[發明專利]制造電容式加速度傳感器的方法和電容式加速度傳感器

有效

• 申請號: 201310532722.7
• 申請日: 2006-06-13
• 公開（公告）號: CN103823082B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: H.凱斯馬
• 申請（專利權）人: 穆拉塔電子有限公司
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125;G01P15/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 周心志,楊國治

本申請是2006年6月13日提交的申請號為200680021814.7、發明名稱為“制造電容式加速度傳感器的方法和電容式加速度傳感器”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及用于測量加速度的測量裝置，更具體而言涉及電容式加速度傳感器(capacitive acceleration sensor)。本發明的目的是提供一種改進的制造電容式加速度傳感器的方法，并且提供一種電容式加速度傳感器，其適合于在小型電容式加速度傳感器方案中使用，并且特別適合于在測量關于若干條軸線的加速度的小型且極薄的電容式加速度傳感器方案中使用。

背景技術

基于電容式加速度傳感器的測量已經被證明是一種基于簡單且可靠原理的加速度測量方法。電容測量基于傳感器的一對電極的兩個表面之間的間隙變化。這兩個表面之間的電容，即用于存儲電荷的電容量，取決于表面積和它們之間的距離。電容測量甚至可在相當低的加速度值的測量范圍內使用。

小型電容式加速度傳感器結構通常基于硅上制造的微觀機械結構(micromechanical structure)。微觀機械結構通常是通過蝕刻晶片材料而形成的具有厚度超過100μm的結構。微觀機械電容式加速度傳感器的一個優點是與結構面積相關的大的質量塊，其可使優越性能的電容式加速度傳感器易于制造。

現有技術用于制造專業和消費類電子產品的連接和密封方法以及消費類電子產品的小型化已經導致了與微觀機械元件，例如電容式加速度傳感器的尺寸，具體地說是與傳感器元件的高度相關的迫切需求。

目前，一些關于若干條軸線的現有技術的電容式加速度傳感器測量方案是己知的。在例如德國專利出版物DE 10225714和美國專利No.6,829,937中，描述了這種方案。這些出版物中所述的加速度測量原理都基于非對稱的通過扭簧的質量塊支撐，從而垂直于彈簧軸線，穿過質量塊重心形成與電容偏板基本45°的角度。

以下將參照附圖來描述現有技術，其中：

圖1以截面投影圖顯示了根據現有技術的電容式加速度傳感器方案，

圖2顯示了根據現有技術用于測量關于三條軸線的加速度的電容式加速度傳感器元件的定位方案，

圖3以截面投影圖顯示了根據現有技術的第二電容式加速度傳感器方案，和

圖4顯示了在根據現有技術的第二電容式加速度傳感器方案中，變形對測量電極和質量塊之間的距離的影響。

圖1以截面投影圖顯示了根據現有技術的電容式加速度傳感器方案。根據現有技術，在電容式加速度傳感器方案中，支撐移動電極的質量塊1的扭簧4偏心地定位在縱向方向上，在厚度方向上定位在質量塊1的一個邊緣上。測量電極2,3相對于彈簧軸線對稱地定位在該質量塊下面。在投影圖中，與測量電極2,3重合的質量塊1的區域5,6由虛線表示。

圖2顯示了根據現有技術用于測量關于三條軸線的加速度的電容式加速度傳感器元件的定位方案。在根據現有技術的定位方案中，加速度傳感器元件7,8,9定位成用于測量關于三條軸線的加速度。通過所示定位方案，可實現若干條軸線的加速度的傳感器，其測量方向涵蓋整個空間。

根據現有技術，圖1和2中所示的電容式加速度傳感器方案的一個優點是電極在相同平面中的定位，以及對結構變形的抗性。當傳感器進行機械連接和電連接時，以及當其獲得保護免于環境的化學影響時，結構變形幾乎是不可避免的。這些變形是由材料的熱膨脹差異而造成的。根據現有技術的上述電容式加速度傳感器方案極好地承受了結構變形，而沒有由于零漂而產生測量不準確。

根據現有技術，圖1和2中所示的電容式加速度傳感器方案的優點還在于，通過改變垂直于穿過重心的彈簧線的角度可以輕易地實現對加速度傳感器方案的垂直和水平靈敏度的調節。如果角度大于45°，獲得小于水平靈敏度的垂直靈敏度，這在許多實際應用中是很有用的。

根據現有技術，圖1和2中所示的電容式加速度傳感器方案的缺點是空間的低效使用，因為質量塊表面的一些部分仍沒有被電極覆蓋到。

圖3以截面投影圖顯示了根據現有技術的第二電容式加速度傳感器方案。在根據現有技術的第二電容式加速度傳感器方案中，支撐移動電極的質量塊10的扭簧13被定位在質量塊10的角落中。測量電極11,12定位在位于質量塊10兩側的兩個不同的平面上。在投影圖中，與測量電極11,12重合的質量塊10的區域14由虛線表示。