，比起所要錨固的構造的延伸距離來算是很小，在此，對於負荷的分佈，如果質量重心在錨固件之間，則甚有利，在一種電容式加速度感測器的場合，可動電極設在測震質量塊上，而對立之位置固定的電極設在基板上。如果該位置固定的電極有共同的錨固件，則如果將此共同錨固件設在該測震質量塊的錨固件附近，就有利於使零點誤差儘量小。
圖1顯示先前技術的一加速度感測器，如該未先公開的專利申請案DE 10 2006 033 636所述者。圖1顯示一種加速度感測器，舉例而言它用以下方式製造：將一多晶矽層析出在一氧化物層上，氧化物層再設在一矽基材上。氧化層中形成凹隙，因此在這些凹隙中多晶層和矽基材接合。此外，圖1中所示的構造遂確定，且氧化層在一道蝕刻程序除去。在此，多晶矽層保持與矽基材接合。
加速度感測器包含一中框條(1)、一右框條(2)及一左框條(3)，在此右框條(2)和左框條(3)平行於中框條(1)在其右側或左側延伸。中框條(1)、右框條(2)與左框條(3)設在一基材上(該基材在圖中紙平面中延伸)且與基材各在一中錨固區域(4)、一右錨固區域(5)及一左錨固區域(6)附近連接，錨固件(4)(5)(6)與基材位於框條(1)(2)(3)下方且在此立體圖中原來係看不到者且因此用虛線表示，各錨固件(4)(5)(6)設在中央，換言之，錨固件(4)(5)(6)設得儘量密，甚至正好在各框條(1)(2)(3)的重心下方，因此由於加速度而垂直於基材作用到錨固件(4)(5)(6)上的力量就減到最小。此外，設正好一錨固區域以將各框條(1)(2)(3)錨固在基材上就足夠了。因此框條(1)(2)(3)不須變形以將相對於基材的機械應力抵消。此外，錨固件(4)(5)(6)儘量緊密地相鄰設置。因此它們在一條線上，此線種中框條(1)、右框條(2)及左框條(3)相交。
在背向中框條(1)的右框條(2)右側上形成一右框條電極的叉體(7)。(Zinken,英：prong)右框條電極的叉體(7)嵌入右測震電極的叉體(8)中。在該背向中框條(1)的左框條(3)左側上形成一左框條電極的叉體(7)。左框條電極的叉體(7)嵌入一左測震電極的叉體(8)中。左測震電極與右測震電極的叉體(8)設在一封閉的框(9)上，框(9)與測震電極的叉體鑽有穿孔，換言之，具有規則排列的貫通孔，穿孔可使一蝕刻媒在蝕刻程序時侵入到其下方的層，因此框(9)與叉體(8)可確實地與基材分開。因此，由於相同理由叉體(7)與框條也可作穿孔。
框(9)懸掛在彈簧(10)上在中框條(1)的對立端上。各彈簧(10)由數個長形細棒構成，細棒互相平行設置。二個相鄰界的棒相間隔在其末端或在其中央互相連接。彈簧(10)因此可垂直於該平行設置的棒略變形，但不平行於它們。此外彈簧(10)設置成使框主要可沿該三個平行的框條(1)(2)(3)移動，在框條(1)的二端上各形成一橫桁(11)，它保護該測震電極的細叉體(7)(8)以防由於變形之彈簧(10)的作用的損壞。
該由左框條電極和左測震電極構成的電極對以及該由右框條電極和左測震電極構成的電極對一齊形成一差異電容器，在分析時，左框條電極與左測震電極之間的左側電容係從右框條電極與右測震電極之間的右側電容減去。沒有加速度，則此差異為零，因為在中框條(1)兩側，相鄰之叉體對(7)(8)的距離係相同者，如果由於加速度，左框條電極的各一叉體(7)從左測震電極的一相鄰叉體(8)分離，則各同時右框條電極一叉體(7)和右測震電極的一相鄰叉體(8)相趨近。如此，左側電容減少而右側電容增加。其差異對於加速度特別敏感。
圖2顯示一本發明的加速度感測器第一實施例，具有中心附近的懸吊件。與上述先前技術不同，中框條(1)利用二個錨固件(41)(42)錨固在其下方的基材上，測震質量塊(9)的質量重心(10)(也稱面積重心或中央軸)或其投影在上視圖看係延伸通過框條(1)。二個錨固件(41)(42)不設在質量塊重心(10)上，而係設在其旁邊一小段距離處，在此實施例中，質量重心(10)位於二錨固件(41)(42)之間，也可考慮另一實施例，其中與圖2不同者只設有一錨固件(41)或(42)，俾將框條(1)錨固在基材上。在此該一錨固件(41)或(42)同樣地設在質量重心(10)旁。因此質量重心(10)不通過框條(1)的錨固件(41)或(42)。
圖3顯示一本發明的加速度感測器的一第二實施例，具有近中央的懸掛件。與上述圖2的實施例不同者，中框條(1)分成二部分，使得二框條(12)(13)用各一錨固件(41)(42)錨固在基材上。在此測震質量塊(9)的質量重心不延伸通過任一框條(12)(13)。錨固件(41)(42)不設在質量重心(10)上，而係設在其旁邊一段短距離處。在此實施例中，質量重心(10)同樣位在錨固件(41)(42)之間。
圖4顯示一本發明加速感測器的一第三實施例，具有近中央的懸掛件。與上述圖2的實施例不同者，左、右框條電極的框條(2)(3)同樣利用數個錨固件(51)(52)或(61)(62)錨固在基板上。
在本發明另一實施例，該左、右框條電極不具有一共同框條(2)(3)，而係使叉體(7)個別地或呈小組方式錨固在基板上。
(1)．．．中框條
(2)．．．右框條
(3)．．．左框條
(4)．．．中錨固區域
(5)．．．右錨固區域
(6)．．．左錨固區域
(7)．．．叉體
(8)．．．叉體
(9)．．．框
(10)．．．彈簧
(11)．．．橫桁
(41)(42)．．．錨固件
圖1係先前技術具有中央懸掛件的加速感測器；
圖2係一本發明的加速度感測器的第一實施例，具有近中心的懸掛件；
圖3係一本發明的加速度感測器的第二實施例，具有近中心的懸掛件；
圖4係一本發明的加速度感測器的第三實施例，具有近中心的懸掛件。
(1)．．．中框條
(2)．．．右框條
(3)．．．左框條
(5)．．．右錨固區域
(6)．．．左錨固區域
(7)．．．叉體
(8)．．．叉體
(9)．．．框
(10)．．．彈簧
(41)．．．錨固件
(42)．．．錨固件

Claims (5)

  1. 一種加速感測器，具有一基材、至少一框條(1)(2)(3)、及一測震質量塊(9)，--其中該框條(1)(12)(13)與該測震質量塊(9)設在基材的一平面上方，--其中該測震質量塊(9)至少設在框條(1)(12)(13)兩側，--其中該測震質量塊(9)以彈性方式掛在該框條(1)(12)(13)上，且--其中該框條(1)(12)(13)利用至少一錨固體(41)(42)錨固在基材上，其特徵在：該至少一錨固件(41)(42)設在該測震質量塊(9)的重心(10)外。
  2. 如申請專利範圍第1項之加速度感測器，其中：至少設有二個錨固件(41)(42)。
  3. 如申請專利範圍第2項之加速度感測器，其中：該質量塊的重心(10)設在二錨固件(41)(42)之間。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之加速度感測器，其中：該測震質量塊(9)呈環狀繞框條(1)(12)(13)設置。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項之加速度感測器，其中：至少設有二框條(12)(13)，該測震質量塊(9)呈彈性方式懸在該框條上。
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