[发明专利]旋转速率传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1所述的旋转速率传感器。

背景技术

微机械的旋转速率传感器由现有技术已知。这些旋转速率传感器在不同的应用领域中、例如在用于ESP系统、侧翻感测装置或者用于导航目的的汽车领域中使用。

在这些旋转速率传感器中，传感器结构的一些部件被有源地置于沿着第一方向的驱动振动中，该第一方向例如平行于衬底表面定向。在出现围绕检测轴线的外部旋转速率时，科里奥利力作用在该传感器结构的振动的部件上，该检测轴线垂直于第一方向并且例如同样平行于衬底表面定向。随着驱动振动的频率周期地变化的科里奥利力引起传感器结构的部件沿着第三方向的周期性偏移，该第三方向垂直于驱动方向和检测轴线定向。该第三方向可以例如垂直于衬底表面定向。在传感器结构上安装检测器件，该检测器件通过电极以电容方式检测该传感器结构的部件的偏移。

已知的旋转速率传感器为每个活动的传感器结构仅仅具有一个固定地与衬底连接检测电极。这具有缺点，即检测电极与活动的传感器结构之间的有效电容很小。此外，通过每个活动的传感器元件仅有的一个位置固定的检测电极不能实现对活动的传感器元件的偏移的差动式检测。

US 2008/0168838A1描述了一种具有全差动式电极布置的旋转速率传感器，其中作为上方的配对电极使用传感器罩中的被适当结构化的且被电接触的区域。但是在该方案中非常困难的是，活动的传感器结构与上方的固定电极之间的距离尽管所有的加工误差仍要被调节到与活动的传感器结构与下方的固定电极之间的距离正好一样大。

同样由现有技术已知具有两个耦合的活动的传感器子结构的旋转速率传感器，这些传感器子结构可被激励作耦合的驱动振动，其中这些活动的子结构具有逆平行的偏移。由于两个子结构的逆平行的驱动振动，作用在旋转速率传感器上的旋转速率导致两个子结构的逆平行的偏移。在活动的子结构与分别配属的固定电极之间的电容变化的分析允许对作用的旋转速率的差动式检测。已知的旋转速率传感器的缺点在于其振动敏感性和对于平行模式的激励难于抑制的敏感性。

发明内容

本发明的任务是提供一种改进的旋转速率传感器。该任务通过具有权利要求1的特征的旋转速率传感器解决。

本发明的核心是在传感器芯中使用一个附加的微机械的功能平面，该附加的功能平面可以与位于其下方的印制导线平面及位于其上方的另外的功能平面无关地通过表面微机械的工艺被结构化。通过该三层结构允许以有利方式实现用于旋转速率传感器的每个传感器结构的全差动式电极布置。

根据本发明的旋转速率传感器包括：具有衬底表面的衬底；设置在该衬底表面上面的第一活动元件，该第一活动元件具有驱动框架和第一检测质量；第一电极和第二电极，该第一电极在该第一检测质量下方间隔距离地设置并且与该衬底表面连接，该第二电极在该第一检测质量上方间隔距离地设置并且与该衬底表面连接。在此，该驱动框架通过至少一个驱动弹簧与该衬底连接，该检测质量通过至少一个检测弹簧与该驱动框架连接，该第一活动元件能被激励至平行于该衬底表面的驱动振动，并且该第一检测质量能垂直于该衬底表面偏移。

根据本发明的旋转速率传感器以有利方式允许对该活动元件垂直于衬底表面的偏移进行差动式分析。该两侧的电极布置允许旋转速率传感器的全共振式工作，其中驱动振动和检测振动的频率通过在电极上施加静电的正反馈电压相互均衡，而不影响该活动元件与这些电极之间的距离。因此，活动元件与电极之间的接触(卡锁)被阻止。根据本发明的旋转速率传感器的另一个优点是其减少的易受振动干扰性。

在一种优选的实施方式中，印制导线平面、第一功能平面和第二功能平面分层地上下叠置，其中，该印制导线平面与该衬底表面连接。在此，该驱动框架设置在该第一功能平面及该第二功能平面中，该第一检测质量至少部分地设置在该第一功能平面中，该第一电极设置在该印制导线平面中，并且该第二电极设置在该第二功能平面中。由此有利地以简单方式允许实现两侧的电极布置。

在一种特别优选的实施方式中，该旋转速率传感器具有一具有第二检测质量的第二活动元件，其中，该第一和第二检测质量通过一个耦合弹簧相互连接，该第一和第二活动元件能被激励至平行于该衬底表面的耦合的驱动振动。这以有利方式提高了旋转速率传感器的精度和干扰不灵敏性。