[发明专利]电容式微机械加速度计

说明书

本发明涉及电容式微机械加速度计，并且特别地涉及具有可移动的转子的加速度传感器，当加速度计以垂直于基板平面的加速度分量进行移动时，所述可移动的转子可以旋转离开基板平面。电容式微机械加速度计包括附加的阻尼弹簧以减少转子在基板平面中的不需要的移动，从而减小由转子在基板平面中的运动引起的寄生电容。阻尼弹簧相对于加速度计的其他部件竖直地凹入，以使阻尼弹簧对转子离开基板平面的运动的影响最小化。

技术领域

本公开内容涉及电容式加速度计并且涉及具有可移动的转子的加速度传感器，当加速度计以垂直于基板平面的加速度分量进行移动时，所述可移动的转子可以旋转离开基板平面。这样的传感器可以与测量基板平面的加速度的两个其他传感器组合以形成三轴加速度计。这样的加速度计可以用于汽车应用诸如电子稳定控制(ESP/ESC)、防抱死制动(ABS)、电动驻车制动(EPB)、坡道起步辅助(HSA)、电子控制悬架(ECS)、前灯调平或安全气囊展开，或者出于导航目的与作为惯性测量单元(IMU)的一部分的陀螺仪组合使用。

背景技术

三轴加速度计中的每个电容式传感器可以包括相对于基板不可移动的定子以及相对于基板至少部分可移动的转子。在本公开内容中，术语“转子”和“定子”两者指代互连的微机械结构，诸如杆或梁。结构以及它们的互连可以通过蚀刻基板例如硅基板来形成。

在本公开内容中，术语“杆”和“梁”指代例如由硅制成的与可以被称为“弹簧”的更柔性的结构相比通常是刚性的细长结构。刚性和柔性是相对的术语。尽管构成转子的杆和梁将具有一定的柔性，但当转子移动时，它们将仍然会相对于彼此近似良好地保持它们的相互位置，并且只有悬挂转子的弹簧才将经历由于移动引起的显著的柔性变形。

转子和定子通常在它们的互连结构中的至少一些结构上包括导电电极区域以便于转子与定子之间的电气测量。

三轴加速度计通常包括可以被标记为X-Y平面的基板平面。定子可以是基板平面中的固定结构。可以利用转子在基板平面中实现加速度传感器，该转子响应于沿着平面中的轴的加速移动而沿该轴进行线性运动。转子可以被实现为跷跷板，使得其附接至一个或更多个扭转弹簧并且响应于不平行于由扭转弹簧限定的旋转轴的加速移动而围绕该轴进行旋转运动。以这种方式，当转子进行旋转运动时，其沿着离开基板平面的方向移动。

如果转子被实现为跷跷板，则其质心不应与旋转轴重合，因为那样将使得其对线性加速度无响应。因此，跷跷板转子至少在某种程度上应当是不平衡的跷跷板。跷跷板转子可以被实现为完全单侧的跷跷板，使得转子的所有部分位于旋转轴的一侧上，该侧可以被称为第一侧。更精确地，如果可以绘制与其旋转轴交叉以使得整个转子位于平面的一侧上的平面，则跷跷板转子是单侧的。被实现为跷跷板的转子还可以是双侧的，使得转子的一些部分位于轴的一侧上，该侧可以被称为第一侧，并且一些部分位于轴的相对侧上，该侧可以被称为第二侧。对于双侧转子，不可能绘制与其旋转轴交叉以使得整个转子位于平面的一侧上的平面。

发明内容

本发明涉及电容式微机械加速度计，特别地涉及包括以下的电容式微机械加速度计：基板，其限定基板平面；转子，其经由一个或更多个扭转弹簧安装至基板，一个或更多个扭转弹簧使得转子能够相对于基板平面围绕转子旋转轴旋转；以及定子，其相对于基板平面被固定。

转子包括一个或更多个转子电极，并且定子包括一个或更多个定子电极，并且转子电极和定子电极被配置成使得转子的旋转引起转子电极和定子电极的有效面积和/或转子电极与定子电极之间的距离的变化。

电容式微机械加速度计还包括将转子连接至基板的一个或更多个阻尼弹簧，其中，每个阻尼弹簧的垂直于基板平面的高度小于一个或更多个扭转弹簧的垂直于基板平面的高度。阻尼弹簧阻尼转子在X-Y平面中即在基板平面中的移动。特别地，使用凹入的弹簧，即具有比加速度计的其他部件的高度小的高度的弹簧，允许在X-Y平面中发生阻尼而没有显著影响转子在Z方向上即离开基板/X-Y平面的移动。

阻尼弹簧中的一个或更多个可以从转子延伸至电容式微机械加速度计的外部。