[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>: 202111113108.8
• 申請(qǐng)日: 2021-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN114252652A
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C·納格爾;J·克拉森;L·特布耶;R·舍本;R·艾德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號(hào): G01P15/08
• 分類號(hào): G01P15/08
• 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)明涉及微機(jī)械結(jié)構(gòu)及微機(jī)械傳感器，該微機(jī)械結(jié)構(gòu)具有襯底和可相對(duì)于襯底運(yùn)動(dòng)的震動(dòng)質(zhì)量及探測(cè)裝置和主彈簧。震動(dòng)質(zhì)量借助主彈簧與襯底連接。第一方向和垂直于此的第二方向定義襯底主延伸平面。探測(cè)裝置設(shè)置為探測(cè)震動(dòng)質(zhì)量偏移并具有固定在震動(dòng)質(zhì)量上的第一電極和固定在襯底上的第二電極。第一和第二電極在第一和第二方向上具有二維延伸。微機(jī)械結(jié)構(gòu)還具有交錯(cuò)的止擋結(jié)構(gòu)，其具有第一、第二彈簧止擋和固定止擋。止擋結(jié)構(gòu)如此構(gòu)型，使得在震動(dòng)質(zhì)量的至少一部分在垂直于第一和第二方向的第三方向上運(yùn)動(dòng)超出運(yùn)行范圍時(shí)第一彈簧止擋首先機(jī)械接觸，在進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)時(shí)第二彈簧止擋隨后機(jī)械接觸，在進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)時(shí)固定止擋隨后機(jī)械接觸。

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)

用于測(cè)量加速度和轉(zhuǎn)速的微機(jī)械慣性傳感器針對(duì)車輛和消費(fèi)領(lǐng)域中的不同應(yīng)用以批量生產(chǎn)的方式進(jìn)行制造。對(duì)于具有垂直于晶片平面的探測(cè)方向(z方向)的電容式加速度傳感器，優(yōu)選地利用“平衡桿(Wippen)”。這些平衡桿的傳感器原理基于彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，在該彈簧質(zhì)量系統(tǒng)中，在最簡(jiǎn)單的情況下，可運(yùn)動(dòng)的震動(dòng)質(zhì)量(seismische Masse)與兩個(gè)固定在襯底上的對(duì)電極構(gòu)成兩個(gè)板狀電容器。該震動(dòng)質(zhì)量通過(guò)至少一個(gè)、出于對(duì)稱性原因通常更可能通過(guò)兩個(gè)扭簧與襯底連接。如果扭簧的兩側(cè)上的質(zhì)量結(jié)構(gòu)是不同大小的，則在z加速度起作用時(shí)，質(zhì)量結(jié)構(gòu)相對(duì)于作為旋轉(zhuǎn)軸的扭簧旋轉(zhuǎn)。因此，電極的間距在具有更大質(zhì)量的一側(cè)上變小，而在另一側(cè)上變大。電容變化是用于起作用的加速度的量度。

在頻繁重復(fù)的沖擊負(fù)載中可能的錯(cuò)誤情形是粘接，其中，只要止擋中的粘附力大于彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的復(fù)位力，可運(yùn)動(dòng)的傳感器質(zhì)量就保持附著在機(jī)械固定止擋上。為了降低粘附力，經(jīng)常使用所謂的的防粘連涂層(Anti-Stiction-Coating，ASC)，該涂層在傳感器暴露后布置在其表面上。但是，如果傳感器非常頻繁地在固定止擋上發(fā)生止擋，則這可能導(dǎo)致ASC的損傷，從而傳感器最終示出增加的粘接傾向。由于非常頻繁的機(jī)械止擋而造成的另一可能的錯(cuò)誤情形是顆粒形成，其由止擋的表面上的非常細(xì)微的磨損導(dǎo)致。這種顆粒可能在某些情況下積累，并且可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)自由受限、導(dǎo)致電短路或者甚至再次導(dǎo)致粘接。

過(guò)去已經(jīng)提出不同的彈動(dòng)止擋，所述彈動(dòng)止擋一方面對(duì)止擋上的碰撞進(jìn)行緩沖(即減少止擋表面的機(jī)械損傷)，另一方面在強(qiáng)烈過(guò)載時(shí)提供增加的復(fù)位力，因?yàn)槌藗鞲衅鞯墓δ軓椈傻膹?fù)位力之外，止擋彈簧也對(duì)復(fù)位力作出貢獻(xiàn)。作為彈動(dòng)止擋的現(xiàn)有技術(shù)，將提及若干文獻(xiàn)。DE 10 2008 043 753 A1公開一種具有彈動(dòng)止擋的傳感器，該彈動(dòng)止擋在與震動(dòng)質(zhì)量相同的功能平面中實(shí)現(xiàn)。EP 3 111 232 B1示出一種非常類似的布置，但是，在此，止擋不僅能夠在一個(gè)方向上起作用，而且能夠在兩側(cè)(即，不僅在底部電極的方向上，而且在傳感器罩的方向上)起作用(圖5)。DE 10 2012 207 939 A1要求保護(hù)一種彈動(dòng)止擋，其由在較厚功能層的下方或上方的薄的第二功能層構(gòu)成。在這種情況下，當(dāng)薄的功能層布置在厚的功能層下方時(shí)，該止擋能夠在底部電極的方向上進(jìn)行。相反，如果薄的層布置在厚的功能層上方，則止擋能夠在傳感器罩的方向上進(jìn)行。

在文獻(xiàn)DE 10 2016 214 962 A1、US 2019/0 120 872 A1和KR 2016 0 059 766A1中說(shuō)明這種彈簧止擋的其他示例。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)是，實(shí)現(xiàn)一種在過(guò)載強(qiáng)度方面具有進(jìn)一步改善的微機(jī)械結(jié)構(gòu)并且尤其是將粘接風(fēng)險(xiǎn)最小化。本發(fā)明的另一任務(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。

所述任務(wù)借助根據(jù)本發(fā)明的微機(jī)械結(jié)構(gòu)和微機(jī)械傳感器來(lái)解決。有利的擴(kuò)展方案在下文中進(jìn)行說(shuō)明。