專利名稱：具有補償電極的電容加速度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加速度計，更具體地說，其具有安置在主體(mass)的兩端的補償電極以便移動主體，從而均衡主體兩端的初始電容。
背景技術(shù)：
加速度計被稱為微型機電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)備。MEMS設(shè)備表示受電控制和測量的微刻度機械設(shè)備，其中MEMS是用于通過半導(dǎo)體工藝，制造機械和電子設(shè)備的技術(shù)。
當(dāng)前正在開發(fā)能測量加速度的各種加速度計，以及用在車輛氣囊系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)(ABS)和一般振動計中。加速度計主要通過半導(dǎo)體工藝制作，以及劃分成壓電、壓阻和電容加速度度。壓電加速度計由于其難以在沒有靜電特性的情況下，配制良好屬性的薄膜，因此在商業(yè)正在退步。另外，壓阻加速度計根據(jù)溫度變化，顯示出難以補償?shù)母鞣N特性變化。因此，當(dāng)前技術(shù)趨勢傾向于電容加速度計。
電容加速度計具有非常良好的特性電容加速度計顯示根據(jù)溫度變化的很小程度的特性變化，允許高完整性的場效應(yīng)晶體管構(gòu)成信號處理電路而沒有另外的處理，以及能以低成本制作。
圖1是示例說明典型的加速度計的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，傳統(tǒng)的電容加速度計1包括作為可移動結(jié)構(gòu)的浮動主體(floating mass)10、充當(dāng)機械剛度(mechanical stiffness)的彈簧的懸梁(suspension beam)，用于彈性支撐主體10的兩端、從主體10延伸到圖中所見的兩側(cè)對稱結(jié)構(gòu)中的多個可移動電極指(electrode finger)12和14、固定到兩個電極固定部件030a和30b上以及與可移動電極12和14分開預(yù)定間隙的多個固定電極指32和34以及用于將懸梁22和24固定到絕緣板的底部的梁固定部20a和20b?？梢苿与姌O指12和143用來維持離固定電極指32和34的固定間隙，除非從外部施加任何加速度以便保持電容的預(yù)定值。
標(biāo)記19表示用于通過其引入蝕刻液的蝕刻孔。
在將外力施加到加速度計1上后，在力的方向或y軸方向(即圖中所見的垂直方向)中移動主體10，在y方向中推動固定到其上的可移動電極指12和14。這從而增加和減小從可移動電極指12和14到固定電極指32和34的間隙g1和g2，表示主體10的位移。
這改變可移動電極指12和14與固定電極指32和34間的電容。根據(jù)施加到固定電極指32和34上的讀出電壓，以進(jìn)入可移動電極指12和14的電流的形式，感應(yīng)電容的變化，以及將該電流轉(zhuǎn)換成電壓，然后用連接到可移動電極指12和14的放大器(未示出)放大以便能測量外部加速度。
在加速度1中，可移動電極指12和14以梳狀的形式與固定電極指32和34交替以便根據(jù)加速度，進(jìn)一步增加電容的變化。根據(jù)方向中的加速度(例如，該圖中的向上方向)，可移動電極指12在該圖的左邊中變得更接近固定電極指32以便相對于初始電容C01增加電容C1，如等式1中所示，以及可移動電極指14在該圖的右邊中移離固定電極指34以便相對于初始電容C02，減小電容C2，如等式2所示C1＝C01+ΔC0... 等式1，以及C2＝C02-ΔC0... 等式2因此，為獲得兩倍電容變化的差值ΔCT，根據(jù)下述等式3提供微分電路Δ CT＝C1-C2＝2ΔC0... 等式3
通過該微分電路使加速度計的電容變化加倍以便獲得更大的正輸出信號。基于此，通過C-V轉(zhuǎn)換器，能將電容轉(zhuǎn)換成電壓，以及如果需要的話，將其放大以便獲得放大信號。
同時，如圖2所示，可移動電極12和14和固定電極32和34間的初始電容C01和C02能如下述等式4所示C01或C02＝{(ε×h×L/d1)-(ε×h×L/d2)}×N .... 等式4其中，ε是介電常數(shù)，h是電極指的高度，L是電極指的相交部分的長度，d1和d2是相鄰電極指間的距離，以及N是電極指的數(shù)量。
如從等式4可以看出，初始電容C01和C02與高度h、長度L與電極數(shù)N成比例，以及與指間距離d1和d2成反比。
如果在制作加速度計1期間，在可移動電極指12和固定電極指32間以及可移動電極指14和固定電極指34間的距離d1和d2間產(chǎn)生誤差，左右初始電容C01和C02變得互不相同。
如果初始電容C01和C02變得互不相同，在停止具有可移動電極12和14的主體10的情況下，產(chǎn)生參考電壓VST和輸出電壓VOUT的偏移，因為根據(jù)下述等式5獲得加速度計電路的輸出電壓。
VOUT＝VST+{VST×(C01-C02)/CF}×G.... 等式5其中，VOUT是輸出電壓，VST是參考電壓，C01和C02是左右初始電容，CF是在放大器中提供的反饋電容器的電容以便影響放大率和充當(dāng)過濾器，以及G表示連接到電路輸出端的放大器的增益。
如果由于制作加速度計1的工藝誤差，左邊中可移動電極指12和固定電極指32間的初始電容C01不同于右邊中可移動電極指14和固定電極指34間的初始電容C02，有必要執(zhí)行補償以便均衡電容，從而使初始電容C01-C02間的差值變?yōu)榱恪?br> 然而，用于均衡初始電容C01和C02的傳統(tǒng)補償方法在加速度計的電路中安排非常小的電容器電容，以及通過導(dǎo)通/斷開微調(diào)電容器以便執(zhí)行補償。因此，這一方法使得另外排列的元件諸如電路中的電容器的陣列結(jié)構(gòu)以及用于均衡初始電容C01和C02的調(diào)整操作變得復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
因此，做出了本發(fā)明來解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題。
本發(fā)明的是提供能使主體兩端的可移動和固定電極間測量的初始電容簡單地補償為相等值以便獲得正確的輸出電壓的電容加速度計。
根據(jù)用于實現(xiàn)該目的的本發(fā)明的一個方面，提供一種能補償初始電容的加速度計，包括水平可移動浮動主體；從梁固定部延伸以便彈性支撐主體的兩端的支撐梁；從主體的兩端向外延伸預(yù)定長度的可移動電極；從電極固定部延伸預(yù)定長度，以及按預(yù)定間隙與可移動電極交替的固定電極；以及補償電極部，用于在主體的移動方向中移動主體，以便均衡在一端的可移動和固定電極間的初始電容以及在另一端的可移動和固定電極間的初始電容。
最好，支撐梁是彈性體，用于將主體與安置在主體的本體的中央部分中形成的開口中的梁固定部連接。
最好，支撐梁是彈性體，用于將主體與在主體的兩端相鄰放置的梁固定部連接。
最好，補償電極部包括從主體的兩端向外延伸預(yù)定長度的至少一個可移動補償電極；以預(yù)定間隙與可移動補償電極平行放置的至少一個固定補償電極，以便在施加電力時，生成用于吸引可移動補償電極靜電力；以及在主體的兩端附近固定的補償電極固定部，對向主體延伸預(yù)定長度的固定補償電極供電。
最好，可移動和固定補償電極是在主體的移動方向中延伸預(yù)定長度的梳狀電極構(gòu)件。
最好，可移動和固定補償電極是按均勻間隙相互交替的梳狀補償電極構(gòu)件。
最好，補償電極部包括控制單元，用于控制主體的運動，以及其中，控制單元包括比較部，用于將一側(cè)的可移動和固定電極間的初始電容與另一側(cè)的可移動和固定電極間的初始電容進(jìn)行比較以及電壓施加部，用于有選擇地將電壓施加到一對補償電極固定部直到比較值變?yōu)榱銥橹埂?br> 最好，在主體的兩端附近分別提供補償電極部。
最好，可移動和固定補償電極的一個具有至少一個突起，突起在其變形中與相對電極的本體接觸。
最好，突起以棱柱的形式延伸以便執(zhí)行與相應(yīng)的可移動或固定補償電極的點接觸。
以及，最好，突起以半圓柱的形式延伸以便執(zhí)行與相應(yīng)的可移動或固定補償電極的線接觸。


從下述結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將更容易理解本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點，其中圖1是示例說明典型的加速度計的結(jié)構(gòu)圖；圖2是示例說明在一般的加速度計中，可移動電極指和固定電極指間的間隙的放大透視圖；圖3是示例說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，具有補償電極的電容加速度計的結(jié)構(gòu)圖；圖4是沿圖3中的線A-A′所獲得的加速度計的透視圖；圖5是示例說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，具有補償電極的電容加速度計的結(jié)構(gòu)圖；圖6A和6B是示例說明在根據(jù)本發(fā)明的具有補償電極的電容加速度計中的突起的透視圖。
具體實施例方式
在下文中，將參考附圖，詳細(xì)地描述本發(fā)明。
圖3是示例說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，具有補償電極的電容加速度計的結(jié)構(gòu)圖，以及圖4是沿圖3中的線A-A′所獲得的加速度計的透視圖。
如圖3和4所示，本發(fā)明的加速度計100被設(shè)計成將如果由于設(shè)計誤差而不同的兩端的初始電容補償為相同值以便更精確地測量主體移動中的外部加速度，以及包括主體110、可移動電極指112和114、支撐梁(support beam)122和124、固定電極指132和134以及補償電極部140a和140b。
主體110具有由基礎(chǔ)犧牲層(underlying sacrificial layer)懸吊的水平可移動結(jié)構(gòu)，以及在主體110的兩端安置支撐梁122和124以便在該圖中，以y軸方向中可移動的方式彈性地支撐主體110。支撐梁122和124是彈性體，諸如所設(shè)計的機械彈性組件的片簧，以及從在適當(dāng)?shù)奈恢霉潭ǖ降撞康牧汗潭ú?20延伸到主體110。
主體110具有在其中央部分貫穿的開口111，如圖3所示，以及支撐梁122和124可以是彈性體，用于將開口111中的梁固定部120與主體110連接。
另外，可以在另外的加速度計100a中提供支撐梁122和124，如圖5所示，其包括與主體110相鄰的梁固定部120a和120b，彈性體的支撐梁122和124從梁固定部120a和120b到主體110以便連接兩者，以及補償電極部140a和140b安置在主體110的兩端。
與主體110一起移動的可移動電極指112和114是多個梳狀電極構(gòu)件，其相對于主體110的位移垂直的方向(例如，該圖中的y軸方向)中，從主體110的兩側(cè)向外延伸到預(yù)定長度。
與可移動電極指112和114交替的固定電極指132和134是從固定在主體110的兩側(cè)的電極固定部130a和130b向主體110延伸預(yù)定長度的多個梳狀電極構(gòu)件，以及與可移動電極指112和114具有預(yù)定間隙。
沿主體的移動方向，使可移動電極指112和114與固定電極指132和134彼此交替，以及如此構(gòu)造以便在外力下，主體110的向上運動使可移動電極112和114的一個與固定電極指132和134的相鄰一個間的間隙d1變窄以便增加電容同時加寬固定電極指132或134與可移動電極指112和114的另一個間的間隙d2以便減小電容。位于該圖中的左邊中的可移動和固定電極指112和132間的電容變化顯示出與位于該圖中的右邊中的可移動和固定電極指114和134間的電容變化相反的狀況。
補償電極部140a和140b用來在y軸方向中移動主體110以便左邊可移動和固定電極112和132間的初始電容C01變得與右邊可移動和固定電極114和134間的電容C02相同。
與主體110的上下端相鄰地分開提供補償電極部140a和140b以便在該圖中，可能使由支撐梁122和124支撐的主體110向上或向下移動。
在主體110的兩端提供補償電極部140a和140b以便生成當(dāng)施加電力時，能使主體110向上或向下移動的外力。補償電極部140a和140b的每一個包括從主體110的末端向外延伸預(yù)定長度的至少一個可移動補償電極141、向主體110延伸預(yù)定長度以及以預(yù)定間隙與可移動補償電極141并行排列以便生成當(dāng)供電時，用于吸引可移動固定電極141的靜電力的至少一個固定補償電極142以及與主體110的末端相鄰固定以便將電力施加到固定補償電極142上的補償電極固定部143。
可移動和固定補償電極141和142是在主體110的移動方向中延伸預(yù)定長度、以均勻間隙交替的形式的梳狀電極構(gòu)件。
補償電極部140a和140b包括控制單元150，用于在補償在左右邊測量的初始電容C01和C02時，將偏壓控制為施加到用于移動主體110的補償電極固定部143的電力。
控制單元150包括測量部151a和151b，用于測量在y軸方向中可移動的主體110的左邊中，在可移動電極指112和固定電極指132間生成的初始電容C01以及在從主體110的右邊中，可移動電極指114和固定電極指134間生成的初始電容C02、比較部152，用于將從測量部151a和151b接收的測量初始電容C01和C02比較以便獲得比較值，以及電壓施加部153a和153b，用于有選擇地將電壓施加到上下補償電極部140a和140b的補償電極固定部143以便在y軸方向中移動主體110直到在補償部150中獲得的比較值為0為止。
與主體110的兩個末端相鄰分開排列補償電極部140a和140b以便從電壓施加部153a和153b接收所需電力電平，從而在軸方向中向前或向后移動主體110。如果初始電容C01和C02間的比較值變?yōu)榱?，通過電壓施加部153a和153b提供均勻調(diào)整的電力，而沒有另外的電壓變化。
圖6A和6B是示例說明在具有根據(jù)本發(fā)明的補償電極的電容加速度計中的突起的透視圖。
如圖6A和6B所示，突起144從在可移動主體110中形成的可移動補償電極141或固定補償電極142向外延伸以便在外部環(huán)境下，在電極體變形中局部與相對的固定或可移動補償電極接觸。
最好，突起144以棱柱的形式延伸以便執(zhí)行與相應(yīng)的可移動或固定補償電極141或152的點接觸。另外，突起144可以以半圓柱的形式延伸以便執(zhí)行與相應(yīng)的可移動或固定補償電極141或142的點接觸。
當(dāng)使可移動和固定補償電極141和142的任何一個變形，使其間的間隙變窄時，可移動和固定補償電極141和142的一個上的突起144執(zhí)行與補償電極141和142的相對的一個的外表面的點或線接觸以便通過表面接觸防止電極141和142間的黏接，從而不防礙y軸方向中主體110的位移。
主體110的移動不限于如圖3至5所示的y軸方向，而是根據(jù)安裝在板上的加速度計的位置，可以在x和y軸方向中移動主體110。與主體110有關(guān)的可移動和固定電極112、114、132和134可以安置在主體110之上或之下，以及可以將補償電極部140a和140b分別安置成與主體110的兩端相鄰以便在x和/或y軸方向中移動主體110。
如果將外部力施加到加速度計110上，在y軸方向中，即，在該圖中，由于慣性力，在相對于電極固定部130a和130b垂直向上或向下移動可移動結(jié)構(gòu)的主體110。
因此，使主體110的左邊中的可移動電極指112與左電極固定部130a中的固定電極指132間的間隙變窄以便如上述等式1，使電容C1增加，但使主體110的右邊中的可移動電極指114和右電極固定部130b中的固定電極指134間的間隙加寬以便如上述等式2，使電容C2減小。
如上述等式3所述，通過微分電路，使由加速度計產(chǎn)生的電容變化處理成電容變化兩倍的微分值ΔCT，反過來，通過C-V轉(zhuǎn)換器，將其變換成電壓以便測量外部加速度。
為通過微分電路獲得最大微分值ΔCT，應(yīng)當(dāng)使在左右邊測量的初始電容C01和C02相等。在制作加速度計100期間產(chǎn)生的誤差導(dǎo)致可移動電極指112和114以及固定電極指132和134具有不均勻的厚度及由此導(dǎo)致的不規(guī)則間隙以致在左測量部151a中測量的初始電容C01變得與在右測量部151b中測量的初始電容C02不同。
比較部152將從測量部151a和151b接收的所測量的初始電容C01和C02進(jìn)行比較以便獲得比較值。如果比較值為正(+)或左初始電容C01大于右初始電容C02，比較部152使左邊中的可移動電極指112和固定電極指132間的間隙加寬以便減小初始電容C01同時使右邊中的可移動電極指114和固定電極指134間的間隙變窄以便相對地增加初始電容C02，從而使比較值變?yōu)榱恪?br> 當(dāng)通過電壓施加部153b施加偏壓時，該電壓施加部153b電連接到分別在主體110上和下提供的補償電極部140a和140b的下面一個的補償電極固定部143，在補償電極固定部143的固定補償電極142和主體110的可移動補償電極141間產(chǎn)生靜電力以便使主體110向下，從而均衡地補償左和右初始電容。
如果左和右初始電容C01和C02的比較值變?yōu)榱?，比較部152經(jīng)電壓施加部153a和153b停止將偏壓施加到補償電極固定部143以便均勻地供給所調(diào)整的電壓。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明，分別在主體的兩端提供能在施加電壓時，使主體在其移動方向中移動的補償電極部，以便能將由于在制作加速度計期間產(chǎn)生的工藝誤差導(dǎo)致的主體的上下或左右中測量的不同初始電容補償為相等值。因此，與要求用于將電容增加到板中的電路上以便執(zhí)行補償或復(fù)雜的補償過程的電容器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能簡化加速度計的整體結(jié)構(gòu)以及更簡單的執(zhí)行補償。
盡管根據(jù)優(yōu)選實施例，示出和描述本發(fā)明，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說在不背離由附加權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能做出各種改進(jìn)和變化是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種能補償初始電容的加速度計，包括水平可移動浮動主體；從梁固定部延伸以便彈性支撐所述主體的兩端的支撐梁；從所述主體的兩端向外延伸預(yù)定長度的可移動電極；從所述電極固定部延伸預(yù)定長度，以及按預(yù)定間隙與所述可移動電極交替的固定電極；以及補償電極部，用于在所述主體的移動方向中移動所述主體，以便均衡在一端的所述可移動和固定電極間的初始電容以及在另一端的所述可移動和固定電極間的初始電容。
2.如權(quán)利要求1所述的能補償初始電容的加速度計，其中，所述支撐梁是彈性體，用于將主體與安置在所述主體的本體的中央部分中形成的開口中的所述梁固定部連接。
3.如權(quán)利要求1所述的能補償初始電容的加速度計，其中，所述支撐梁是彈性體，用于將所述主體與在所述主體的兩端相鄰放置的所述梁固定部連接。
4.如權(quán)利要求1所述的能補償初始電容的加速度計，其中，所述補償電極部包括從所述主體的兩端向外延伸預(yù)定長度的至少一個可移動補償電極；以預(yù)定間隙與所述可移動補償電極平行放置的至少一個固定補償電極，以便在施加電力時，生成用于吸引所述可移動補償電極的靜電力；以及鄰近所述主體的兩端固定的補償電極固定部，對向所述主體延伸預(yù)定長度的所述固定補償電極供電。
5.如權(quán)利要求4所述的能補償初始電容的加速度計，其中，所述可移動和固定補償電極是在所述主體的移動方向中延伸預(yù)定長度的梳狀電極構(gòu)件。
6.如權(quán)利要求4所述的能補償初始電容的加速度計，其中，所述可移動和固定補償電極是按均勻間隙相互交替的梳狀補償電極構(gòu)件。
7.如權(quán)利要求1所述的能補償初始電容的加速度計，其中，所述補償電極部包括控制單元，用于控制所述主體的運動，以及其中，所述控制單元包括比較部，用于將一側(cè)的所述可移動和固定電極間的初始電容與另一側(cè)的所述可移動和固定電極間的初始電容進(jìn)行比較，以及電壓施加部，用于有選擇地將電壓施加到一對補償電極固定部直到比較值變?yōu)榱銥橹埂?br> 8.如權(quán)利要求1所述的能補償初始電容的加速度計，其中，鄰近所述主體的兩端分別提供所述補償電極部。
9.如權(quán)利要求4所述的能補償初始電容的加速度計，其中，所述可移動和固定補償電極的一個具有至少一個突起，所述突起在其變形中與相對電極的本體接觸。
10.如權(quán)利要求9所述的能補償初始電容的加速度計，其中，所述突起以棱柱的形式延伸以便執(zhí)行與相應(yīng)的可移動或固定補償電極的點接觸。
11.如權(quán)利要求9所述的能補償初始電容的加速度計，其中，所述突起以半圓柱的形式延伸以便執(zhí)行與相應(yīng)的可移動或固定補償電極的線接觸。
全文摘要
公開了一種能補償初始電容的加速度計。在該加速度計中，從梁固定部延伸以便彈性支撐水平可移動浮動主體的兩端的支撐梁。從主體的兩端向外延伸預(yù)定長度的可移動電極。從電極固定部延伸預(yù)定長度，以及按預(yù)定間隙與可移動電極交替的固定電極。補償電極部，在主體的移動方向中移動主體，以便均衡在一端的可移動和固定電極間的初始電容以及在另一端的可移動和固定電極間的初始電容。本發(fā)明能簡單地移動主體補償電極以便均衡兩端的初始電容。
文檔編號G01P15/125GK1629641SQ20041003851
公開日2005年6月22日 申請日期2004年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月20日
發(fā)明者樸晧埈, 蔡敬洙, 沁原徹 申請人:三星電機株式會社