TWI475232B - 用於將一加速度感測器調準的方法以及加速度感測器 - Google Patents

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Description

用於將一加速度感測器調準的方法以及加速度感測器
本發明關於申請專利範圍第1項的引文的一種用於將一加速度感測器調準(Abgleich，英：adjust)的方法。
這種方法係一般周知者。舉例而言，在文獻US 5 618 989A發表了一種電容式加速度感測器，它具有一個可動的測震質量塊(seismische Masse，英：seismic mass)，其中該測震質量塊可受一加速度偏移(auslenken，英：offset)，且該感測器有至少一可動的電極，它相對於至少一固定電極設成可動的方式，且與後者構成至少一測量電容，其中至少設有另一固定電極，其中將一電壓施到此另一電極，使一力量施到該測震質量塊。此另一電極用於使加速感測器作一自身測試，其中在自身測試時，測震質量塊相對於基材的偏移並非到用加速度力量達成，而係利用此另一電極與測震質量塊之間的靜電交哲作用模擬測震質量塊相對於基材的偏移。用此方式，可將加速度感測器作測試或調準(Abgleich)，而不需有實際的加速度力量存在。
與此先前技術相較，依本發明申請專利範圍的調準一加速度感測器的方法以及本發明的加速度感測器有一優點：該加速度感測器的調準作業可簡單且廉價得多。特別是相較於先前技術，不需附加的結構以將加速度感測器調準，且不需附加的端子墊片(Anschluβpad)以和該附加的構造接觸，因此在本發明的方法可有利地節省晶圓面積及成本。在本發明的方法中可有利地只使用一些電極將加速度感測器調準，它們係在二軸式及/或多軸式加速度感測器的場合已有之。這些優點用以下方式達成：該測震質量塊的第一偏移(Auslenkung，英：offset)利用第一電極和另外的第一電極產生。此第一電極和另外的第一電極(測震質量塊的對立電極設在它們之間)為一種第一差分電容裝置的一部分，該差分電容裝置用於在加速度感測器的操作模式中將測震質量塊垂直於第一方向相對於基材的加速度作微分方式分析。要產生第一偏移，係將該第一電極和另外的的第一電極共同切換到一大致相同的電位。如此使該對立電極由於與該第一電極和另外的第一電極的靜電交替作用，故沿第一方向受到一偏移力量。在此，該對立電極特別是被「拉入」第一電極與另外的第一電極之間的中間空間進去，因此該測震質量塊沿該第一電極及另外的第一電極方向相對於基材運動，此運動利用第一補償電壓補償，它係施到該另外的第二及另外的第四電極。在此，該另外的第二電極為該加速度感測器第二側上的一第二差分電容裝置的一部分，該側有「另外的第二電極」及「第二電極」，其中在該另外的第二電極與該第二電極之間又設有該測震質量塊的對立電極，且該第二差分電容裝置在加速度感測器的操作模式中係設成將測震質量塊沿第一方向平行或反平行的加速度作微分方式分析。類似地，該另外的第四電極特別是一第四差分電容裝置的一部分，它係設在對立側上且同樣地用於將測震質量塊之平行於第一方向和與之反平行的加速度作微分方式分析。在此，第二及第四方向宜垂直於第一方向朝向，此時第一偏移使得該另外的第二電極與相關的對立電極之間的距離或該另外的第四電極與相關的對立電極之間的距離感變大或變小，這種變大/變小係利用施到另外的第二電極及另外的第四電極上的第一補償電壓作補償，因此第一補償電壓的量係可用於將加速度感測器調準。這種調準作業宜在該加速度感測器操作時，在使用位置時及/或在建入地點實施。如不用此方式，本發明的方法也可在該加速度感測器製造之時或製造之後實施。該加速度感測器宜用於在一汽車的安全系統及/或舒適系統(Komfortsystem)中操作，其中該加速度特宜包含一種雙軸式加速度感測器，具有只有一個測震質量塊，以檢出二種相正交的加速度[例如用於坡道停住(hill-hold)功能的汽車縱軸和一ESP系統的橫軸]。此加速度感測器特別包含一微機械式加速度感測器。此基材宜包含一半導體基材，且特宜包含一矽基材。
本發明的有利的其他設計和進一步特點可由申請專利範圍附屬項中及配合圖式的說明看出。
依一較佳的進一步特點，該加速度感測器之一與該第一側對立的第三側上具有固定在基材上的第三電極和其他第三電極，其中在該第三電極與其他的第三電極之間設有該測震質量塊的對立電極，且其中該加速度感測另外的第二側上有第二電極而在第四側有第四電極，其中在一第三步驟將一大致相同的第二激發電壓施加到該第三電極及另外的第三電極以激發該測震質量塊沿一第三方塊作一第二偏移，其中在一第四步驟中，藉著施加一第二補償電壓到該第二電極和第四電極而將該第二偏移作補償。此第三方向特別和第一方向反向平行(反平行)，因此可有利地沿著和第一方向平行及反平行的二個方向將該加速度感測器調準。該加速度感測器宜可有利地設計成對稱，使得沿第一方向的調準可取代沿第三方向的調準。
依另一較佳的進一步特點，在該「第二電極」和「另外的第二電極」之間設有該測震質量塊的對立電極，其中在一第五步驟將一大致相同的第三激發電壓施到該第二極和另外的第二電極以激發該測震質量塊沿一第二方向作一第三偏移，其中在一第六步驟藉著施一第三補償電壓到該另外的第一電極和另外的第三電極以將該第三偏移作補償。此第二方向特別垂直於第一方向，因此可用有利的方式沿第一方向以及垂直於第一方向將加速感測器作調準。
依另一較佳的進一步特點，在該「第四電極」和「另外的第四電極」之間設有該測震質量塊的對立電極，其中在一第七步驟中將一大致相同的第四激發電壓施到該第四電極和另外的第四電極以激發該質量塊沿一第四方向作一第四偏移，其中在一第八步驟藉著施一第四補償電壓到該第一電極和第三電極將該第四偏移作補償。此第四方向特別是對第二方向成反平行，因此可用有利的方式垂直於第一方向及對第二方向平行及反平行將該加速度感測器作調準。
本發明的另一標的為一種用於將一加速度感測調準的方法，其中，該加速度感測器在其一與第一側對立的第三側上具有固定在基材上的「第三電極」和「另外的第三電極」，其中該加速度感測器另外在該第二側上有第二電極而在第四側上有第四電極，其中在該「第二電極」與「另外的第二電極」之間以及在該「第三電極」與「另外的第三電極」之間以及在該「第四電極」與「另外的第四電極」之間設有該測震質量塊對立電極，其中該加速度感測器有一固定在基材上的平面電極，該平面電極大致平行於基材的一主延伸平面延伸，且垂直於該主延伸平面與該測震質量塊至少部分地重疊，其中在一第九步驟中將一大致相同的第五激發電壓施到該第一電極、該另外的第一電極、該第三電極、及該另外的第三電極，以激發該測震質量塊沿第五方向作一第五偏移，其中在一第十步驟藉著施加一第五補償電壓到該平面電極將該第五偏移作補償。因此可用有利的方式將加速度感測器相對於垂直於主延伸平面的第五方向調準，其中相較於先前技術，不需附加的構造。因此本發明的方法可用有利的方式使用於「平面內」(in-plane)及「平面外」(out-plane)感測器。在此，該加速度感測器特別設計成使第五偏移利用第一電極、另外的第一電極、第三電極、另外的第三電極的上側和下側的不對稱而產生，因此當施加第五激發電壓時，有一靜電差分力量作用到質量塊朝向基材方向或由基材離開。該平面電極宜設成垂直於在基材與測震質量塊之間的主延伸平面。如不用此方式，該平面電極可包含一扁平的「蓋電極」(Deckelektrode)及/或加速度感測器可包含另一平面電極，呈扁平蓋電極形式，使該測震質量塊設成垂直於蓋電極與基材間的主延伸平面。
依另一較佳的進一步特點，在第九步驟更將第五激發電壓施加到該第二電極，另外的第二電極、第四電極及另外的第四電極，因此可用有利的方式造成一均勻的第五偏移，因此，舉例而言，可有效避免力矩發生。
依另一較佳的進一步特點，在第一第十一步驟將第一激發電壓用該第一補償電壓作補償，及/或將該第二激發電壓用該第二補償電壓作補償，及/或將該第三激發電壓用該第三補償電壓作補償，及/或將該第四激發電壓用該第四補償電壓作補償，及/或將該第五激發電壓用該第五補償電壓作補償。因此可用有利方式將該加速度感測器相對於第一方向、第二方向、第三方向、第四方向、及/或第五方向的靈敏度量化，以將該加速度感測器的第一方向、第二方向、第三方向、第四方向及/或第五方向作調準。
本發明另一標的為一種加速度感測器，其係組構(konfigurieren)成用於實施前述的方法者。
本發明的實施例示於圖式中並在以下的說明中詳細敘述。
在不同的圖中，相同的部分都用相同圖號表示，因此一般只說明一次。
圖1中顯示依本發明第一實施例的一加速度感測器(11)，其中該加速度感測器(11)具有一個有一主延伸平面(100)的基材(12)及一測震質量塊(13)。測震質量塊(13)具有一大致長方形的構造，平行於主延伸平面(100)，有四個側：一第一側(10)、一第二側(20)、一第三側(30)及一第四側(40)。對立電極(14)由測震質量塊(13)的第一、第二、第三、第四側(10)(20)(30)(40)突出，與測震質量塊(13)牢接。在第一側(10)上，對立電極(14)與第一電極(1)和另外的第一電極(1’)構成一第一差分電容裝置，其中經常有一對立電極(14)設在一第一電極(1)和一另外的第一電極(1’)之間。因此，測震質量塊(13)如相對於基材(12)沿一垂直於主延伸平面(100)的第二方向(120)運動，則會造成對立電極(14)與第一電極(1)之間的距離變小，而造成對立電極(14)與另外的第一電極(1’)之間的距離變大。這種距離的變化作微分式分析，並用於檢出加速度感測器(11)相對於第二方向的加速度。與第一差分電容裝置相似者，該加速度感測器(11)的第二側(20)上有一第二差分電容裝置，第三側(30)上有一第三差分電容裝置，第四側(40)上有一第四差分電容裝置。第三差分電容裝置同樣地用於檢出加速度感測器(11)相對於第二方向(亦即對第二方向(120)平行或反平行)的加速度，而該第二及第四差分電容裝置用於檢出加速度感測器(11)相對於一個和第二方向(120)垂直及和主延伸平面(100)平行的第一方向(110)[亦即對第二方向(120)平行或反平行]的加速度。在以下利用圖1說明依本發明第一實施例的本發明的方法，其中在一第一步驟，先將一相同之第一激發電壓施到該第一電極(1)和另外的第一電極(1’)以激發測震質量塊(3)沿第一方向(110)作第一偏移。如此，相關的對立電極(14)由於靜電交替作用被拉入第一電極(1)和另外的第一電極(1’)之間中間空間。同時在第二步驟，這種第一偏移藉施一第一補償電壓到該另外的第二電極(2’)及另外的第四電極(4’)補償。因此將第一激發電壓和所需之第一補償電壓作比較，可得到加速度感測器(11)相對於沿第一方向(110)的偏移的靈敏度的值。類似地，在一第三步驟，將一大致相同的第二激發電壓施到該第三差分電容裝置的第三電極(3)及另外的第三電極(3)以激發測震質量塊(3)沿一第三方向(130)的一第二偏移，其中在一第四步驟，將第二偏移藉著施一第二補償電壓到第二電極(2)及第四電極(4)作補償，且其中將第二激發電壓與所需之第二補償電壓作比較，得到該加速度感測器(11)相對於第三方向(130)的偏移的靈敏度的值。此外在一第五步驟中，將一大致相同的第三激發電壓施到該第二差分電容裝置的第二電極(2)和另外的第二電極(2’)以激發該測震質量塊(13)沿一第二方向(120)作一第三偏移，其中在一第六步驟，將第三偏移藉著施加一第三補償電壓到該另外的第一電極(1’)及另外的第三電極(3’)而作補償。此外在一第七步驟，將一大致相同的第四激發電壓施到第四差分電容裝置的第四電極(4)及另外的第四電極(4’)以將測震質量塊(3)沿一第四方向(140)激發出一第四偏移，其中在一第八步驟將第四偏移藉著施一第四補償電壓到第一電極(1)及第三電極(3)而補償。由第三或第四激發電壓及所需之第三補償電壓或第四補償電壓之間作比較，得到該加速度感測器(11)相對於第三方向(130)或第四方向(140)的偏移的靈敏度的值。因此依本發明第一實施例的本發明的方法可相對於第一方向(110)、第二方向(120)、第三方向(130)及第四方向(140)作調準。
圖2中顯示依本發明一第二實施例的一加速度感測器(11)它大致和圖1所示之加速度感測器(11)相同，其中該加速度感測器(11)有一與基材(12)牢接的平面電極(15)。它垂直於基材(12)設置，亦即沿一第五方向(150)設在基材(12)與測震質量塊(13)之間，在一第九步驟[它特別是依圖1所述之第八步驟實施]將一大致相同的第五激發電壓施到該第一電極(1)、另外的第一電極(1’)、第二電極(2)、另外的第二電極(2’)、第三電極(3)、另外的第三電極(3’)、第四電極(4)、另外的第四電極(4’)以將測震質量塊沿第五方向(150)激發出一第五偏移，其中在一第十一步驟將第五偏移藉施加一第五補償電壓到平面電極(15)而補償。因此加速度感測器(11)相對於第五方向(150)作了調準。如不用此方式，加速度感測器(11)可包含另一平面電極(15’)，呈一扁平蓋電極形式，因此測震質量塊(13)沿第五方向(150)設在基材(12)與另一平面電極(15)之間，且因此可沿第五方向呈反平行的方式作調準。
(1)．．．第一電極
(2)．．．第二電極
(3)．．．第三電極
(4)．．．第四電極
(1’)．．．另外的第一電極
(2’)．．．另外的第二電極
(3’)．．．另外的第三電極
(4’)．．．另外的第四電極
(10)．．．[測震質量塊(13)的]第一側
(20)．．．[測震質量塊(13)的]第二側
(30)．．．[測震質量塊(13)的]第三側
(40)．．．[測震質量塊(13)的]第四側
(11)．．．加速度感測器
(12)．．．基材
(13)．．．測震質量塊
(14)．．．對立電極
(15)．．．平面電極
(100)．．．主延伸平面
(110)．．．[和主延伸平面(100)平行的]第一方向
(120)．．．[和主延伸平面(100)垂直的]第二方向
(130)．．．[和主延伸平面(100)平行的]第三方向
(140)．．．[和主延伸平面(100)垂直的]第四方向
(150)．．．[和主延伸平面(100)平行的]第五方向
圖1係本發明一第一實施例的一加速度感測器，
圖2係本發明一第二實施例的一加速度感測器。
(1)．．．第一電極
(1’)．．．另外的第一電極
(2)．．．第二電極
(2’)．．．另外的第二電極
(3)．．．第三電極
(3’)．．．另外的第三電極
(4)．．．第四電極
(4’)．．．另外的第四電極
(10)．．．[測震質量塊(13)的]第一側
(11)．．．加速度感測器
(12)．．．基材
(13)．．．測震質量塊
(14)．．．對立電極
(100)．．．主延伸平面
(110)．．．[和主延伸平面(100)平行的]第一方向
(120)．．．[和主延伸平面(100)垂直的]第二方向
(130)．．．[和主延伸平面(100)平行的]第三方向
(140)．．．[和主延伸平面(100)垂直的]第四方向

Claims (8)

  1. 一種用於將一加速度感測器調準的方法，該加速度感測器(11)有一基材(12)和一測震質量塊(13)，其中該加速度感測器(11)的第一側(10)具有固定在基材(12)上的第一電極(1)及另外的第一電極(1’)，其中在該第一電極(1)和另一第一電極(1’)之間設有測震質量塊(13)的對立電極(14)，其中該加速度感測器(11)的一第二側(20)上有另外的第二電極(2’)，而在其與第二側(20)對立的第四側(40)上有另外的第四電極(4’)，其特徵在：在一第一步驟中將一股大致相同的第一激發電壓施加到該第一電極(1)及另外的第一電極(1’)以激發該測震質量塊(13)沿一第一方向(110)作一第一偏移，其中在一第二步驟中藉著施一第一補償電壓到該另外的第二電極(2’)和另外的第四電極(4’)將該第一偏移作補償。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：該加速度感測器(11)之一與該第一側(10)對立的第三側(30)上具有固定在基材(12)上的第三電極(3)和其他第三電極(3’)，其中在該第三電極(3)與其他的第三電極(3’)之間設有該測震質量塊(13)的對立電極(14)，且其中該加速度感測器(1)另外的第二側(20)上有第二電極(2)而在第四側(40)有第四電極(4)，其中在一第三步驟將一大致相同的第二激發電壓施加到該第三電極(3)及另外的第三電極(3’)以激發該測震質量塊(13)沿一第三方塊作一第二偏移，其中在一第四步驟中，藉著施加一第二補償電壓到該第二電極(2)和第四電極(4)而將該第二偏移作補償。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：在該第二電極(2)和另外的第二電極(2’)之間設有該測震質量塊(13)的對立電極(14)，其中在一第五步驟將一大致相同的第三激發電壓施到該第二電極(2)和另外的第二電極(2’)以激發該測震質量塊(13)沿一第二方向(120)作一第三偏移，其中在一第六步驟藉著施一第三補償電壓到該另外的第一電極(1’)和另外的第三電極(3’)以將該第三偏移作補償。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：在該第四電極(4)和另外的第四電極(4’)之間設有該測震質量塊(13)的對立電極(14)，其中在一第七步驟中將一大致相同的第四激發電壓施到該第四電極(4)和另外的第四電極以激發該質量塊(13)沿一第四方向(140)作一第四偏移，其中在一第八步驟藉著施一第四補償電壓到該第一電極(1)和第三電極(3)將該第四偏移作補償。
  5. 一種用於將一加速度感測器調準的方法，其特徵在：該加速度感測器(11)在其一與第一側(10)對立的第三側(30)上具有固定在基材(12)上的第三電極(3)和另外的第三電極(3’)，其中該加速度感測器(1)另外在該第二側(20)上有第二電極(2)而在第四側(40)上有第四電極(4)，其中在該第二電極(2)與另外的第二電極(2’)之間以及在該第三電極(3)與另外的第三電極(3’)之間以及在該第四電極(4)與另外的第四電極(4’)之間設有該測震質量塊(13)的對立電極(14)，其中該加速度感測器(11)有一固定在基材上的平面電極(15)，該平面電極(15)大致平行於基材(12)的一主延伸平面(100)延伸，且垂直於該主延伸平面(100)與該測震質量塊(13)至少部分地重疊，其中在一第九步驟中將一大致相同的第五激發電壓施到該第一電極(1)、該另外的第一電極(1’)、該第三電極(3)、及該另外的第三電極(3’)，以激發該測震質量塊沿第五方向(150)作一第五偏移，其中在一第十步驟藉著施加一第五補償電壓到該平面電極(15)將該第五偏移作補償。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中：在第九步驟更將該第五激發電壓施加到該第二電極(2)、另外的第二電極(2’)、第四電極(4)、及另外的第四電極(4’)。
  7. 如申請專利範圍第5或第6項之方法，其中：在一第十一步驟，將該第一激發電壓用該第一補償電壓作補償，及/或將該第二激發電壓用該第二補償電壓作補償，及/或將該第三激發電壓用該第三補償電壓作補償，及/或將該第四激發電壓用該第四補償電壓作補償，及/或將該第五激發電壓用該第五補償電壓作補償。
  8. 一種加速度感測器(11)，其係組構成用於實施前述申請專利範圍任一項的方法者。
TW099140158A 2009-11-23 2010-11-22 用於將一加速度感測器調準的方法以及加速度感測器 TWI475232B (zh)

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