[发明专利]微机械式传感器元件及其制造方法和运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有基底和悬挂在该基底上的第一振动质量的微机械 式传感器元件，以及制造微机械式传感器元件的方法和运行微机械式传感 器元件的方法。

背景技术

这样的微机械式传感器元件已广为人知。例如，专利文献DE 100 00 368 A1公开了一种具有基底和振动质量的加速度传感器，该基底具有锚定装 置，振动质量通过弯曲弹簧装置与锚定装置连接，使得振动质量能够从其 静止位置弹性地偏转出来。振动质量还被构造成摆动结构，其通过位于其 下的电极区域来检测z方向上的加速度。

发明内容

与现有技术相比，根据本发明的微机械式传感器元件、根据本发明的 用于制造微机械式传感器元件的方法和根据本发明的用于运行微机械式传 感器元件的方法具有如下优点：一方面，垂直于主延伸平面的加速度的检 测从可能的基底挠曲解耦，另一方面，在平行于主延伸平面的检测面相同 的情况下，微机械式传感器元件的检测灵敏度明显提高。替代地，在检测 灵敏度基本相同的情况下，根据本发明的传感器元件能够使检测面积减少 或者说减半。所列举的优点通过如下方式实现：在微机械式传感器元件垂 直于主延伸平面加速时，不仅产生第一振动质量从第一静止位置的第一偏 转，而且同时也产生第二振动质量从第二静止位置的第二偏转，其中，尤 其是第一振动质量的转动惯量不同于第二振动质量的转动惯量，使得优选 第一偏转和第二偏转反相地进行。因此，第一振动质量和第二振动质量之 间的垂直于主延伸平面的距离既通过第一偏转又通过第二偏转明显更强烈 地改变，使得与在现有技术中所述的那样仅仅从一侧出发实现的距离变化 (仅仅是振动质量相对于固定基底运动)相比，检测灵敏度明显提高，并 且由于第一振动质量和第二振动质量至少部分地重叠，故平行于主延伸平 面的检测面积不会增大或者仅仅稍微增大。与在现有技术中所述的检测振 动质量和基底之间的距离变化不同，通过直接检测第一振动质量和第二振 动质量之间的距离变化，使得加速度的测量与由制造产生的垂直于主延伸 平面的基底挠曲无关，该基底挠曲会降低测量的精度。基底、第一振动质 量和/或第二振动质量优选包括半导体材料并且尤其优选包括硅。

本发明的有利设计方案和扩展方案从下面的以及借助附图的描述中得 出。

根据一种优选的扩展方案规定，第一振动质量借助第一耦合装置基本 上可绕第一旋转轴线转动地直接或间接固定在基底上，并且第二振动质量 借助第二耦合装置基本上可绕第二旋转轴线转动地直接或间接固定在基底 上，其中，第一旋转轴线和第二旋转轴线相互平行地设置和/或垂直于主延 伸平面基本上重合地设置。

因此，尤其有利的是，加速度产生第一振动质量相对于基底和相对于 第二振动质量绕第一旋转轴线的第一倾斜或者说第一转动，并且产生第二 振动质量相对于基底和相对于第一振动质量绕第二旋转轴线的第二倾斜或 者说第二转动。

根据另一种特别优选的扩展方案规定，第一振动质量具有第一质量对 称轴线并且第二振动质量具有第二质量对称轴线，其中，优选地是，第一 质量对称轴线和第二质量对称轴线基本上平行于第一旋转轴线和第二旋转 轴线定向，尤其优选的是，第一质量对称轴线平行于主延伸平面与第二质 量对称轴线间隔距离地设置。在本发明意义上，质量对称轴线尤其包括一 轴线，该轴线连接一振动质量的相对于该振动质量的相应旋转轴线的、平 行于旋转轴线相互对齐的质心。话句话说，振动质量的质量对称轴线尤其 包括平行于相应旋转轴线的质心轴线。尤其有利的是，第一质量对称轴线 和第二质量对称轴线平行于主延伸平面相互间隔开，使得关于加速度的第 一转动惯量和第二转动惯量不同，因此由该加速度引起的第一偏转和第二 偏转也不同。尤其地，第一质量对称轴线平行于主延伸平面设置在第一和 第二旋转轴线的第一侧上，并且第二质量对称轴线平行于主延伸平面设置 在第一和第二旋转轴线的与第一侧相对的第二侧上，使得加速度产生反相 的第一偏转和第二偏转。在本发明的意义上，反相的第一偏转和第二偏转 优选地表示，第一偏转包括第一振动质量绕第一旋转轴线的第一转动，该 第一转动与第二偏转中第二振动质量绕第二旋转轴线的第二转动是相反 的。因此，在加速的情况下，第一振动质量和第二振动质量之间的距离以 有利的方式既通过第一偏转又通过第二偏转同时地改变，从而距离变化的 变化率显著增加，由此显著提高检测灵敏度。