加速度傳感器及其制造方法
【專利說明】加速度傳感器及其制造方法
[0001]本發(fā)明涉及加速度傳感器及其制造方法。本發(fā)明尤其涉及用于測量與加速度傳感器的基板表面平行的加速度的微機電加速度傳感器及其制造方法。
[0002]微機電加速度傳感器是能夠檢測加速度的微系統(tǒng)或MEMS (micro-electro-mechanical systems，微機電系統(tǒng))。通常，為此，設(shè)置通過傳感器的加速度而相對于傳感器的基板發(fā)生偏轉(zhuǎn)的至少一個采樣塊(或擺錘)。為此，采樣塊例如可以經(jīng)由彈簧可動地連接至基板。
[0003]為了檢測加速度，電極(以下稱為“可動電極”)是采樣塊的一部分，并且在基板上，固定對電極被配置成與可動電極相對。如果可動電極與對電極之間的距離由于采樣塊的偏轉(zhuǎn)而發(fā)生變化，則該變化可以通過(閉環(huán))控制回路來檢測并且向電極施加相應(yīng)的電壓，使采樣塊復(fù)位。這里，使用所施加的電壓的高度來確定加速度。
[0004]為了能夠檢測多于一維的加速度，例如，可以設(shè)置各自具有分別與空間軸中的一軸對準(zhǔn)的檢測軸的三個相同的加速度傳感器?？蛇x地或附加地，可以在同一基板上設(shè)置可在不同的方向上偏轉(zhuǎn)的若干采樣塊。
[0005]已經(jīng)證明具有彼此接合(或交織)的電極的加速度傳感器因其有利線性行為而具有價值。這里，可動電極和對電極作為梳狀電極而形成，其中，各個梳的齒彼此接合。可動電極和對電極以這種方式形成電容器，其中，必須要施加至該電容器的電極以進(jìn)行復(fù)位的復(fù)位電壓對于幾乎所有偏轉(zhuǎn)均與采樣塊的偏轉(zhuǎn)呈線性。
[0006]然而，交織電極的這種配置的問題是阻尼(damping)的缺乏，使得在高加速度的情況下，例如，可動電極可能碰撞到對電極或間隔物，這可能導(dǎo)致機械缺陷和不精確或不可用的測量結(jié)果。
[0007]因此本發(fā)明的目的是提供具有提高了采樣塊的偏轉(zhuǎn)移動的阻尼的接合梳狀電極的加速度傳感器。獨立權(quán)利要求的主題解決了這一目的。獨立權(quán)利要求中定義了有利實施例。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的加速度傳感器例如可以包括基板，其包括基板表面。此外，所述加速度傳感器可以包括采樣塊，其能夠大致沿與所述基板表面平行的正偏轉(zhuǎn)方向X相對于所述基板移動，其中所述采樣塊包括能夠與所述采樣塊一起移動的可動梳狀電極，并且所述可動梳狀電極包括沿所述正偏轉(zhuǎn)方向X延伸的多個齒。所述加速度傳感器還可以包括對電極，其固定連接至所述基板，其中所述對電極包括固定梳狀電極，其中所述固定梳狀電極包括沿與所述正偏轉(zhuǎn)方向X相反的方向延伸的多個齒，其中所述可動梳狀電極的齒與所述固定梳狀電極的齒相接合。此外，所述加速度傳感器還包括屏蔽電極，其固定連接至所述基板，所述屏蔽電極適合用于在所述采樣塊的偏轉(zhuǎn)移動期間提高所述采樣塊的氣動阻尼。
[0009]以下，術(shù)語“氣動阻尼”例如表示由于部分體積的擴大或縮小而引起的阻尼，其中例如，氣體從縮小了的部分體積流動成擴大了的部分體積。以下將更詳細(xì)地說明術(shù)語“氣動阻尼”。
[0010]此外，所述可動梳狀電極可以包括梳前向側(cè)，其具有與所述正偏轉(zhuǎn)方向X大致垂直的梳前向表面。所述屏蔽電極可以包括與所述梳前向表面大致平行的屏蔽電極表面。
[0011]這里，所述梳前向表面和所述屏蔽電極表面可以彼此相對。在所述采樣塊的偏轉(zhuǎn)移動期間，所述梳前向表面與所述屏蔽電極表面之間的距離可以發(fā)生變化，其中所述距離的變化適合用于提高所述采樣塊的氣動阻尼。
[0012]所述采樣塊例如可以由于其慣性而在加速期間發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并且彈性復(fù)位力可以在給定時間之后將其移回至其停歇位置。此外，例如施加至所述可動梳狀電極和所述固定梳狀電極或者所述對電極的電壓可以導(dǎo)致所述采樣塊由于靜電力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在所述采樣塊的偏轉(zhuǎn)移動期間，(所述梳前向表面與所述屏蔽電極表面的)相對表面之間的變化距離例如可以產(chǎn)生所述梳前向表面與所述屏蔽電極表面之間的體積發(fā)生改變的結(jié)果。所述體積的變化可以有助于所述采樣塊的氣動阻尼的提高。
[0013]此外，所述采樣塊和所述屏蔽電極可以具有相同的電位。
[0014]為此，例如可以通過經(jīng)由相應(yīng)的電氣連接施加電壓來將所述采樣塊和所述屏蔽電極接至相同的電位。如果所述采樣塊和所述屏蔽電極具有相同的電位，則它們之間不存在吸引靜電力或排斥靜電力。因而，所述采樣塊與所述屏蔽電極之間的靜電力不干擾所述采樣塊的偏轉(zhuǎn)移動。這可以提高加速度測量的精度。
[0015]所述對電極和所述屏蔽電極可以經(jīng)由隔離層彼此機械地連接。
[0016]所述隔離層例如可以是氧化層，這確保了所述屏蔽電極與所述對電極之間的電氣隔離。如果所述對電極和所述屏蔽電極彼此機械地連接，則由于所述對電極確保了機械穩(wěn)定性，因此可以具有可以形成更薄的所述屏蔽電極的優(yōu)勢。由此，例如可以實現(xiàn)節(jié)約空間和/或機械穩(wěn)定性。
[0017]所述采樣塊例如可以包括能夠與所述采樣塊一起移動的其它可動梳狀電極，其中所述其它可動梳狀電極包括沿與所述正偏轉(zhuǎn)方向X相反的方向延伸的多個齒。所述加速度傳感器還可以包括固定連接至所述基板的其它對電極，其中所述其它對電極包括其它固定梳狀電極，其中所述其它固定梳狀電極包括沿正偏轉(zhuǎn)方向X延伸的多個齒，其中所述其它可動梳狀電極的齒與所述其它固定梳狀電極的齒相接合。所述加速度傳感器還可以包括固定連接至所述基板的其它屏蔽電極，其適合用于在所述采樣塊的偏轉(zhuǎn)移動期間提高所述采樣塊的氣動阻尼。
[0018]由于所述其它可動梳狀電極和所述其它固定梳狀電極，例如，可以更精確地檢測所述正偏轉(zhuǎn)方向X上的以及與所述正偏轉(zhuǎn)方向X相反的方向上的加速度，然后，針對沿正X方向以及負(fù)X方向的檢測存在用于檢測加速度或者用于復(fù)位所述采樣塊的各個電極。
[0019]所述屏蔽電極和所述其它屏蔽電極可以彼此一體地相連接。
[0020]為此，例如可以設(shè)置單個電極用作屏蔽電極以及其它屏蔽電極。這例如對所述屏蔽電極或所述其它屏蔽電極的機械穩(wěn)定性是有利的。另外，由于可以忽略所述屏蔽電極與所述其它屏蔽電極之間的間隔，因此這種配置例如可以節(jié)約所述基板上的空間。
[0021]所述加速度傳感器還可以包括至少一個彈簧元件，所述彈簧元件使所述采樣塊與所述基板彼此連接以使得所述采樣塊能夠沿所述正偏轉(zhuǎn)方向X進(jìn)行偏轉(zhuǎn)移動并且使得所述采樣塊在與所述正偏轉(zhuǎn)方向X垂直且與所述基板表面平行的方向y上以大致剛性的方式受到支撐。
[0022]與所述基板表面垂直的方向z上的所述采樣塊的支撐也可以是大致剛性的。
[0023]由于所述可動梳狀電極與所述固定梳狀電極之間的距離僅沿X方向而不沿y方向或Z方向發(fā)生改變，因此加速度測量的精度可以因不發(fā)生偏轉(zhuǎn)移動或要檢測加速度的方向上的所述采樣塊的剛性支撐而提高。
[0024]—種用于制造加速度傳感器的方法，其中，所述方法包括以下步驟:形成基板，其包括基板表面；形成采樣塊，其能夠沿與所述基板表面大致平行的正偏轉(zhuǎn)方向X而相對于所述基板移動，其中所述采樣塊包括能夠與所述采樣塊一起移動的可動梳