[發明專利]微機械的z傳感器

在審

• 申請號: 200780045820.0
• 申請日: 2007-10-15
• 公開（公告）號: CN101558316A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: J·克拉森;L·特布杰
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 侯鳴慧

技術領域

本發明涉及一種具有靈敏度的微機械z傳感器，該傳感器具有一扭簧和一地震動的附加質量塊，其中，扭簧具有彈簧寬度，地震動的附加質量塊具有一些有連接條寬度的連接條。

背景技術

對于具有垂直于晶片面的探測方向的電容式加速度傳感器，即所謂z傳感器，經常使用搖擺臂結構。搖擺臂的傳感器原理基于彈簧質量塊系統，在該系統中，運動的地震動質量塊分別與兩個固定在基底上的反電極構成板式電容器。該地震動質量塊通過扭簧與底座相連接。如果質量塊結構在扭簧的兩側大小不同，則在作用一加速度時質量塊結構相對于作為轉軸的扭簧轉動。這種質量差例如通過相對于扭簧不對稱安置的附加質量塊引起。由此，具有較大質量的一側電極的間距變小而在另一側變大。由此產生的電容變化是所作用的加速度的一個量度。該搖擺臂傳感器原理例如在歐洲公開文獻EP?0?244?581?A1或者在歐洲公開文獻EP?0?773?443?A1中描述。

這種傳感器類型的中心元件是其扭簧。該扭簧決定性地確定傳感器的機械靈敏性。由于制造過程中的變化而發生扭簧寬度波動，這些波動大大影響靈敏度。在根據現有技術的搖擺臂結構中沒有對這種靈敏度波動進行補償。

發明內容

本發明的任務是，提供一種質量塊結構，對于該質量塊結構，制造期間的過程波動的影響對傳感器靈敏度的作用不太強。

本發明涉及一種具有靈敏度的微機械的z傳感器，該傳感器具有一扭簧和一地震動的附加質量塊，其中，扭簧具有彈簧寬度，地震動的附加質量塊具有一些有連接條寬度的連接條。本發明的核心在于，所述連接條寬度選擇得小于彈簧寬度。

本發明的一個有利構型規定，連接條寬度選擇得比彈簧寬度的一半小并且比彈簧寬度的四分之一大，優選選擇為彈簧寬度的三分之一。也有利的是，該z傳感器具有一質量塊結構，該質量塊結構具有一些具有另外的連接條寬度的另外的連接條并且所述連接條寬度與所述另外的連接條寬度相互不同。有利的是，設置有一些具有各種不同寬度的連接條并且所述連接條寬度是平均寬度。

本發明的核心在于與扭簧相關地適當選擇的、搖擺臂結構在附加質量塊區域中的結構型式。在此，該附加質量塊具有由相互連接的梁元件組成的、適配于扭簧寬度的結構。該結構導致傳感器靈敏度的分散范圍減小，另外這對后置的分析計算電子裝置是有利的。

本發明原則上能夠用在任意的根據搖擺臂原理構造的加速度傳感器上。本發明可以簡單地轉換利用并且提供簡化必要的分析計算電子裝置或者減小傳感器芯片的潛力。這能夠導致傳感器的成本優勢或者更好的性能。

附圖說明

圖1以側視圖示出現有技術中的一種z傳感器，圖2以俯視圖示出該現有技術中的z傳感器，圖3以俯視圖示出一根據本發明的z傳感器。

具體實施方式

圖1以側視圖示出現有技術中的z傳感器。該圖只是示意性的。示出一具有基底10的表面微機械的傳感器，該基底具有在(x；y)平面中的主要表面。在基底10上方在支撐15上安置一質量塊結構30。在質量塊結構30的下方，在基底10上安置有電極20。質量塊結構30關于支撐15不對稱安置地具有一附加質量塊40。在z傳感器以垂直于所述(x；y)平面的加速度分量50加速運動的運行狀態中，具有附加質量塊40的質量塊結構30相對于傳感器基底10在z方向60上偏轉。

圖2以俯視圖示出現有技術中的z傳感器。質量塊結構30具有一具有彈簧寬度105的扭簧100。該扭簧借助處于它下面的支撐15與基底10連接。該類型傳感器的靈敏度決定性地取決于扭簧100的剛度和搖擺臂結構內部的質量塊分布。在此，高的靈敏度通過“軟”的扭簧100和/或大的附加質量塊30實現。由于技術原因，運動的搖擺臂結構設置有(穿孔)一些孔120。對于后面的考察有幫助的是，假想該結構由一些單個的連接條110組合成。在背景技術部分中提及的制造過程中的變化不僅對扭簧100產生作用，而且對穿孔的搖擺臂結構產生作用。在此，每個連接條110原則上與扭簧100承受相同的波動，即，彈簧寬度105隨著連接條寬度115的減小而減小并且反之亦然。彈簧寬度105以三次冪代入傳感器靈敏度E(偏轉除以加速度)中，而與連接條寬度115相關的附加質量塊40線性地代入：

(公式1)

如果扭簧100和附加質量塊40的連接條110此時涉及到相同的絕對寬度波動Δb，那么對于過程波動所涉及的附加質量塊近似地適用

(公式2)

并且對于波動的彈簧寬度適用

(公式3)

由此對于經過制造過程之后的靈敏度產生：

(公式4)

對于：

(公式5)