[发明专利]用于感测加速度的微机械系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于感测加速度的微机械系统。

背景技术

加速度传感器可以构建为微机械系统。这种传感器例如用在机动车中，在那里，乘员保护装置(安全气囊，安全带拉紧器等)或者驾驶员辅助系统(斜坡驻车制动助力)对加速度信号求值。一种结构类型的这种微机械加速度传感器借助摆臂式质量结构确定垂直于基底作用的加速度。该质量结构可绕一平行于基底延伸的转动轴线相对于基底翻转。一个扭转弹簧将质量结构保持在其平行于基底的静止位置中。质量结构的两个相对于转动轴线彼此对置的杠杆臂具有不同的长度，使得质量结构的重心位于转动轴线之外。如果加速度垂直于基底作用在摆臂式质量结构上，则重心逆着扭转弹簧的力偏转，使得一个杠杆臂朝着基底翻转并且另一杠杆臂远离基底翻转。

通常在基底上在质量结构下面构成电极，这些电极与质量结构一起连接成电容器。如果电极与质量结构之间的间距改变，则电容器的电容也改变。确定该电容并基于该电容提供加速度信号。

从欧洲专利申请EP 0244581或者欧洲专利EP 0773443B1已知这类型的微机械系统。由构造方式决定，可借助这种微机械系统接收的最大加速度局限于一个值内，该值还使质量结构还没有偏转这样远：以致杠杆臂中的一个碰到电极或者基底。比该值高的加速度不能用该微机械系统用确定量值，使得它们在生成的加速度信号中被“削去”。出现这种效果的最小加速度被称作为“截断加速度”。

发明内容

本发明基于这样的任务，给出一种改进的微机械系统。

本发明通过一种微机械系统解决该问题。

根据本发明，提出一种用于感测加速度的微机械系统，该系统包括：基底；具有第一和对置的第二杠杆臂的摆臂式质量结构，这些杠杆臂安置得与基底间隔开并且可绕一转动轴线相对于基底翻转；和在基底上构造的第一和第二电极，其中，每个电极各与一个杠杆臂对置，其中，每个杠杆臂包括一个从所述转动轴线延伸出的区段，所述区段位于所述电极之间的中间空隙的上方并且两个区段具有不同的质量。

本发明提出，一种具有摆臂式质量结构、用于感测加速度的微机械系统这样构造，使得在该质量结构的杠杆臂的端部上构成电容器，借助这些电容器确定摆臂式质量结构的偏转，并且，电容器与转动轴线之间的两个杠杆臂的区段具有不同的质量。以这样的方式，两个杠杆臂可以具有相同的长度，使得在两个方向上的截断加速度大小相同并且偏置误差减小，在传统的微机械系统中由于质量元件的不对称设计引起偏置误差。

与传统的微机械摆臂结构相比，用于感测加速度a的电容器设置得更远离转动轴线。由此，直至达到截断的电容器电极最大可能间距变化以及由此每个电容器的相对电容变化ΔC/C比传统的摆臂结构大。因此，在按相同的传感敏感度ΔC/Ca设计微机械系统时有利地提高了截断加速度，典型地提高两倍。

两个区段的不同质量可以以单侧减轻的形式作为留空或者凹陷、通过在一侧构造呈附加质量形式的附加重量或者通过组合两种可能性而引起。这样，质量差异的产生能够与边缘条件、如制造要求协调。

在基底与质量结构之间的区域中可以在基底上构造一附加电极，以防止位于下面的结构受到所述质量结构的静电影响。为此该附加电极可以具有质量结构的电势。尽管如此，附加电极或者质量结构上的寄生表面电荷可以被捕获(收集)，由此产生附加电极与质量结构之间的静电引力，这些静电引力可以导致质量结构翻转并且由此导致偏置误差。通过将附加电极布置在转动轴线的区域中替代布置在一杠杆臂的外端部上，这些力导致质量结构的翻转减小一半。

该质量结构可以在其朝向基底的一侧承载一覆盖层，该覆盖层在转动轴线两侧提供与附加电极相同大小的表面。所提及的通过寄生表面电荷引起的静电力可以借助覆盖层这样分布到两个杠杆臂上：使得静电力相互抵消并且不出现质量结构的单侧偏转。

与已知的这类型微机械系统相反，该系统可以包括三个功能层以替代两个功能层，其中，第一功能层包括电极，第二功能层包括覆盖层，第三功能层包括质量结构。该系统可以仅略微费事地制造。

附图说明

下面参考附图更详细地描述本发明，附图中示出：

图1一微机械系统；

图2图1的微机械系统的俯视图；以及

图3图1的微机械系统的一个实施例的等轴分解视图。

具体实施方式