[发明专利]用于微机电系统传感器的弹性构件

说明书

技术领域

本发明总体上涉及微机电系统(MEMS)传感器。更具体地说，本发明涉及用于MEMS传感器的可移动元件的悬挂的弹性构件。

背景技术

许多设备和系统包括执行各种监测和/或控制功能的多个不同类型的传感器。显微机械加工和其他微制造工艺的提高已经导致各种各样的微机电系统(MEMS)传感器的制造，以执行这些监测和/或控制功能。

MEMS传感器可以形成在包括基板(也称为处理层)、覆盖基板的诸如氧化物的绝缘牺牲层以及覆盖绝缘层的活性层的晶片上。通常，MEMS传感器典型地包括形成在活性层中的可移动元件，有时称为检测质量。可移动元件可以通过一组柔性构件(也称为弹簧或弯曲件)耦合至基板。

柔性构件一般在中间位置(neutral position)将可移动元件悬挂在基板上。中间位置可平行于或不平行于耦合的基板。柔性构件起作用来保持可移动元件处于中间位置，直到由于一些其他装置选择性地施加力而引起其偏转。可移动元件的移动使柔性构件变形，从而在其中储存势能。一旦移除了力，储存的势能往往会将可移动元件返回到其中间位置。举例来说，当MEMS加速计经历加速时，该MEMS加速计的可移动元件移动。可移动元件的运动通过电子器件转变为信号，该信号具有取决于加速度的参数值(例如，电压、电流、频率等)。

当设计要求低横向刚度(即，在预期的可移动元件的运动方向上的低刚度)的MEMS传感器时，柔性构件一般利用折叠式弹性结构。图1示出现有技术MEMS传感器20的顶视图。MEMS传感器20包括可移动元件22，在图1中通过向右上定向的阴影线来突出。可移动元件22适合于在方向24上横向运动。固定器(anchor)26(在图1中通过向右下定向的阴影线突出)耦合至下面的基板28。MEMS传感器20还包括互连在固定器26和可移动元件22之间的折叠式弹性构件30。固定器26和折叠式弹性构件30起作用来将可移动元件22悬挂在基板28上方。可移动元件22在方向24上的横向运动可由靠近可移动元件22的感测电极32来检测，如本领域技术人员已知的。

不幸的是，折叠式弹性构件30在高的垂直载荷(诸如超过例如10g的机械震动)下受到扭转，这能在测试和使用中出现。实际上，在如此高的垂直载荷下会出现失效。例如，可移动元件22在折叠式弹性构件30的附接点34施加的垂直载荷(与MEMS传感器20的平面图垂直)对折叠式弹性构件30引入力矩。垂直载荷能导致折叠式弹性构件30在其附接点34和/或折叠式弹性构件30的折叠36处的扭转。该扭转显著地降低垂直刚度并能导致可移动元件22的大的垂直位移。过量的垂直位移存在的问题是可移动元件22能接触基板28并粘到基板28，从而使得MEMS传感器失效。在一些折叠式弹性设计中，由于折叠式结构的不对称，该问题可能更加严重。

附图说明

参考结合附图考虑的详细说明和权利要求，能得到本发明的更全面的理解，其中，在附图中，类似参考数字指相似的项，且：

图1示出现有技术微机电(MEMS)传感器的顶视图；

图2示出根据本发明实施方式的微机电(MEMS)传感器的顶视图；

图3示出图2的MEMS传感器的侧视图；

图4示出图2的MEMS传感器的弹性构件的透视图；

图5示出与图4的弹性构件分开的弹性部分的透视图；

图6示出与图4的弹性构件分开的支撑结构的透视图；以及

图7示出可包括图2的MEMS传感器的设备。

具体实施方式

参考图2-3，图2示出根据本发明实施方式的微机电(MEMS)传感器40的顶视图，而图3示出MEMS传感器40的侧视图。MEMS传感器40包括可移动元件42，在图2和3中通过向右上定向的阴影线来突出。可移动元件42适合于在横向方向44上运动。固定器46(在图2和3中通过向右下定向的阴影线突出)耦合至下面的基板48。MEMS传感器40还包括弹性构件50，在图2和3中通过点图案来突出。弹性构件50互连在固定器46和可移动元件42之间。固定器46和弹性构件50起作用来将可移动元件42悬挂在基板48上方，如在图3中具体示出的。可移动元件42在横向方向44上的运动可由靠近可移动元件42的感测电极52来检测。

在该实施方式中，弹性构件50相对于可移动元件42对称地设置。具体地，MEMS传感器40包括四个大体相等的弹性构件50，其中各对弹性构件50从固定器46的相反侧延伸。该构造将可移动元件42悬挂在基板48上方，且基本上平行于基板48的平面。然而，可移动元件42在横向方向44上是可移动的，该方向44也基本上平行于基板48的平面。