[發(fā)明專利]微機(jī)械結(jié)構(gòu)和微機(jī)械傳感器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111055659.3
• 申請(qǐng)日: 2021-09-09
• 公開（公告）號(hào): CN114229786A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·賴因穆特;K-U·里曹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號(hào): B81B3/00
• 分類號(hào): B81B3/00;B81B7/02;G01P15/00
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 郭毅

本發(fā)明涉及一種微機(jī)械結(jié)構(gòu)，其具有襯底和相對(duì)于襯底可運(yùn)動(dòng)的震動(dòng)質(zhì)量，其中，扭轉(zhuǎn)彈簧將震動(dòng)質(zhì)量與襯底連接。微機(jī)械結(jié)構(gòu)還具有探測(cè)機(jī)構(gòu)，其中，第一方向和基本上垂直于所述第一方向的第二方向定義襯底的主延伸平面，其中，探測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)置用于探測(cè)震動(dòng)質(zhì)量圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)偏移，其中，旋轉(zhuǎn)軸線布置在第二方向上。微機(jī)械結(jié)構(gòu)還具有止擋結(jié)構(gòu)，其中，止擋結(jié)構(gòu)如此布置，使得震動(dòng)質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)由止擋結(jié)構(gòu)限制，其中，止擋結(jié)構(gòu)設(shè)置用于，在部分彈性、部分非彈性的碰撞中吸收所述震動(dòng)質(zhì)量的動(dòng)能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微機(jī)械結(jié)構(gòu)和一種微機(jī)械傳感器。

背景技術(shù)

加速度傳感器通常由微機(jī)械結(jié)構(gòu)(也稱為MEMS結(jié)構(gòu)，即微電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu))構(gòu)成，所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)從厚的多晶硅功能層中蝕刻出。其布置在薄的埋藏式多晶硅層上方。其借助氧化層錨固在襯底上。在兩個(gè)多晶硅層之間也設(shè)置了氧化層。埋藏式多晶硅層用作導(dǎo)體線路或者電極。功能層通過(guò)溝槽工藝和氧化物犧牲層方法而被免除。埋藏層通過(guò)氧化物而與襯底電分離。導(dǎo)體線路和電極足夠?qū)?，不?huì)在氧化物-犧牲氧化物蝕刻步驟中完全被下蝕刻并且因而穩(wěn)定地錨固在襯底上。

如此制造的微機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠在另一個(gè)工藝序列中用罩密封，以便保護(hù)它們免受環(huán)境影響。此外，根據(jù)應(yīng)用，具有合適壓力的氣體被封入在封閉體積內(nèi)。該封閉通常通過(guò)密封玻璃鍵合方法或者通過(guò)共晶鍵合方法實(shí)現(xiàn)，例如借助AlGe。

為了在這種制造過(guò)程中制造Z加速度傳感器，在厚的功能層中制造具有震動(dòng)質(zhì)量的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過(guò)扭轉(zhuǎn)彈簧錨固在襯底上。不對(duì)稱地選擇震動(dòng)質(zhì)量的質(zhì)量分布。在震動(dòng)質(zhì)量下方布置有兩個(gè)電極面，以便能夠電容式地測(cè)量震動(dòng)質(zhì)量的偏移。

在過(guò)載的情況下，震動(dòng)質(zhì)量不應(yīng)沖擊(aufschlagen)其下方的電極面。在傳感器的運(yùn)行中，在電極面和震動(dòng)質(zhì)量之間存在分析處理電壓，由此在接觸的情況下震動(dòng)質(zhì)量會(huì)焊接在電極上。已知多種止擋構(gòu)思，以防止這種情況發(fā)生。所述構(gòu)思中的多個(gè)基于構(gòu)造在震動(dòng)質(zhì)量上或者震動(dòng)質(zhì)量中的止擋結(jié)構(gòu)，所述震動(dòng)質(zhì)量以合適的勢(shì)能撞擊到設(shè)置在襯底中的固定的配對(duì)結(jié)構(gòu)上。在過(guò)載的情況下，這些止擋結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生非常強(qiáng)的撞擊并且具有保持粘在配對(duì)面上的趨勢(shì)。已知，粘住的趨勢(shì)隨著過(guò)載的強(qiáng)度增加而增加。進(jìn)一步已知，在止擋結(jié)構(gòu)的頻繁的負(fù)載情況下，粘住的趨勢(shì)也增加。

為了避免在高過(guò)載的情況下粘住，已知在震動(dòng)質(zhì)量和止擋結(jié)構(gòu)之間設(shè)置彈動(dòng)元件的構(gòu)思。彈簧能夠在止擋的情況下吸收能量的一部分并且因而減小止擋結(jié)構(gòu)的負(fù)載。這種止擋結(jié)構(gòu)例如在文件DE102012207939 A1中公開。彈簧又將在沖擊時(shí)儲(chǔ)存能量幾乎完全地釋放到震動(dòng)質(zhì)量上，使得必要時(shí)能夠相繼地觀察到多次撞擊。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)是說(shuō)明一種改善的微機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中，震動(dòng)質(zhì)量(seismischeMasse)的在撞擊時(shí)起作用的動(dòng)能沒有完全被再次釋放到震動(dòng)質(zhì)量上，以便減少的數(shù)量。本發(fā)明的另一個(gè)任務(wù)是說(shuō)明一種具有這種微機(jī)械結(jié)構(gòu)的微機(jī)械傳感器。

這些任務(wù)借助以下所描述的微機(jī)械結(jié)構(gòu)和具有所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)的微機(jī)械傳感器來(lái)解決。并且以下說(shuō)明有利的擴(kuò)展方案。

微機(jī)械結(jié)構(gòu)具有襯底和相對(duì)于襯底可運(yùn)動(dòng)的震動(dòng)質(zhì)量，其中，扭轉(zhuǎn)彈簧將震動(dòng)質(zhì)量與襯底連接。微機(jī)械結(jié)構(gòu)還具有探測(cè)機(jī)構(gòu)。第一方向和基本上垂直于第一方向的第二方向定義襯底的主延伸平面，其中，探測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)置用于探測(cè)震動(dòng)質(zhì)量圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)偏移(rotatorischen Auslenkung)，其中，旋轉(zhuǎn)軸線布置在第二方向上。微機(jī)械結(jié)構(gòu)還具有止擋結(jié)構(gòu)，其中，止擋結(jié)構(gòu)如此布置，使得震動(dòng)質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)由止擋結(jié)構(gòu)限制。止擋結(jié)構(gòu)設(shè)置用于，在部分彈性、部分非彈性的碰撞中吸收所述震動(dòng)質(zhì)量的動(dòng)能。

通過(guò)止擋結(jié)構(gòu)在部分非彈性的碰撞中吸收震動(dòng)質(zhì)量的動(dòng)能，能夠?qū)崿F(xiàn)，在撞擊的時(shí)刻存在的動(dòng)能的一部分消散。由此，借助彈性的碰撞再次釋放到震動(dòng)質(zhì)量上的能量小于震動(dòng)質(zhì)量在沖撞(Aufprall)時(shí)的動(dòng)能，使得必要時(shí)防止震動(dòng)質(zhì)量在襯底上的另外的撞擊或者至少能夠降低其強(qiáng)度。