TWI570053B - 電容式微機械感測器結構以及微機械加速度計 - Google Patents

電容式微機械感測器結構以及微機械加速度計 Download PDF

Info

Publication number
TWI570053B
TWI570053B TW103121684A TW103121684A TWI570053B TW I570053 B TWI570053 B TW I570053B TW 103121684 A TW103121684 A TW 103121684A TW 103121684 A TW103121684 A TW 103121684A TW I570053 B TWI570053 B TW I570053B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
rotor
finger
stator
micromechanical sensor
support beam
Prior art date
Application number
TW103121684A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201524888A (zh
Inventor
瑪堤 里歐庫
菲勒 佩卡 瑞特庫南
Original Assignee
村田製作所股份有限公司
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 村田製作所股份有限公司 filed Critical 村田製作所股份有限公司
Publication of TW201524888A publication Critical patent/TW201524888A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI570053B publication Critical patent/TWI570053B/zh

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
    • G01P15/125—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 capacitive pick-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
    • B81B3/0067—Mechanical properties
    • B81B3/0078—Constitution or structural means for improving mechanical properties not provided for in B81B3/007 - B81B3/0075
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0228—Inertial sensors
    • B81B2201/0235—Accelerometers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/03—Microengines and actuators
    • B81B2201/033—Comb drives
    • 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
    • G01P15/0802—Details
    • 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
    • G01P15/13—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 measuring the force required to restore a proofmass subjected to inertial forces to a null position
    • G01P15/131—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 measuring the force required to restore a proofmass subjected to inertial forces to a null position with electrostatic counterbalancing means
    • 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
    • G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
    • 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
    • G01P2015/0805—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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0808—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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
    • G01P2015/0811—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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0814—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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type
    • 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
    • G01P2015/0862—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 being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system
    • G01P2015/0871—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 being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system using stopper structures for limiting the travel of the seismic mass

Description

電容式微機械感測器結構以及微機械加速度計
本發明關於獨立的申請專利範圍第1項的前言中所定義的電容式微機械感測器結構。
本發明還關於申請專利範圍第20項中所定義的微機械加速度計，其包括兩個電容式微機械感測器結構。
MEMS加速度計中的共平面加速度偵測經常係以封閉間隙梳體(平行平板電容器)或是以線性梳體(縱向電容器)來達成。
在封閉間隙梳體中，梳體指狀部的電容行為能夠根據下面的公式(1)以一具有變動指狀部間隙及恆定面積的平行平板電容器來近似模擬： 其中，C為電容，ε為介電常數，A為指狀部面積，d為指狀部間隙，x為指狀部移位，而C f 為靜態雜散電容。梳體指狀部在測量模式中會朝彼此移動為更靠近，最後會導致該些指狀部之間的間隙封閉。
在線性梳體中，梳體指狀部為平行於彼此移動並且電容行為能夠根據下面的公式(2)以一具有變動面積及恆定指狀部間隙的平行平板電 容器來模擬： 其中，l為指狀部重疊長度，而h為指狀部高度。
封閉間隙梳體與線性梳體具有非常不相同的優點及缺點。一封閉間隙梳體會產生較大的信號，但是，指狀部之間的小間隙使得該信號為非線性的程度非常高並且難以製造一符合現代加速度計要求指狀部側間隙要在2微米以下的加速度計。另外，製程必須能夠製造一間隙尺寸遠小於測量間隙的止動部間隙。當電作用力與機械黏附作用力靠近回復彈力時，小指狀部側間隙會造成可靠度問題。相反地，線性梳體對相同的移位有較小靈敏性，但是信號則為線性。另外，線性梳體在測量方向中不會有吸入效應(pull-in effect)，且所以黏附問題會被最小化。
本發明的目的係提供一種微機械加速度計結構，其非常耐用而不會有黏附性、容易製造與測試、可以使用高測量電壓、並且最大化線性度，同時保有高靈敏性與阻尼。
本發明的電容式微機械感測器結構的特徵為獨立的申請專利範圍第1項的定義。
該電容式微機械感測器結構的較佳實施例定義在申請專利範圍的依附項第2至19項之中。
本發明的微機械加速度計的對應特徵為申請專利範圍第20項的定義。
該微機械加速度計的較佳實施例定義在申請專利範圍的依附項第21與22項之中。
本發明所提出的電容式微機械感測器結構使用封閉間隙梳體與線性梳體兩者的有利觀點。
在本發明所提出的電容式微機械感測器結構中，信號藉由改變指狀部重疊長度(也就是，介於轉子指狀部結構中沿著該轉子指狀部支撐樑之至少其中一側的轉子指狀部與定子指狀部支撐結構中沿著該定子指狀部支撐樑之至少其中一側的定子指狀部之間的電容器面積)而主要來自該線性梳體結構，並且藉由改變指狀部尖端間隙(也就是，介於轉子指狀部結構中沿著該轉子指狀部支撐樑之至少其中一側的轉子指狀部尖端與定子指狀部支撐樑之間的電容器間隙及/或介於定子指狀部結構中沿著該定子指狀部支撐樑之至少其中一側的定子指狀部尖端與轉子指狀部支撐樑之間的電容器間隙)而主要來自該封閉間隙梳體結構。
此新穎設計亦提供一種全新的可調整參數(指狀部尖端間隙)來調整感測器效能。在本發明所提出的電容式微機械感測器結構中，藉由保持轉子指狀部結構中沿著該轉子指狀部支撐樑之該至少其中一側的轉子指狀部與定子指狀部支撐樑之間有很小的指狀部尖端間隙及/或藉由保持定子指狀部結構中沿著該定子指狀部支撐樑之該至少其中一側的定子指狀部與轉子指狀部支撐樑之間有很小的指狀部尖端間隙(例如，介於轉子指狀部結構中沿著該轉子指狀部支撐樑之該至少其中一側的轉子指狀部與定子指狀部結構中沿著該定子指狀部支撐樑之該至少其中一側的定子指狀部之間的指狀部側間隙的1至3倍)，靈敏性能夠維持在相當於封閉間隙梳體的程 度。此結果為靈敏性可相較於純線性梳體提高百分之20至50。其亦提供最大化線性度而不會降低寄生共振頻率的全新可能性。
在該電容式微機械感測器結構具備多個止動部凸塊的前提下，藉由正確選擇指狀部尖端間隙、指狀部側間隙、以及止動部間隙，可以製造一在測量方向中沒有任何吸入效應的微機械感測器。這會大幅降低黏附的風險，並且可以在ASIC中使用較高的測量電壓而使得ASIC設計更為容易。消弭吸入效應會提高測試健全性以及操作期間的可靠度。
本發明所提出的微機械加速度計結構能夠用於最佳化阻尼與雜訊。加速度計中的高阻尼會提高雜訊，但會使得感測器更健全而可抵抗振動。對非常小的指狀部側間隙來說，封閉梳體結構中的高氣體阻尼的問題特別顯著。在封閉間隙梳體中必須使用一間隙尺寸遠小於測量間隙的止動部間隙，用以避免短路與黏附。這係微影術製程及DRIE製程中的加速度計設計最需要的特點。在本發明所提出的電容式微機械感測器結構中，該指狀部尖端間隙較佳的係，但是並非必須，大於指狀部側間隙。因此，測量方向止動部間隙會等於指狀部側間隙，以便減輕製程的深寬比(aspect ratio)必要條件。
1‧‧‧定子結構
2‧‧‧基板
3‧‧‧轉子結構
4‧‧‧彈簧結構
4a‧‧‧第一彈簧結構
4b‧‧‧第二彈簧結構
5‧‧‧定子指狀部支撐樑
6‧‧‧第一空間
7‧‧‧轉子指狀部支撐樑
8‧‧‧第二空間
9‧‧‧定子指狀部結構
10‧‧‧定子指狀部
11‧‧‧定子間隙
12‧‧‧轉子指狀部結構
13‧‧‧轉子指狀部
14‧‧‧轉子間隙
15‧‧‧轉子框架
16‧‧‧梳體對
17‧‧‧第三空間
18‧‧‧第一微機械感測器
19‧‧‧第二微機械感測器
20‧‧‧第三微機械感測器
21‧‧‧止動部凸塊
22‧‧‧止動部結構
D1‧‧‧轉子指狀部尖端間隙
D2‧‧‧定子指狀部尖端間隙
D3‧‧‧指狀部側間隙
D4‧‧‧指狀部重疊長度
D5‧‧‧止動部間隙
下面將參考圖式來更詳細說明本發明，其中：圖1所示的係根據第一實施例的微機械加速度計感測器結構，圖2所示的係圖1中所示之第一實施例的變化例，圖3所示的係根據第二實施例的微機械加速度計感測器結構，圖4所示的係圖3中所示之第二實施例的變化例， 圖5所示的係根據第三實施例的微機械加速度計感測器結構，圖6所示的係圖5中所示之第三實施例的變化例，圖7所示的係轉子結構沿著一轉子指狀部支撐樑的一側邊以及定子結構沿著一定子指狀部支撐樑的一側邊的細部圖，圖8所示的係轉子結構沿著轉子指狀部支撐樑的一側邊以及定子結構沿著一定子指狀部支撐樑的一側邊的另一細部圖，圖9所示的係根據第一實施例的微機械加速度計，圖10所示的係根據第二實施例的微機械加速度計，以及圖11所示的係根據第三實施例的微機械加速度計。
圖1與2各顯示一電容式微機械感測器結構之一具體實施例。圖3與4為電容式微機械感測器結構的細部圖。圖5與6各顯示一微機械加速度計的範例，每一個範例包括三個微機械感測器。
首先將更詳細說明電容式微機械感測器結構及其某些較佳實施例與變化例。
該電容式微機械感測器結構包括：一定子結構1，其被牢固地固定至一基板2；以及一轉子結構3，其藉由彈簧結構4；4a、4b的方式而可移動地被固定至該基板2。
該電容式微機械感測器結構可以至少部分由一矽基板來製作。
該定子結構1有複數個定子指狀部支撐樑5。
於圖中所示的實施例中，該電容式微機械感測器結構在兩個 相鄰的定子指狀部支撐樑5之間有第一空間6。
該轉子結構3有複數個轉子指狀部支撐樑7。
於圖中所示的實施例中，該電容式微機械感測器結構在兩個相鄰的轉子指狀部支撐樑7之間有第二空間8。
於圖中所示的實施例中，該電容式微機械感測器結構，該定子結構1的定子指狀部支撐樑5延伸至轉子結構3的第二空間8之中，轉子結構3的轉子指狀部支撐樑7延伸至定子結構1的第一空間6之中。
該電容式微機械感測器結構可以反射對稱於該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A。
該定子結構1的定子指狀部支撐樑5包括一定子指狀部結構9，其沿著該定子指狀部支撐樑5的至少其中一側。該定子指狀部結構9包括複數個定子指狀部10以及介於兩個相鄰定子指狀部10之間的定子間隙11。該電容式微機械感測器結構可以包括該定子結構1的一定子指狀部支撐樑5，其包括一沿著該定子指狀部支撐樑5的兩個反向側的定子指狀部結構9，俾使得兩個定子指狀部結構9包括複數個定子指狀部10以及介於兩個相鄰定子指狀部10之間的定子間隙11。
該轉子結構3的轉子指狀部支撐樑7包括一轉子指狀部結構12，其沿著該轉子指狀部支撐樑7的至少其中一側。該轉子指狀部結構12包括複數個轉子指狀部13以及介於兩個相鄰轉子指狀部13之間的轉子間隙14。該電容式微機械感測器結構可以包括該轉子結構3的一轉子指狀部支撐樑7，其包括一沿著該轉子指狀部支撐樑7的兩個反向側的轉子指狀部結構12，俾使得兩個轉子指狀部結構12包括複數個轉子指狀部13以及介於 兩個相鄰轉子指狀部13之間的轉子間隙14。
沿著定子指狀部結構9的定子指狀部10沿著轉子指狀部結構12延伸至轉子間隙14之中，沿著轉子指狀部結構12的轉子指狀部13沿著定子指狀部結構9延伸至定子間隙11之中。
圖1至4顯示電容式微機械感測器結構的範例，其中，所有定子指狀部支撐樑5皆具備一定子指狀部結構9，其沿著該定子指狀部支撐樑5的一側，且其中，所有轉子指狀部支撐樑7皆具備一轉子指狀部結構12，其沿著該轉子指狀部支撐樑7的一側。
圖5與6顯示電容式微機械感測器結構的範例，其中，所有定子指狀部支撐樑5皆具備一定子指狀部結構9，其沿著該定子指狀部支撐樑5的一側，且其中，所有轉子指狀部支撐樑7皆具備一轉子指狀部結構12，其沿著該轉子指狀部支撐樑7的兩側。
倘若該電容式微機械感測器結構反射對稱於該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A的話，該定子結構1的定子指狀部支撐樑5以及該轉子結構3的轉子指狀部支撐樑7較佳的係，但是未必，延伸垂直於該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A，如同圖1與2中所示實施例中的情形。
定子結構1的該些定子指狀部支撐樑5的定子指狀部結構9的定子指狀部10較佳的係，但是未必，垂直地延伸自該些定子指狀部支撐樑5；而轉子結構3的該些轉子指狀部支撐樑7的轉子指狀部結構12的轉子指狀部13較佳的係，但是未必，垂直地延伸自該些轉子指狀部支撐樑7，如同圖1與2中所示實施例中的情形。
倘若該電容式微機械感測器結構反射對稱於該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A的話，定子指狀部支撐樑5的定子指狀部結構9的定子指狀部10較佳的係，但是未必，平行於該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A；而轉子指狀部支撐樑7的轉子指狀部結構12的轉子指狀部13較佳的係，但是未必，平行於該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A。
如在圖2中所示的電容式微機械感測器結構，該電容式微機械感測器結構可以反射對稱於該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A並且反射對稱於該電容式微機械感測器結構的第二中央軸B，其中，該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A與該電容式微機械感測器結構的第二中央軸B在該電容式微機械感測器結構的質量中心CM處相互垂直與切割。
倘若該電容式微機械感測器結構如在圖2中所示的電容式微機械感測器結構反射對稱於該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A並且反射對稱於該電容式微機械感測器結構的第二中央軸B的話，定子指狀部結構9的定子指狀部10以及轉子指狀部結構12的轉子指狀部13較佳的係，但是未必，平行於該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A；而該些轉子指狀部支撐樑7與該些定子指狀部支撐樑5較佳的係，但是未必，平行於該電容式微機械感測器結構的第二中央軸B。
該電容式微機械感測器結構較佳的係，但是未必，包括一轉子框架15，其包圍該(些)定子結構1與該(些)轉子結構3，如同圖1與2中所示實施例中的情形。於此些實施例中，該轉子框架15藉由彈簧結構4；4a、4b的方式而可移動地被固定至該基板2，而轉子結構3的轉子指狀部支 撐樑7則被牢固地連接至該轉子框架15。在圖1與2中，該轉子框架15藉由彈簧結構4；4a、4b的方式而可移動地被固定至該基板2，彈簧結構4；4a、4b包括一第一彈簧結構4a與一第二彈簧結構4b。該轉子框架15被排列成反射對稱於該電容式微機械感測器結構的質量中心CM。如圖1與2中所示，該轉子框架15較佳的係，但是未必，包括一第一剛性柱(圖中並未標示元件符號)、一第二剛性柱(圖中並未標示元件符號)、一第三剛性柱(圖中並未標示元件符號)、以及一第四剛性柱(圖中並未標示元件符號)，在該些剛性柱的末端處彼此牢固地連接以形成一矩形框架。如圖1與2中所示，該轉子框架15較佳的係，但是未必，藉由被連接在該第一剛性柱的中間與基板2之間的第一彈簧結構4a並且藉由被連接在平行於該第一剛性柱的第二剛性柱的中間與基板2之間的第二彈簧結構4b的方式而可移動地被固定至該基板2。
轉子結構3較佳的係，但是未必，以會使得該轉子結構3能夠至少在平行於該基板2之平面的方向中以定子結構1為基準偏轉的方式，藉由被提供在該轉子結構3與固定點之間的彈簧結構4；4a、4b的方式於該些固定點(圖中並未標示元件符號)處而可移動地被固定至該基板2，該方向較佳的係，但是未必，沿著該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A延伸，因此，介於沿著該轉子指狀部支撐樑7之該側的轉子指狀部結構12的轉子指狀部13與該定子指狀部支撐樑5之間的轉子指狀部尖端間隙D1(參見圖3與4)會改變，且因此，介於沿著該定子指狀部支撐樑5之該側的定子指狀部結構9的定子指狀部10與該轉子指狀部支撐樑7之間的定子指狀部尖端間隙D2(參見圖3與4)會改變，且因此，指狀部重疊長度D4(參 見圖3與4)(其為定子指狀部結構9的定子指狀部10延伸至轉子指狀部結構12的轉子間隙14之中的長度，或者，其為轉子指狀部結構12的轉子指狀部13延伸至定子指狀部結構9的定子間隙11之中的長度)會改變。
在圖1與2中，該轉子框架15藉由包括第一彈簧結構4a與第二彈簧結構4b的彈簧結構4；4a、4b的方式而可移動地被固定至該基板2，其會使得該轉子框架15能夠至少在沿著第一中央軸A並且平行於該基板2之平面的方向中以定子結構1為基準偏轉，因此，介於沿著該轉子指狀部支撐樑7之該側的轉子指狀部結構12的轉子指狀部13與該定子指狀部支撐樑5之間的轉子指狀部尖端間隙D1會改變，且因此，介於沿著該定子指狀部支撐樑5之該側的定子指狀部結構9的定子指狀部10與該轉子指狀部支撐樑7之間的定子指狀部尖端間隙D2會改變，且因此，指狀部重疊長度D4(其為定子指狀部結構9的定子指狀部10延伸至轉子指狀部結構12的轉子間隙14之中的長度，或者，其為轉子指狀部結構12的轉子指狀部13延伸至定子指狀部結構9的定子間隙11之中的長度)會改變。
轉子結構3較佳的係，但是未必，藉由包括第一彈簧結構4a與第二彈簧結構4b的彈簧結構4；4a、4b以可移動的方式被固定至該基板2，其會使得該第一彈簧結構4a與該第二彈簧結構4b被排列在該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A處並且對稱於該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A，如同圖1與2中所示實施例中的情形。
該些彈簧結構4；4a、4b較佳的係，但是未必，包括下面之中的至少其中一者：蹺蹺板型彈簧結構、S形彈簧元件、U形彈簧元件、以及摺疊式彈簧元件。
定子指狀部結構9的定子指狀部支撐樑5較佳的係，但是未必，為垂直梳體電極。
轉子指狀部結構12的轉子指狀部支撐樑7較佳的係，但是未必，為垂直梳體電極。
定子指狀部結構9的該(些)定子指狀部支撐樑5的定子指狀部10較佳的係，但是未必，為垂直梳體電極。
轉子指狀部結構12的該(些)轉子指狀部支撐樑7的轉子指狀部13較佳的係，但是未必，為垂直梳體電極。
沿著該轉子指狀部支撐樑7的該至少其中一側的轉子指狀部結構12會以使得該轉子指狀部結構12的轉子指狀部13係均勻地分散在該轉子指狀部支撐樑7的該至少其中一側的方式被設計並且尺寸切割，並且使得該轉子指狀部結構12的轉子間隙14的寬度介於4.5與7.5微米之間，舉例來說，6微米，並且使得該轉子指狀部結構12的轉子指狀部13的寬度介於1.5與2.5微米之間，舉例來說，2微米。
沿著該轉子指狀部支撐樑7的該至少其中一側的轉子指狀部結構12會以使得該轉子指狀部結構12的轉子指狀部13係一均勻的設計的方式被設計並且尺寸切割，並且使得該轉子指狀部結構12的轉子指狀部13的長度介於4.0與10微米之間，舉例來說，6微米。
沿著該定子指狀部支撐樑5的該至少其中一側的定子指狀部結構9會以使得該定子指狀部結構9的定子指狀部10係均勻地分散在該定子指狀部支撐樑5的該至少其中一側的方式被設計並且尺寸切割，並且使得該定子指狀部結構9的定子間隙11的寬度介於4.5與7.5微米之間，並 且使得該定子指狀部結構9的定子指狀部10的寬度介於1.5與2.5微米之間，舉例來說，2微米。
沿著該定子指狀部支撐樑5的該至少其中一側的定子指狀部結構9會以使得該定子指狀部結構9的定子指狀部10具有均勻的設計的方式被設計並且尺寸切割，並且使得該定子指狀部結構9的定子指狀部10的長度介於4.0與10微米之間，舉例來說，6微米。
於該微機械感測器結構的無負載位置中(零加速度)，介於沿著該定子指狀部支撐樑5之該側的定子指狀部結構9的定子指狀部10與該轉子指狀部支撐樑7之間的定子指狀部尖端間隙D2(參見圖3與4)較佳的係，但是未必，介於2與6微米之間，且較佳的係約3.5微米。
於該微機械感測器結構的無負載位置中(零加速度)，介於沿著該轉子指狀部支撐樑7之該側的轉子指狀部結構12的轉子指狀部13與該定子指狀部支撐樑5之間的轉子指狀部尖端間隙D1(參見圖3與4)較佳的係，但是未必，介於2與6微米之間，且較佳的係約3.5微米。
於該微機械感測器結構的無負載位置中(零加速度)，介於沿著該定子指狀部支撐樑5之該側的定子指狀部結構9的定子指狀部10與沿著該轉子指狀部支撐樑7之該側的轉子指狀部結構12的轉子指狀部13之間的指狀部側間隙D3(參見圖3與4)較佳的係，但是未必，介於1.5與2.5微米之間，且較佳的係約2.0微米。
介於沿著該定子指狀部支撐樑5之該側的定子指狀部結構9的定子指狀部10與該轉子指狀部支撐樑7之間的定子指狀部尖端間隙D2(參見圖3與4)較佳的係，但是未必，為介於沿著該定子指狀部支撐樑5 之該側的定子指狀部結構9的定子指狀部10與沿著該轉子指狀部支撐樑7之該側的轉子指狀部結構12的轉子指狀部13之間的指狀部側間隙D3(參見圖3與4)的1至3倍，較佳的係，1至2.5倍，更佳的係，1至2倍。
介於沿著該轉子指狀部支撐樑7之該側的轉子指狀部結構12的轉子指狀部13與該定子指狀部支撐樑5之間的轉子指狀部尖端間隙D1(參見圖3與4)較佳的係，但是未必，為介於沿著該定子指狀部支撐樑5之該側的定子指狀部結構9的定子指狀部10與沿著該轉子指狀部支撐樑7之該側的轉子指狀部結構12的轉子指狀部13之間的指狀部側間隙D3(參見圖3與4)的1至3倍，較佳的係，1至2.5倍，更佳的係，1至2倍。
於該微機械感測器結構的無負載位置中(零加速度)，指狀部重疊長度D4(參見圖3與4)(也就是，定子指狀部結構9的定子指狀部10延伸至轉子指狀部結構12的轉子間隙14之中的長度，或者，轉子指狀部結構12的轉子指狀部13延伸至定子指狀部結構9的定子間隙11之中的長度)較佳的係，但是未必，介於1與4微米之間，較佳的係，介於2與3微米之間，舉例來說，2微米。該指狀部重疊長度D4較佳的係，但是未必，被選擇為大於該轉子結構3的全規模偏轉(full-scale deflection)。全規模偏轉的意義為具有最大感測器加速度的轉子結構3偏轉。
該定子結構1的一定子指狀部支撐樑5(其包括一沿著該定子指狀部支撐樑5的一側的定子指狀部結構9)以及該轉子結構3的一轉子指狀部支撐樑7(其包括一沿著該轉子指狀部支撐樑7的一側的轉子指狀部結構12)可以形成一梳體對16，如同圖1與2中所示的實施例。於此些實施例中，該微機械感測器結構的梳體結構包括複數個此類梳體對16以及介於 兩個相鄰梳體對16之間的第三空間17。於此些實施例中，面向該些第三空間17的定子指狀部支撐樑5的側邊較佳的係，但是未必，沒有定子指狀部10，例如，沒有定子指狀部結構9，而面向該些第三空間17的轉子指狀部支撐樑7的側邊較佳的係，但是未必，沒有轉子指狀部13，例如，沒有轉子指狀部結構12。
此些第三空間17的寬度較佳的係，但是未必，介於5與10微米之間，且較佳的係約7.5微米。
該電容式微機械感測器結構的此些第三空間17的寬度較佳的係，但是未必，為介於沿著該定子指狀部支撐樑5之該側的定子指狀部結構9的定子指狀部10與沿著該轉子指狀部支撐樑7之該側的轉子指狀部結構12的轉子指狀部13之間的指狀部側間隙D3(參見圖3與4)的2至3倍。
該電容式微機械感測器結構的該些第三空間17的寬度較佳的係，但是未必，為介於沿著該轉子指狀部支撐樑7的轉子指狀部結構12的轉子指狀部13與一定子指狀部支撐樑5之間的距離的2至3倍。
如圖3中所示的實施例中所示，該些梳體對16可以分群為四群梳體對16，每一群皆包括相同數量梳體對16，俾使得該些梳體對16群被設置為對稱於該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A並且對稱於該電容式微機械感測器結構的第二中央軸B並且對稱於該電容式微機械感測器結構的質量中心CM。
該電容式微機械感測器結構較佳的係，但是未必，對稱於該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A並且對稱於該電容式微機械感測器結構的第二中央軸B，俾使得該電容式微機械感測器結構的第一中央軸A 與該電容式微機械感測器結構的第二中央軸B在該電容式微機械感測器結構的質量中心CM處相互垂直與切割。
如圖2、4、以及6中所示的實施例中所示，該電容式微機械感測器結構較佳的係，但是未必，包括止動部凸塊21，用以防止轉子結構3相對於定子結構1超額移動，但是允許該轉子結構3在一沿著該第一中央軸A的方向中移動對應於一止動部間隙D5(參見圖2、4、以及6)的距離，該止動部間隙D5為1.0至2.5微米，較佳的係，1.5至2.0微米。此些止動部凸塊21的用途係防止該(些)轉子結構3黏附至該(些)定子結構1並且防止該(些)轉子結構3短路至該(些)定子結構1而造成該電容式微機械感測器結構無法發揮功能。除此之外，該些止動部凸塊21亦能夠被用來防止該(些)轉子結構3與該(些)定子結構1之間的吸入效應，換言之，保持該(些)轉子結構3在與該(些)定子結構1相隔不會於該(些)轉子結構3與該(些)定子結構1之間創造任何吸入效應的距離處。舉例來說，如圖2、4、以及6中所示的實施例中所示，該電容式微機械感測器結構包括一轉子框架15，其包圍該定子結構1與該轉子結構3，俾使得該轉子框架15藉由彈簧結構4；4a、4b的方式而可移動地被固定至該基板2並且使得轉子結構3的轉子指狀部支撐樑7被牢固地連接至該轉子框架15並且使得該轉子框架15被排列成對稱於該電容式微機械感測器結構的質量中心CM。於圖2、4、以及6中所示的實施例中，該些止動部凸塊21可以被配置成藉由防止該轉子框架15相對於定子結構1超額移動來防止轉子結構3相對於定子結構1超額移動，但是允許該轉子框架15在一沿著該第一中央軸A的方向中移動對應於一止動部間隙D5(參見圖2、4、以及6)的距離，該止動部間隙D5為1.0至 2.5微米，較佳的係，1.5至2.0微米。
如圖2、4、以及6中所示的實施例中所示，該電容式微機械感測器結構較佳的係，但是未必，包括止動部凸塊21用以防止轉子結構3相對於定子結構1超額移動，但是允許該轉子結構3在一沿著該第一中央軸A的方向中移動對應於一止動部間隙D5的距離，該止動部間隙D5為介於沿著該定子指狀部支撐樑5之該側的定子指狀部結構9的定子指狀部10與沿著該轉子指狀部支撐樑7之該側的轉子指狀部結構12的轉子指狀部13之間的指狀部側間隙D3的0.5至1.5倍，較佳的係，0.7至1倍。些止動部凸塊21的用途係防止該(些)轉子結構3黏附至該(些)定子結構1並且防止該(些)轉子結構3短路至該(些)定子結構1而造成該電容式微機械感測器結構無法發揮功能。除此之外，該些止動部凸塊21亦能夠被用來防止該(些)轉子結構3與該(些)定子結構1之間的吸入效應，換言之，保持該(些)轉子結構3在與該(些)定子結構1相隔不會於該(些)轉子結構3與該(些)定子結構1之間創造任何吸入效應的距離處。舉例來說，如圖2、4、以及6中所示的實施例中所示，該電容式微機械感測器結構包括一轉子框架15，其包圍該定子結構1與該轉子結構3，俾使得該轉子框架15藉由彈簧結構4；4a、4b的方式而可移動地被固定至該基板2並且使得轉子結構3的轉子指狀部支撐樑7被牢固地連接至該轉子框架15並且使得該轉子框架15被排列成對稱於該電容式微機械感測器結構的質量中心CM。於此實施例中，該些止動部凸塊21可以被配置成藉由防止該轉子框架15相對於定子結構1超額移動來防止轉子結構3相對於定子結構1超額移動，但是允許該轉子框架15在一沿著該第一中央軸A的方向中移動對應於一止動部間隙D5的距離，該止動 部間隙D5為介於沿著該定子指狀部支撐樑5之該側的定子指狀部結構9的定子指狀部10與沿著該轉子指狀部支撐樑7之該側的轉子指狀部結構12的轉子指狀部13之間的指狀部側間隙D3的0.5至1.5倍，較佳的係，0.7至1倍。舉例來說，該些止動部凸塊21會有一尖銳點。
舉例來說，此些止動部凸塊21能夠被提供在下面的任何處：該電容式微機械感測器結構的一轉子框架15處、該電容式微機械感測器結構的定子結構1處、該電容式微機械感測器結構的轉子結構3、以及如圖2、4、以及6中所示般被牢固地固定至基板2的一分離的止動部結構22處。
下面將更詳細說明一微機械加速度計以及該微機械加速度計的某些較佳實施例與變化例，其包括如先前所述的兩個電容式微機械感測器結構。
該微機械加速度計包括如先前所述的兩個電容式微機械感測器結構，該微機械加速度計包括一具有一平面(圖中並未標示元件符號)的基板2。
該兩個電容式微機械感測器結構形成該微機械加速度計之中的一第一微機械感測器18與一第二微機械感測器19。
該第一微機械感測器18被配置成用以測量沿著平行於該基板2之該平面的x軸的加速度，以及該第二微機械感測器19被配置成用以測量沿著平行於該基板2之該平面且垂直於該x軸的y軸的加速度。
該微機械加速度計包括一第三中央軸C。該第一微機械感測器18被排列在該微機械加速度計之中，俾使得該第一微機械感測器18的第 一中央軸A1與該微機械加速度計的第三中央軸C為平行。該第二微機械感測器19被排列在該微機械加速度計之中，俾使得該第二微機械感測器19的第一中央軸A2與該微機械加速度計的第三中央軸C為垂直。
如圖9至11中所示的實施例中所示，該微機械加速度計較佳的係，但是未必，包括至少一第三微機械感測器20，用以測量沿著垂直於該基板2之該平面的z軸的加速度。如圖9至11中所示的實施例中所示，一第三微機械感測器20可以包括一梳體結構。
熟習本技術的人士便會明白，隨著技術進步，本發明的基本概念能夠以各種方式來施行。所以，本發明及其實施例並不受限於上面的範例，而可以在申請專利範圍的範疇內加以改變。
1‧‧‧定子結構
2‧‧‧基板
3‧‧‧轉子結構
4‧‧‧彈簧結構
4a‧‧‧第一彈簧結構
4b‧‧‧第二彈簧結構
5‧‧‧定子指狀部支撐樑
6‧‧‧第一空間
7‧‧‧轉子指狀部支撐樑
8‧‧‧第二空間
9‧‧‧定子指狀部結構
10‧‧‧定子指狀部
11‧‧‧定子間隙
12‧‧‧轉子指狀部結構
13‧‧‧轉子指狀部
14‧‧‧轉子間隙
15‧‧‧轉子框架
16‧‧‧梳體對
17‧‧‧第三空間

Claims (20)

  1. 一種電容式微機械感測器結構，其包括：一被牢固地固定至一基板(2)的定子結構(stator structure)(1)以及一藉由彈簧結構(4；4a、4b)的方式而可移動地被固定至該基板(2)的轉子結構(rotor structure)(3)，該定子結構(1)有複數個定子指狀部支撐樑(5)，該轉子結構(3)有複數個轉子指狀部支撐樑(7)，該定子結構(1)的一定子指狀部支撐樑(5)包括一定子指狀部結構(9)，其沿著該定子指狀部支撐樑(5)的至少其中一側，其中，該定子指狀部結構(9)包括複數個定子指狀部(10)以及介於兩個相鄰定子指狀部(10)之間的定子間隙(11)，該轉子結構(3)的一轉子指狀部支撐樑(7)包括一轉子指狀部結構(12)，其沿著該轉子指狀部支撐樑(7)的至少其中一側，其中，該轉子指狀部結構(12)包括複數個轉子指狀部(13)以及介於兩個相鄰轉子指狀部(13)之間的轉子間隙(14)，定子指狀部(10)沿著該定子結構(9)的定子指狀部支撐樑(5)延伸至沿著該轉子指狀部結構(12)的轉子指狀部支撐樑(7)的轉子間隙(14)之中，轉子指狀部(13)沿著該轉子指狀部結構(12)的轉子指狀部支撐樑(7)延伸至沿著該定子結構(9)的定子指狀部支撐樑(5)的定子間隙(11)之中；其中，介於該定子指狀部結構(9)的該定子指狀部(10)與該轉子指狀部支撐樑(7)之間的定子指狀部尖端間隙(D2)在該電容式微機械感測器結構的無負載 狀態中為介於該定子指狀部結構(9)的該定子指狀部(10)與該轉子指狀部結構(12)的該轉子指狀部(13)之間的指狀部側間隙(D3)的一至三倍，以及該轉子結構(3)以會使得該轉子結構(3)能夠至少平行於該基板(2)之平面偏轉的方式而可移動地被固定至該基板(2)，因此，介於沿著該轉子指狀部支撐樑(7)之至少其中一側的轉子指狀部(13)與該定子指狀部支撐樑(5)之間的轉子指狀部尖端間隙(D1)會改變，介於沿著該定子指狀部支撐樑(5)之至少其中一側的定子指狀部(10)與該轉子指狀部支撐樑(7)之間的定子指狀部尖端間隙(D2)會改變，以及指狀部重疊長度(D4)會改變，該指狀部重疊長度(D4)為該定子指狀部結構(9)的該定子指狀部(10)延伸至該轉子指狀部結構(12)的該轉子間隙(14)之中的長度，或者，為該轉子指狀部結構(12)的該轉子指狀部(13)延伸至該定子指狀部結構(9)的該定子間隙(11)之中的長度。
  2. 根據申請專利範圍第1項的電容式微機械感測器結構，其中，該定子結構(1)的該定子指狀部支撐樑(5)包括一沿著該定子指狀部支撐樑(5)的兩個反向側的定子指狀部結構(9)，其中，每一個定子指狀部結構(9)皆包括複數個定子指狀部(10)以及介於兩個相鄰定子指狀部(10)之間的定子間隙(11)。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項的電容式微機械感測器結構，其中，該轉子結構(3)的轉子指狀部支撐樑(7)包括一轉子指狀部結構(12)，其沿著該轉子指狀部支撐樑(7)的兩個反向側，其中，每一個轉子指狀部結構(12)皆包括複數個轉子指狀部(13)以及介於兩個相鄰轉子指狀部(13)之間的轉子間隙(14)。
  4. 根據申請專利範圍第1或2項的電容式微機械感測器結構，其中，該定子指狀部支撐樑(5)的該定子指狀部結構(9)的該定子指狀部(10)垂 直地延伸自該定子指狀部支撐樑(5)；以及該些轉子指狀部支撐樑(7)的該轉子指狀部結構(12)的該轉子指狀部(13)垂直地延伸自一轉子指狀部支撐樑(7)。
  5. 根據申請專利範圍第1或2項的電容式微機械感測器結構，其中，該電容式微機械感測器結構反射對稱於該電容式微機械感測器結構的一第一中央軸(A)。
  6. 根據申請專利範圍第5項的電容式微機械感測器結構，其中，該定子結構(1)的該定子指狀部支撐樑(5)和該轉子結構(3)的該轉子指狀部支撐樑(7)延伸垂直於該電容式微機械感測器結構的該第一中央軸(A)。
  7. 根據申請專利範圍第5項的電容式微機械感測器結構，其中，該定子指狀部支撐樑(5)的該定子指狀部結構(9)的該定子指狀部(10)平行於該電容式微機械感測器結構的該第一中央軸(A)，以及該些轉子指狀部支撐樑(7)的該轉子指狀部結構(12)的該些轉子指狀部(13)平行於該電容式微機械感測器結構的該第一中央軸(A)。
  8. 根據申請專利範圍第5項的電容式微機械感測器結構，其中，該轉子結構(3)藉由彈簧結構(4；4a、4b)的方式而可移動地被固定至該基板(2)，該彈簧結構(4；4a、4b)包括一第一彈簧結構(4a)與一第二彈簧結構(4b)，以及該第一彈簧結構(4a)與該第二彈簧結構(4b)被排列在該電容式微機械感測器結構的一第一中央軸(A)處並且反射對稱於該電容式微機械感測器結構的一第二中央軸(B)。
  9. 根據申請專利範圍第1或2項的電容式微機械感測器結構，其中， 該電容式微機械感測器結構反射對稱於該電容式微機械感測器結構的一第一中央軸(A)並且反射對稱於該電容式微機械感測器結構的一第二中央軸(B)，以及該電容式微機械感測器結構的該第一中央軸(A)與該電容式微機械感測器結構的該第二中央軸(B)在該電容式微機械感測器結構的質量中心CM處相互垂直與切割。
  10. 根據申請專利範圍第9項的電容式微機械感測器結構，其中，該定子結構(1)的定子指狀部支撐樑(5)和該轉子結構(3)的該轉子指狀部支撐樑(7)平行於該電容式微機械感測器結構的該第二中央軸(B)，以及該轉子指狀部結構(12)的該些轉子指狀部(13)和該定子指狀部結構(9)的該些定子指狀部(10)平行於該電容式微機械感測器結構的該第一中央軸(A)。
  11. 根據申請專利範圍第1或2項的電容式微機械感測器結構，其中，該電容式微機械感測器結構包括一轉子框架(15)，其包圍該定子結構(1)與該轉子結構(3)，該轉子框架(15)藉由彈簧結構(4；4a、4b)的方式而可移動地被固定至該基板(2)，該轉子結構(3)的該些轉子指狀部支撐樑(7)被牢固地連接至該轉子框架(15)，以及該轉子框架(15)被排列成對稱於該電容式微機械感測器結構的質量中心(CM)。
  12. 根據申請專利範圍第1或2項的電容式微機械感測器結構，其中，該定子指狀部結構(9)的該些定子指狀部支撐樑(5)為垂直梳體電極， 該轉子指狀部結構(12)的該些轉子指狀部支撐樑(7)為垂直梳體電極，該定子指狀部結構(9)的該些定子指狀部支撐樑(5)的該些定子指狀部(10)為垂直梳體電極，以及該轉子指狀部結構(12)的該些轉子指狀部支撐樑(7)的該些轉子指狀部(13)為垂直梳體電極。
  13. 根據申請專利範圍第1或2項的電容式微機械感測器結構，其中，該定子指狀部支撐樑(5)包括一沿著該定子指狀部支撐樑(5)的一側的定子指狀部結構(9)，以及該轉子指狀部支撐樑(7)包括一沿著該轉子指狀部支撐樑(7)的一側的轉子指狀部結構(12)，該定子指狀部支撐樑(5)與該轉子指狀部支撐樑(7)形成一梳體對(16)，該電容式微機械感測器結構的該梳體結構包括複數個此類梳體對(16)，以及介於兩個相鄰梳體對(16)之間的第三空間(17)。
  14. 根據申請專利範圍第13項的電容式微機械感測器結構，其中，面向第三空間(17)的該些定子指狀部支撐樑(5)的該些側邊沒有定子指狀部結構(9)，以及面向第三空間(17)的該些轉子指狀部支撐樑(7)的該些側邊沒有轉子指狀部結構(12)。
  15. 根據申請專利範圍第13項的電容式微機械感測器結構，其中，該電容式微機械感測器結構反射對稱於該電容式微機械感測器結構的一第一中央軸(A)並且反射對稱於該電容式微機械感測器結構的一第二中央軸(B)， 該電容式微機械感測器結構的該第一中央軸(A)與該電容式微機械感測器結構的該第二中央軸(B)在該電容式微機械感測器結構的質量中心CM處相互垂直與切割，該些梳體對(16)被分群為四群梳體對(16)，每一群皆包括相同數量梳體對(16)，以及該些梳體對16群被設置為對稱於該電容式微機械感測器結構的該第一中央軸(A)並且對稱於該電容式微機械感測器結構的該第二中央軸(B)並且對稱於該電容式微機械感測器結構的該質量中心(CM)。
  16. 根據申請專利範圍第1或2項的電容式微機械感測器結構，其中，多個止動部凸塊(21)，用以防止轉子結構(3)相對於定子結構(1)的超額移動，但是允許該轉子結構(3)在兩個反向的方向中移動一對應於一止動部間隙(D5)的距離，該止動部間隙(D5)為介於沿著該定子指狀部支撐樑(5)之該側的該定子指狀部結構(9)的該些定子指狀部(10)與沿著該轉子指狀部支撐樑(7)之該側的該轉子指狀部結構(12)的該些轉子指狀部(13)之間的指狀部側間隙(D3)的0.25至2.5倍，較佳的係，0.7至1倍。
  17. 根據申請專利範圍第16項的電容式微機械感測器結構，其中，該電容式微機械感測器結構包括一轉子框架(15)，其包圍該定子結構(1)與該轉子結構(3)，該轉子框架(15)藉由彈簧結構(4；4a、4b)的方式而可移動地被固定至該基板(2)，該轉子結構(3)的該些轉子指狀部支撐樑(7)被牢固地連接至該轉子框架(15)， 該轉子框架(15)被排列成對稱於該電容式微機械感測器結構的該質量中心(CM)，以及該些止動部凸塊(21)被配置成藉由防止該轉子框架(15)相對於該定子結構(1)的超額移動來防止轉子結構(3)相對於定子結構(1)的超額移動，但是允許該轉子框架(15)在兩個反向的方向中移動一對應於一止動部間隙(D5)的距離，該止動部間隙(D5)為介於沿著該定子指狀部支撐樑(5)之該側的該定子指狀部結構(9)的該些定子指狀部(10)與沿著該轉子指狀部支撐樑(7)之該側的該轉子指狀部結構(12)的該些轉子指狀部(13)之間的指狀部側間隙(D3)的0.25至1.5倍，較佳的係，0.7至1倍。
  18. 一種微機械加速度計，其包括根據申請專利範圍第1至17項中任一項的兩個電容式微機械感測器結構，其中，該微機械加速度計包括一具有一平面的基板(2)，該兩個電容式微機械感測器結構形成該微機械加速度計之中的一第一微機械感測器(18)與一第二微機械感測器(19)，該第一微機械感測器(18)被配置成用以測量沿著平行於該基板(2)之該平面的x軸的加速度，以及該第二微機械感測器(19)被配置成用以測量沿著平行於該基板(2)之該平面且垂直於該x軸的y軸的加速度。
  19. 根據申請專利範圍第18項的微機械加速度計，其中，該微機械加速度計包括一第三中央軸C，該第一微機械感測器(18)被排列在該微機械加速度計之中，以使得該第一微機械感測器(18)的第一中央軸(A1)與該微機械加速度計的該第三中央軸 C為平行，以及該第二微機械感測器(19)被排列在該微機械加速度計之中，以使得該第二微機械感測器(19)的第一中央軸(A2)與該微機械加速度計的該第三中央軸C為垂直。
  20. 根據申請專利範圍第18或19項的微機械加速度計，其中，至少一第三微機械感測器(20)，用以測量沿著垂直於該基板(2)之該平面且垂直於該x軸及垂直於該y軸的z軸的加速度。
TW103121684A 2013-06-28 2014-06-24 電容式微機械感測器結構以及微機械加速度計 TWI570053B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20135712A FI126199B (en) 2013-06-28 2013-06-28 CAPACITIVE MICROMECHANICAL SENSOR STRUCTURE AND MICROMECHANICAL ACCELEROMETER

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201524888A TW201524888A (zh) 2015-07-01
TWI570053B true TWI570053B (zh) 2017-02-11

Family

ID=51383907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103121684A TWI570053B (zh) 2013-06-28 2014-06-24 電容式微機械感測器結構以及微機械加速度計

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9547020B2 (zh)
EP (1) EP3014285B1 (zh)
FI (1) FI126199B (zh)
TW (1) TWI570053B (zh)
WO (1) WO2014207710A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI126199B (en) * 2013-06-28 2016-08-15 Murata Manufacturing Co CAPACITIVE MICROMECHANICAL SENSOR STRUCTURE AND MICROMECHANICAL ACCELEROMETER
FI127229B (en) 2015-03-09 2018-02-15 Murata Manufacturing Co Microelectromechanical structure and device
JP6657626B2 (ja) * 2015-07-10 2020-03-04 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
TWI610880B (zh) 2015-09-22 2018-01-11 村田製作所股份有限公司 半撓性的驗證質量
EP3353557B1 (en) 2015-09-25 2019-07-17 Murata Manufacturing Co., Ltd. Improved microelectromechanical accelerometer device
US10352960B1 (en) * 2015-10-30 2019-07-16 Garmin International, Inc. Free mass MEMS accelerometer
JP2018032848A (ja) * 2016-08-25 2018-03-01 株式会社村田製作所 半導体装置
CN107064555B (zh) * 2017-03-10 2020-09-04 中国科学院地质与地球物理研究所 一种mems加速度计及其制造工艺
TWI668412B (zh) * 2017-05-08 2019-08-11 日商村田製作所股份有限公司 電容式微機電加速度計及相關方法
CN108519498B (zh) * 2018-03-08 2020-09-18 北京航天控制仪器研究所 一种谐振加速度计的自适应闭环测量系统
CN109490576A (zh) * 2018-12-19 2019-03-19 成都力创云科技有限公司 一种基于soi的全差分电容式mems加速度计
JP7188311B2 (ja) 2019-07-31 2022-12-13 セイコーエプソン株式会社 ジャイロセンサー、電子機器、及び移動体
CN111732070B (zh) * 2020-06-05 2023-01-17 东南大学 一种pt对称侧动微机电系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101563616B (zh) * 2006-12-19 2011-10-19 罗伯特·博世有限公司 具有梳形电极的加速度传感器
TW201215888A (en) * 2010-04-30 2012-04-16 Qualcomm Mems Technologies Inc Stacked lateral overlap transducer (SLOT) based three-axis accelerometer

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19938206A1 (de) * 1999-08-12 2001-02-15 Bosch Gmbh Robert Mikromechanischer Drehbeschleunigungssensor
US20040231420A1 (en) * 2003-02-24 2004-11-25 Huikai Xie Integrated monolithic tri-axial micromachined accelerometer
FR2858854B1 (fr) * 2003-08-13 2005-12-16 Sercel Rech Const Elect Accelerometre a vibrations parasites reduites par rappel ameliore
FR2858853B1 (fr) * 2003-08-13 2006-01-13 Sercel Rech Const Elect Accelerometre a vibrations parasites reduites par forme des electrodes amelioree
US6910379B2 (en) * 2003-10-29 2005-06-28 Honeywell International, Inc. Out-of-plane compensation suspension for an accelerometer
US7013730B2 (en) * 2003-12-15 2006-03-21 Honeywell International, Inc. Internally shock caged serpentine flexure for micro-machined accelerometer
KR100513346B1 (ko) * 2003-12-20 2005-09-07 삼성전기주식회사 보정전극을 갖는 정전용량형 가속도계
US7279761B2 (en) 2004-09-15 2007-10-09 The Regents Of The University Of California Post-release capacitance enhancement in micromachined devices and a method of performing the same
FR2880127B1 (fr) * 2004-12-29 2007-03-02 Commissariat Energie Atomique Accelerometre micro-usine a peignes capacitifs
FR2881568B1 (fr) * 2005-02-03 2011-01-14 Commissariat Energie Atomique Condensateur a capacite variable et a forme specifique, gyrometre comportant un tel condensateur et accelerometre comportant un tel condensateur
US7258010B2 (en) * 2005-03-09 2007-08-21 Honeywell International Inc. MEMS device with thinned comb fingers
US7337671B2 (en) * 2005-06-03 2008-03-04 Georgia Tech Research Corp. Capacitive microaccelerometers and fabrication methods
US7258011B2 (en) * 2005-11-21 2007-08-21 Invensense Inc. Multiple axis accelerometer
TWI284203B (en) * 2005-12-23 2007-07-21 Delta Electronics Inc Accelerometer
US7617729B2 (en) * 2006-02-21 2009-11-17 Physical Logic Ag Accelerometer
DE102006020521A1 (de) 2006-05-03 2007-11-08 Robert Bosch Gmbh Anordnung und Verfahren zur Druckmessung
KR100899812B1 (ko) * 2006-12-05 2009-05-27 한국전자통신연구원 정전 용량형 가속도계
FI122397B (fi) 2008-04-16 2011-12-30 Vti Technologies Oy Värähtelevä mikromekaaninen kulmanopeusanturi
US8205498B2 (en) * 2008-11-18 2012-06-26 Industrial Technology Research Institute Multi-axis capacitive accelerometer
US8418555B2 (en) * 2009-06-26 2013-04-16 Honeywell International Inc. Bidirectional, out-of-plane, comb drive accelerometer
FR2954505B1 (fr) * 2009-12-22 2012-08-03 Commissariat Energie Atomique Structure micromecanique comportant une partie mobile presentant des butees pour des deplacements hors plan de la structure et son procede de realisation
US8549922B2 (en) * 2010-03-10 2013-10-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Motion detection using capacitor having different work function materials
ITTO20130174A1 (it) * 2013-03-05 2014-09-06 St Microelectronics Srl Dispositivo mems e relativa struttura micromeccanica con compensazione integrata delle deformazioni termo-meccaniche
FI20135714L (fi) * 2013-06-28 2014-12-29 Murata Manufacturing Co Kapasitiivinen mikromekaaninen kiihtyvyysanturi
FI126199B (en) * 2013-06-28 2016-08-15 Murata Manufacturing Co CAPACITIVE MICROMECHANICAL SENSOR STRUCTURE AND MICROMECHANICAL ACCELEROMETER

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101563616B (zh) * 2006-12-19 2011-10-19 罗伯特·博世有限公司 具有梳形电极的加速度传感器
TW201215888A (en) * 2010-04-30 2012-04-16 Qualcomm Mems Technologies Inc Stacked lateral overlap transducer (SLOT) based three-axis accelerometer

Also Published As

Publication number Publication date
EP3014285B1 (en) 2019-01-30
US9547020B2 (en) 2017-01-17
FI126199B (en) 2016-08-15
TW201524888A (zh) 2015-07-01
US20150316581A1 (en) 2015-11-05
FI20135712A (fi) 2015-01-07
WO2014207710A1 (en) 2014-12-31
EP3014285A1 (en) 2016-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI570053B (zh) 電容式微機械感測器結構以及微機械加速度計
KR102126069B1 (ko) 마이크로전기기계 시스템 및 이의 사용 방법들
US8333113B2 (en) Triaxial acceleration sensor
AU2014261760B2 (en) Acceleration sensor and method for producing an acceleration sensor
JP5553846B2 (ja) 加速度センサおよび加速度センサの作動方法
US20090320596A1 (en) Acceleration sensor with comb-shaped electrodes
US10884020B2 (en) Accelerometer
FI127229B (en) Microelectromechanical structure and device
US11105828B2 (en) Microelectromechanical device for out-of-plane motion detection
KR102115504B1 (ko) 센서의 댐핑
CN106461701B (zh) 用于加速度传感器的微机械结构
TWI616656B (zh) 微機電系統感測器和半導體封裝
CN112485470B (zh) 低噪声多轴微机电系统加速度计
KR101328642B1 (ko) 멤스 공진형 가속도계
JP2014115080A (ja) 物理量センサ
TWI660905B (zh) 具有框架之微機電結構
US10345323B2 (en) Thermally balanced differential accelerometer
RU55148U1 (ru) Микромеханический осевой акселерометр
Xiao et al. A temperature self-calibrating torsional accelerometer with fully differential configuration and integrated reference capacitor
Ya et al. Novel MEMS fully differential capacitive transducer design and analysis
JP5699818B2 (ja) 筋電センサ
RU66060U1 (ru) Микромеханический осевой акселерометр