[发明专利]具有折叠扭力弹簧的MEMS传感器

说明书

技术领域

本发明一般地涉及一种微机电系统(MEMS)传感器。更具体地，本发明涉及一种具有折叠扭力弹簧的MEMS传感器，用于减小尺寸并且减少对温度引起的误差的敏感性。

背景技术

微机电系统(MEMS)传感器广泛使用在例如汽车、惯性制导系统、家用电器、各种设备的保护系统以及许多其它工业、科学和工程系统的应用中。这种MEMS传感器用于感测例如加速度、压力、转角或温度等物理状态，并且提供所感测物理状态的电信号表示。

由于成本相对较低，容性传感MEMS的设计对于在加速度和转角环境中以及在小型设备中的操作是特别期望的。容性加速计感测相对于加速度的电容的改变，从而改变带电电路的输出。加速计的一种普通形式是具有“跷跷板”或“秋千”结构的两层容性传感器。这种通常利用的传感器类型使用基板上方在z轴加速度下转动的可动部件或板。加速计结构能够测量两个不同的电容值，从而确定差分或相对电容值。

图1示出了现有技术的适于感测z轴加速度的MEMS容性加速计20的顶视图。加速计20配置成传统的铰链和“跷跷板”类型的传感器。容性加速计20包括具有基本平坦表面的基底22。电极部件24和26(以虚线形式示出)形成在基底22的平坦表面上。此外，悬置锚28形成在基底22的平坦表面上。可动部件30，通常称为“检验块”，通过一个或多个旋转弯曲部分柔性地悬置在基底22之上，该旋转弯曲部分通常称为扭力弹簧32，其将可动部件30与悬置锚28相互连接。如图所示，开口34延伸通过可动部件30，悬置锚28沿可动部件30的旋转轴36位于开口34的基本中心位置。

可动部件30适于响应于加速度绕旋转轴36旋转，从而相对于下面的电极部件24和26改变其位置。更具体地，响应于施加到可动部件30的z轴加速度，扭力弹簧32受到绕它们的轴的扭转(即，剪切应力)。这种位置的改变导致了一系列的电容，这些电容的差，即差分电容值，指示了加速度。典型地，扭力弹簧32是具有适当弹簧常数的直条，其允许可动部件30绕旋转轴36旋转并且返回到其中性位置。

发明内容

根据以上以及其他方面，本发明的一方面提供了一种微机电系统MEMS传感器，包括：基底；可动部件，在所述基底的表面之上以间隔开的关系布置；悬置锚，形成在所述基底的所述表面上；第一折叠扭力弹簧，使得所述可动部件与所述悬置锚相互连接；以及第二折叠扭力弹簧，使得所述可动部件与所述悬置锚相互连接，所述第一和第二折叠扭力弹簧具有基本相同的形状，并且所述第二折叠扭力弹簧基本上被取向为相对于所述第一折叠扭力弹簧绕所述悬置锚的质心旋转对称。

本发明的另一方面提供了一种包括微机电系统MEMS传感器的设备，所述MEMS传感器包括：基底；可动部件，在所述基底的表面之上以间隔开的关系布置，所述可动部件适于相对于位于所述可动部件的第一和第二端部之间的旋转轴运动；悬置锚，形成在所述基底的所述表面上，所述悬置锚具有位于所述旋转轴上的质心；第一折叠扭力弹簧，使得所述可动部件与所述悬置锚相互连接；以及第二折叠扭力弹簧，使得所述可动部件与所述悬置锚相互连接，所述第一和第二折叠扭力弹簧具有基本相同的形状，所述第二折叠扭力弹簧基本上被取向为相对于所述第一折叠扭力弹簧绕所述悬置锚的所述质心旋转对称，并且所述第一和第二折叠扭力弹簧中的每一个包括基本上平行于所述旋转轴排列的多个段，所述段通过条部件以蛇形链接在一起。

本发明的另一方面提供了一种微机电系统MEMS传感器，包括：基底；可动部件，在所述基底的表面之上以间隔开的关系布置，所述可动部件包括延伸穿过所述可动部件的开口，所述开口由所述可动部件的内边缘部分界定，并且所述可动部件适于相对于位于所述可动部件的第一和第二端部之间的旋转轴运动；悬置锚，形成在所述基底的所述表面上并且在所述开口中居中；第一折叠扭力弹簧，使得所述可动部件与所述悬置锚相互连接并且配置为基本上平行于所述旋转轴，所述第一叠扭力弹簧具有耦合到所述悬置锚第一侧面的第一端部和耦合到所述可动部件的所述内边缘部分的第二端部；以及第二折叠扭力弹簧，使得所述可动部件与所述悬置锚相互连接并且配置为基本上平行于所述旋转轴，所述第二折叠扭力弹簧具有耦合到所述悬置锚第二侧面的第三端部和耦合到所述可动部件的所述内边缘部分的第四端部，所述悬置锚的第二侧面与所述第一侧面相对，所述第一和第二折叠扭力弹簧具有基本相同的形状，并且所述第二折叠扭力弹簧基本上被取向为相对于所述第一折叠扭力弹簧绕所述悬置锚的质心旋转对称。

附图说明