[發明專利]高準確度且對溫度和老化具有低靈敏度的MEMS加速度傳感器

有效

• 申請號: 202011048545.1
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN112213520B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: A·托齊奧;F·里奇尼;C·瓦爾扎希納;G·蘭格弗爾德
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 董莘

公開了高準確度且對溫度和老化具有低靈敏度的MEMS加速度傳感器。一種加速度傳感器，具有：懸置區域(21)，該懸置區域相對于支撐結構(24)可移動；以及感測組件(37)，該感測組件耦合至該懸置區域并且被配置成用于檢測該懸置區域相對于該支撐結構的移動。該懸置區域(21)具有在與各自的質心相關聯的彼此不同的至少兩個構型之間可變的幾何形狀。該懸置區域(21)由可旋轉地錨定至該支撐結構(24)的第一區域(22)以及通過彈性連接元件(25)耦合至該第一區域(22)的第二區域(23)形成，該彈性連接元件被配置成用于允許該第二區域(23)相對于該第一區域(22)相對移動。驅動組件(40)耦合至該第二區域(23)，以便控制該第二區域相對于該第一區域的相對移動。

本申請是申請日為2017年03月27日、申請號為201710190187.X、發明名稱為“高準確度且對溫度和老化具有低靈敏度的MEMS加速度傳感器”的中國發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種MEMS技術中具有高準確度并且對溫度和老化具有低靈敏度的加速度傳感器。

背景技術

如已知的，加速度傳感器或加速度計是將加速度轉換成電信號的慣性傳感器。MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微機電系統)技術中的加速度傳感器基本上由移動結構和檢測系統形成，耦合至移動結構并生成供應至處理接口的相應電信號(例如，電容變化)。

圖1是例如用于檢測平面內加速度的已知MEMS加速度傳感器的結構的示意圖。在此，整體上由1來標示的傳感器是單軸傳感器并且具有檢測由箭頭a_外部指示的加速度的功能，該箭頭平行于笛卡爾軸(在此，笛卡爾坐標系XYZ的軸X)。

傳感器1包括懸置區域2，該懸置區域通常由單晶硅或多晶硅組成，經由錨定件13和彈性懸置元件(也被稱為“彈簧14”)偏心地錨定至固定區域3(僅包圍圖1中可見的懸置質量塊2的部分)。在所展示的示例中，懸置區域2在頂視平面圖(在平面XY中)中具有矩形形狀，其側面平行于軸X和Y，并且厚度在方向Z上，垂直于繪圖平面，小于其在方向X和Y上的尺寸。

錨定件13基本上由柱形成，在繪圖平面的垂直方向(平行于軸Z)上從襯底(不可見)開始延伸，該襯底形成固定區域3的一部分并且在懸置區域下方延伸。錨定件13限定了懸置區域2的旋轉軸O。在此，旋轉軸O相對于懸置質量塊2的質量中心(質心)B是偏心的。確切地，旋轉軸O相對于質心B沿軸Y偏移臂b。錨定件13在懸置區域2中的開口6中延伸。與懸置區域2共平面的彈簧14在錨定件13與開口6的兩個相對點(沿軸Y)之間延伸穿過開口6(在此，平行于軸Y)。以本身已知的方式，彈簧14被成形成以便允許懸置區域2僅繞旋轉軸O旋轉。

移動電極7由懸置區域2形成或者相對應該懸置區域被固定并且面向固定電極8，進而固定至固定區域3或者由該固定區域形成。移動電極7和固定電極8的數量、位置和形狀可能變化。在所展示的示例中，四個固定電極8被安排在懸置區域2的側面上(平行于軸X)，并且面向對應四個移動電極7，以便形成四個電極對10a、10b、10c和10d。此外，在此，兩兩地將電極對10a-10d安排在由穿過旋轉軸O的跡線R的由平行于平面XZ的平面限定的兩個半平面中。所有固定電極8到旋轉軸O的距離相等。

如下文中詳細討論的，每個電極對10a-10d限定了電容元件，其電容C取決于面向彼此的對應固定電極8與移動電極7之間的距離，并且因此取決于懸置區域2的位置。

由于旋轉軸O相對于質心B的偏心率，在存在沿軸X指向或具有沿該軸指向的分量的外部加速度a_外部的情況下，如在圖中通過箭頭D所指示的，移動質量塊2繞旋轉軸O轉動，引起移動電極7相對移動遠離沿直徑相對安排的兩個電極對(在圖中，對10b、10d)的相應固定電極8，以及移動電極7相應地靠近另外兩個對(在此，對10a、10c)的相應固定電極8。隨后，電極對10b、10d經歷電容減小，并且電極對10a、10c經歷相應的電容增加。