[发明专利]高准确度且对温度和老化具有低灵敏度的MEMS加速度传感器

说明书

公开了高准确度且对温度和老化具有低灵敏度的MEMS加速度传感器。一种加速度传感器，具有：悬置区域(21)，该悬置区域相对于支撑结构(24)可移动；以及感测组件(37)，该感测组件耦合至该悬置区域并且被配置成用于检测该悬置区域相对于该支撑结构的移动。该悬置区域(21)具有在与各自的质心相关联的彼此不同的至少两个构型之间可变的几何形状。该悬置区域(21)由可旋转地锚定至该支撑结构(24)的第一区域(22)以及通过弹性连接元件(25)耦合至该第一区域(22)的第二区域(23)形成，该弹性连接元件被配置成用于允许该第二区域(23)相对于该第一区域(22)相对移动。驱动组件(40)耦合至该第二区域(23)，以便控制该第二区域相对于该第一区域的相对移动。

本申请是申请日为2017年03月27日、申请号为201710190187.X、发明名称为“高准确度且对温度和老化具有低灵敏度的MEMS加速度传感器”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种MEMS技术中具有高准确度并且对温度和老化具有低灵敏度的加速度传感器。

背景技术

如已知的，加速度传感器或加速度计是将加速度转换成电信号的惯性传感器。MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)技术中的加速度传感器基本上由移动结构和检测系统形成，耦合至移动结构并生成供应至处理接口的相应电信号(例如，电容变化)。

图1是例如用于检测平面内加速度的已知MEMS加速度传感器的结构的示意图。在此，整体上由1来标示的传感器是单轴传感器并且具有检测由箭头a_外部指示的加速度的功能，该箭头平行于笛卡尔轴(在此，笛卡尔坐标系XYZ的轴X)。

传感器1包括悬置区域2，该悬置区域通常由单晶硅或多晶硅组成，经由锚定件13和弹性悬置元件(也被称为“弹簧14”)偏心地锚定至固定区域3(仅包围图1中可见的悬置质量块2的部分)。在所展示的示例中，悬置区域2在顶视平面图(在平面XY中)中具有矩形形状，其侧面平行于轴X和Y，并且厚度在方向Z上，垂直于绘图平面，小于其在方向X和Y上的尺寸。

锚定件13基本上由柱形成，在绘图平面的垂直方向(平行于轴Z)上从衬底(不可见)开始延伸，该衬底形成固定区域3的一部分并且在悬置区域下方延伸。锚定件13限定了悬置区域2的旋转轴O。在此，旋转轴O相对于悬置质量块2的质量中心(质心)B是偏心的。确切地，旋转轴O相对于质心B沿轴Y偏移臂b。锚定件13在悬置区域2中的开口6中延伸。与悬置区域2共平面的弹簧14在锚定件13与开口6的两个相对点(沿轴Y)之间延伸穿过开口6(在此，平行于轴Y)。以本身已知的方式，弹簧14被成形成以便允许悬置区域2仅绕旋转轴O旋转。

移动电极7由悬置区域2形成或者相对应该悬置区域被固定并且面向固定电极8，进而固定至固定区域3或者由该固定区域形成。移动电极7和固定电极8的数量、位置和形状可能变化。在所展示的示例中，四个固定电极8被安排在悬置区域2的侧面上(平行于轴X)，并且面向对应四个移动电极7，以便形成四个电极对10a、10b、10c和10d。此外，在此，两两地将电极对10a-10d安排在由穿过旋转轴O的迹线R的由平行于平面XZ的平面限定的两个半平面中。所有固定电极8到旋转轴O的距离相等。

如下文中详细讨论的，每个电极对10a-10d限定了电容元件，其电容C取决于面向彼此的对应固定电极8与移动电极7之间的距离，并且因此取决于悬置区域2的位置。

由于旋转轴O相对于质心B的偏心率，在存在沿轴X指向或具有沿该轴指向的分量的外部加速度a_外部的情况下，如在图中通过箭头D所指示的，移动质量块2绕旋转轴O转动，引起移动电极7相对移动远离沿直径相对安排的两个电极对(在图中，对10b、10d)的相应固定电极8，以及移动电极7相应地靠近另外两个对(在此，对10a、10c)的相应固定电极8。随后，电极对10b、10d经历电容减小，并且电极对10a、10c经历相应的电容增加。