專利名稱：微機械的z傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有靈敏度的微機械z傳感器，該傳感器具有一扭簧
和一地震動的附加質(zhì)量塊，其中，扭簧具有彈簧寬度，地震動的附加質(zhì)量 塊具有一些有連接條寬度的連接條。
背景技術(shù)：
對于具有垂直于晶片面的探測方向的電容式加速度傳感器，即所謂z
傳感器，經(jīng)常使用搖擺臂結(jié)構(gòu)。搖擺臂的傳感器原理基于彈簧質(zhì)量塊系統(tǒng)， 在該系統(tǒng)中，運動的地震動質(zhì)量塊分別與兩個固定在基底上的反電極構(gòu)成 板式電容器。該地震動質(zhì)量塊通過扭簧與底座相連接。如果質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)在 扭簧的兩側(cè)大小不同，則在作用一加速度時質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)相對于作為轉(zhuǎn)軸的 扭簧轉(zhuǎn)動。這種質(zhì)量差例如通過相對于扭簧不對稱安置的附加質(zhì)量塊引起。 由此，具有較大質(zhì)量的一側(cè)電極的間距變小而在另一側(cè)變大。由此產(chǎn)生的 電容變化是所作用的加速度的一個量度。該搖擺臂傳感器原理例如在歐洲
公開文獻EP 0 244 581 Al或者在歐洲公開文獻EP 0 773 443 Al中描述。
這種傳感器類型的中心元件是其扭簧。該扭簧決定性地確定傳感器的 機械靈敏性。由于制造過程中的變化而發(fā)生扭簧寬度波動，這些波動大大 影響靈敏度。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的搖擺臂結(jié)構(gòu)中沒有對這種靈敏度波動進行 補償。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務是，提供一種質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，對于該質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，制造期 間的過程波動的影響對傳感器靈敏度的作用不太強。
本發(fā)明涉及一種具有靈敏度的微機械的z傳感器，該傳感器具有一扭 簧和一地震動的附加質(zhì)量塊，其中，扭簧具有彈簧寬度，地震動的附加質(zhì) 量塊具有一些有連接條寬度的連接條。本發(fā)明的核心在于，所述連接條寬度選擇得小于彈簧寬度。
本發(fā)明的一個有利構(gòu)型規(guī)定，連接條寬度選擇得比彈簧寬度的一半小 并且比彈簧寬度的四分之一大，優(yōu)選選擇為彈簧寬度的三分之一。也有利 的是，該Z傳感器具有一質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，該質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)具有一些具有另外的 連接條寬度的另外的連接條并且所述連接條寬度與所述另外的連接條寬度 相互不同。有利的是，設(shè)置有一些具有各種不同寬度的連接條并且所述連 接條寬度是平均寬度。
本發(fā)明的核心在于與扭簧相關(guān)地適當選擇的、搖擺臂結(jié)構(gòu)在附加質(zhì)量 塊區(qū)域中的結(jié)構(gòu)型式。在此，該附加質(zhì)量塊具有由相互連接的梁元件組成 的、適配于扭簧寬度的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)導致傳感器靈敏度的分散范圍減小， 另外這對后置的分析計算電子裝置是有利的。
本發(fā)明原則上能夠用在任意的根據(jù)搖擺臂原理構(gòu)造的加速度傳感器 上。本發(fā)明可以簡單地轉(zhuǎn)換利用并且提供簡化必要的分析計算電子裝置或 者減小傳感器芯片的潛力。這能夠?qū)е聜鞲衅鞯某杀緝?yōu)勢或者更好的性能。


圖1以側(cè)視圖示出現(xiàn)有技術(shù)中的一種z傳感器，圖2以俯視圖示出該 現(xiàn)有技術(shù)中的z傳感器，圖3以俯視圖示出一根據(jù)本發(fā)明的z傳感器。
具體實施例方式
圖1以側(cè)視圖示出現(xiàn)有技術(shù)中的z傳感器。該圖只是示意性的。示出 一具有基底10的表面微機械的傳感器，該基底具有在(x; y)平面中的主 要表面。在基底10上方在支撐15上安置一質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)30。在質(zhì)量塊結(jié)構(gòu) 30的下方，在基底10上安置有電極20。質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)30關(guān)于支撐15不對 稱安置地具有一附加質(zhì)量塊40。在z傳感器以垂直于所述(x; y)平面的 加速度分量50加速運動的運行狀態(tài)中，具有附加質(zhì)量塊40的質(zhì)量塊結(jié)構(gòu) 30相對于傳感器基底10在z方向60上偏轉(zhuǎn)。
圖2以俯視圖示出現(xiàn)有技術(shù)中的z傳感器。質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)30具有一具有 彈簧寬度105的扭簧100。該扭簧借助處于它下面的支撐15與基底IO連接。 該類型傳感器的靈敏度決定性地取決于扭簧100的剛度和搖擺臂結(jié)構(gòu)內(nèi)部 的質(zhì)量塊分布。在此，高的靈敏度通過"軟"的扭簧IOO和域大的附加量塊30實現(xiàn)。由于技術(shù)原因，運動的搖擺臂結(jié)構(gòu)設(shè)置有(穿孔)一些孔120。 對于后面的考察有幫助的是，假想該結(jié)構(gòu)由一些單個的連接條110組合成。 在背景技術(shù)部分中提及的制造過程中的變化不僅對扭簧100產(chǎn)生作用，而 且對穿孔的搖擺臂結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用。在此，每個連接條110原則上與扭簧100 承受相同的波動，S卩，彈簧寬度105隨著連接條寬度115的減小而減小并 且反之亦然。彈簧寬度105以三次冪代入傳感器靈敏度E(偏轉(zhuǎn)除以加速度) 中，而與連接條寬度115相關(guān)的附加質(zhì)量塊40線性地代入
'附加質(zhì)量塊
(公式1)
'彈簧
如果扭簧100和附加質(zhì)量塊40的連接條110此時涉及到相同的絕對寬 度波動M，那么對于過程波動所涉及的附加質(zhì)量塊近似地適用
w附加質(zhì)量塊，過程00 6質(zhì)量塊連接條 并且對于波動的彈簧寬度適用
<formula>formula see original document page 5</formula>
(公式2)<formula>formula see original document page 5</formula>
(公式3)
'彈簧.
由此對于經(jīng)過制造過程之后的靈敏度產(chǎn)生
質(zhì)量塊連接條
<formula>formula see original document page 5</formula>
'質(zhì)量塊連接條乂
<formula>formula see original document page 5</formula>
(公式4)
對于:
<formula>formula see original document page 5</formula>
'質(zhì)量塊連接條<formula>formula see original document page 5</formula>
(公式5)
即當質(zhì)量塊連接條寬度115相當于彈簧寬度105的三分之一時，出現(xiàn) 對過程波動的補償。括弧中的表達式則約去并且靈敏度變得首要地與結(jié)構(gòu) 寬度的波動Ab無關(guān)。
因此，為了與參數(shù)Ab相關(guān)的靈敏度補償，必須按照公式5進行質(zhì)量塊 結(jié)構(gòu)與扭簧100的寬度105的適配。相應的結(jié)構(gòu)在圖3中示出。
圖3以俯視圖示出一個根據(jù)本發(fā)明的z傳感器。根據(jù)本發(fā)明，在附加 質(zhì)量塊40的區(qū)域中，對于連接條IIO，連接條寬度115是扭簧100的彈簧寬度105的三分之一。如果由于技術(shù)原因不可能使質(zhì)量塊連接條構(gòu)造得足 夠窄，則為連接條寬度選擇一個值，該值盡可能接近公式5。與不考慮公式 5相比，產(chǎn)生不完全的、但改進了的補償。
搖擺臂的其余質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)30可以具有任意的穿孔，也可以與附加質(zhì)量 塊40相同。
權(quán)利要求
1、具有靈敏度的微機械的z傳感器，該傳感器具有一扭簧(100)和一地震動的附加質(zhì)量塊(40)，其中，扭簧(100)具有彈簧寬度(105)，地震動的附加質(zhì)量塊(40)具有一些具有連接條寬度(115)的連接條(110)，其特征在于，所述連接條寬度(115)選擇得小于所述彈簧寬度(105)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的微機械的z傳感器，其特征在于，連接條寬度(115) 選擇得小于彈簧寬度(105)的一半并且大于彈簧寬度(105)的四分之一， 優(yōu)選選擇為彈簧寬度(105)的三分之一。
3、 根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的微機械的z傳感器，其特征在于，該z 傳感器具有一質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)(30)，該質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)(30)具有一些具有另外的 連接條寬度的另外的連接條，所述連接條寬度(115)與所述另外的連接條 寬度相互不同。
4、 根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的微機械的z傳感器，其特征在于，設(shè)置 有一些具有各種不同寬度的連接條(110)，所述連接條寬度(115)是平均 寬度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有靈敏度的微機械的z傳感器，該傳感器具有一扭簧(100)和一地震動的附加質(zhì)量塊(40)，其中，扭簧(100)具有彈簧寬度(105)，地震動的附加質(zhì)量塊(40)具有一些具有連接條寬度(115)的連接條(110)。本發(fā)明的核心在于，所述連接條寬度(115)選擇得小于所述彈簧寬度(105)。
文檔編號G01P15/125GK101558316SQ200780045820
公開日2009年10月14日 申請日期2007年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者J·克拉森, L·特布杰 申請人:羅伯特·博世有限公司