[發明專利]具有非傳導感測質量體的微機電傳感器和通過微機電傳感器感測的方法

有效

• 申請號: 201210385131.7
• 申請日: 2012-10-08
• 公開（公告）號: CN103206970B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: A·A·梅拉西;B·德瑪西;A·科里吉利亞諾
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司;米蘭綜合工科大學
• 主分類號: G01D5/241
• 分類號: G01D5/241
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華,張寧

技術領域

本發明涉及一種具有非傳導感測質量體的微機電傳感器和通過微機電傳感器感測的方法。

背景技術

本領域已知利用可移動質量體相對于支撐結構的相對移位的各種類型的微機電傳感器。這一類型的傳感器在許多裝置中在不斷增加的程度上擴展并且可以例如包括加速度計、陀螺儀和聲電換能器(麥克風/揚聲器)。

可移動質量體的移位由待測量的量的變化來確定。例如在加速度計的情況下，向支撐結構施加的力修改它的運動狀態并且引起可移動質量體的相對移位。在陀螺儀中，保持于受控振動中的可移動質量體由于支撐結構的旋轉所致的科里奧利加速度而移位。

在聲電換能器中，可移動質量體為隔膜的形式，該隔膜響應于入射聲波而經歷變形。

因而根據可移動質量體的移位量而有可能推導已經引起移位的量的值。

在許多傳感器中，可移動質量體電容耦合到支撐結構，并且電容耦合與可移動質量體本身的位置成比例可變。根據可以在電端子容易獲得的關于電容耦合的信息推導待測量的量。

根據廣泛采用的解決方案，支撐結構和可移動質量體具有相應相互相向傳導電極以便形成電容器。電容器的電容由在支撐結構的電極與可移動質量體的電極之間的距離確定、因此依賴于后者的位置。空氣一般存在于電極之間。

盡管應用范圍廣泛，然而有限制這一類型的電容傳感器的性能并且有時限制其使用可能性的一些方面。

經常沖突的最關鍵方面一般是傳感器的靈敏度和線性度。靈敏度(定義為電容相對于在感測方向上的位置而言的導數)基本上依賴于傳感器的幾何形狀(電極的表面和靜止距離)并且依賴于懸置元件(這些元件將可移動質量體連接到支撐結構以實現相對于預定自由程度的彈性振蕩)的硬度或者在聲電換能器的情況下另外依賴于隔膜的硬度。具體而言，更硬彈性件或者隔膜實現最適度比例的移位、因而實現少量電容變化。然而在另一方面，如果線性度受益于相對于靜止位置的少量移位，則靈敏度受限制并且整造成更低準確度和抗噪度。更少硬度的彈性連接和隔膜有利于靈敏度、但是減少線性度。此外，在可移動部分與固定部分之間的碰撞風險(該風險可能甚至引起對設備的不可逆損壞)增加。

又一限制源于需要為固定電極并且為可移動電極提供電連接。微機電傳感器的架構經常復雜，并且提供許多電連接可以證實有問題。

已經提出使用傳感器(這些傳感器利用在基板的表面上提供并且偏置的電容器)和由聚合物材料(例如聚對二甲苯)制成并且在與襯底相距可變距離設置的可移動質量體。可移動質量體根據相對于基板的表面而言的位置不同地修改在電容器的邊緣的場線、因而修改它們的電容。

然而這一解決方案帶來限制，因為聚合物并且具體為聚對二甲苯遠不適合于如代之以在許多情況下將必需的那樣創建復雜微結構。靈活性因而欠佳，并且使用可能性相當有限。

發明內容

本發明的目的是提供一種將實現減輕上文描述的限制的微機電傳感器和感測方法。

根據本發明，提供一種微機電傳感器和感測方法。

附圖說明

為了更好地理解本發明，現在將完全通過非限制例子并且參照以下附圖描述其一些實施例：

-圖1是根據本發明第一實施例的微機電傳感器的簡化俯視平面圖；

-圖2是圖1的微機電傳感器的細節的放大透視圖；

-圖3是圖1的微機電傳感器的部分的簡化框圖；

-圖4是根據本發明第二實施例的微機電傳感器的橫截面；

-圖5是根據本發明第三實施例的微機電傳感器的簡化俯視平面圖；

-圖6是經過根據本發明第四實施例的微機電傳感器的橫截面圖；并且

-圖7是根據本發明一個實施例的包含微機電傳感器的電子系統的簡化框圖。

具體實施方式

圖1和圖2以簡化方式示出了這里由標號1標示的微機電傳感器，具體為單軸加速度計。

微機電傳感器1包括由半導體材料(例如硅)制成的支撐結構2和容納于支撐結構2的空腔4中的感測質量體3，并且感測質量體3根據在描述的實施例中為平移類型的自由度相對于支撐結構2本身可移動的感測質量體3。在實踐中，感測質量體3通過彈性連接元件5約束到支撐結構，彈性連接元件5被配置成實現感測質量體3相對于靜止位置沿著感測軸X的相對移動。在圖1和圖2的實施例中，感測軸X另外與在其中容納感測質量體3的空腔4的底表面4a平行。感測質量體3因此在與它相向的表面4a平行的方向上可移動。