[实用新型]MEMS惯性传感器和电子设备

说明书

本公开的实施例涉及MEMS惯性传感器和电子设备。一种惯性结构通过第一弹性结构弹性耦合到支撑结构，从而根据待检测量沿着感测轴线移动。惯性结构包括第一惯性质量块和第二惯性质量块，第一惯性质量块和第二惯性质量块由第二弹性结构弹性耦合在一起，以使得第二惯性质量块能够沿着感测轴线移动。第一弹性结构具有比第二弹性结构的弹性常数低的弹性常数，从而使得在存在待检测量的情况下，惯性结构在感测方向上移动，直到第一惯性质量块抵靠在停止结构为止，并且第二弹性质量还可以在感测方向上移动。一旦检测量终止，第二惯性质量块就在与感测方向相对的方向上移动，并且使第一惯性质量块从停止结构分离。

技术领域

本公开涉及一种具有高耐粘滞性的MEMS(微机电系统)惯性传感器。尤其是，下文中参考了电容型MEMS加速度计。

背景技术

众所周知，MEMS加速度计包括具有主延伸平面的悬置惯性质量块。通常，由于外部加速度，被承载的惯性质量块在位于主延伸平面中或平行于该主延伸平面的方向(感测轴线)上移动。

例如，图1A和图1B示出了在两个不同的操作位置中的已知电容型MEMS加速度计1。尤其是，MEMS加速度计1在笛卡尔参考系统XYZ的第一平面XY中延伸，并且具有在相同的第一平面XY中延伸(尤其是平行于笛卡尔参考系统XYZ的第一笛卡尔轴线Y)的感测轴线S。详细地，图1A示出了在静止条件下的MEMS加速度计 1。在这种条件下，MEMS加速度计1的质心O被沿着第一笛卡尔轴线Y设置在点d₀中。

MEMS加速度计1包括半导体材料(例如，硅)的惯性质量块3，其具有质量m并且在图1A和图1B中不可见的基板上延伸。此处，惯性质量块3在俯视图中具有四边形(例如，矩形)框架的形状并且具有开口9。

导电材料(例如，硅)的第一电极13和第二电极15在开口9中延伸，并且通过相应的锚固部分13A、15A锚固到基板(不可见)。尤其是，在俯视图中，电极13、15具有沿着笛卡尔参考系统XYZ的第二笛卡尔轴线X主要延伸的细长的四边形形状(例如，矩形)。

惯性质量块3具有第一内表面3A和第二内表面3B，其面对开口 9和电极13、15，并且垂直于感测轴线S延伸，在此处平行于笛卡尔参考系统XYZ的第二平面XZ。

更详细地，在MEMS加速度计1的静止条件下，第一内表面3A 和第二内表面3B分别被布置在距第一电极13和第二电极15第一距离d₁和第二距离d₂处。第一表面3A和第二表面3B以及相应的第一电极13和第二电极15彼此电容耦合，并且形成在MEMS加速度计1 的静止条件下具有电容C₁、C₂的相应电容器的板。

由多个孔17(在平行于第三笛卡尔轴线Z的方向上)贯穿惯性质量块3的整个厚度，这些孔17允许在制造处理期间释放惯性质量块3。

惯性质量块3通过弹簧元件7耦合到约束元件5，该约束元件5 被固定到基板(未示出)并且相对于基板呈刚性，弹簧元件7被配置为响应于具有分量定向为平行于第一笛卡尔轴线Y的外部加速度a_ext而允许惯性质量块3沿着感测轴线S位移(此处为平移)。在所图示的实施例中，约束元件5被布置在惯性质量块3的外侧上，并且约束元件5被耦合到惯性质量块3的框架形状的第一外壁3C。

MEMS加速度计1还包括停止元件19，该停止元件19例如由固定区域形成，该固定区域在距惯性质量块3一定距离处从基板(未示出)延伸。尤其是，在所图示的实施例中，停止元件19被布置在惯性质量块3的外侧上，停止元件19被布置在惯性质量块3的第二外壁3D上，该第二外壁3D与第一外壁3C相对。在图1A中图示的 MEMS加速度计1的静止条件下，停止元件19被布置在距惯性质量块3的第二外壁3D停止距离d_s处。

在使用中，惯性质量块3和电极13、15在相应偏置电压处被偏置，其例如在惯性质量块3和电极13、15之间产生约为1V的有效电压。