[发明专利]微机械传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有一个衬底和至少一个设置在衬底上且相对衬底运动的质量块的微机械传感器，用于感测基于同时出现的加速力和/或科氏力引起的传感器运动，其中所述质量块和衬底和/或两个相互运动的质量块通过至少一个弯曲弹簧装置相互连接，所述弯曲弹簧装置具有一个弹簧臂以及设置在其上的扭曲（Maeander），该扭曲具有曲率中心在扭曲内侧的曲率圆。

背景技术

微机械传感器用于感测沿三个相互垂直正交的空间轴中的一个轴或围绕其中至少一个轴的加速度和/或旋转速度。其工作原理原则上在于，作为对传感器相应的加速度或旋转速度的反应，传感器质量块会相对于衬底运动。因此借助于弯曲弹簧装置，传感器质量块是可运动地设置在衬底上，所述弯曲弹簧装置通常由一个或几个弯曲弹簧构成。弯曲弹簧的结构主要决定了，传感器质量块在哪个方向是可运动的。为了或多或少地容许不同的弯曲方向，弯曲弹簧的弹簧刚性在各个空间方向上是不同的。该不同的可运动性是受弯曲弹簧的横截面变化也受弯曲弹簧的空间变化影响的。特别是在弯曲弹簧的扭曲式结构的情况下，能在扭曲面实现相对高的弹性。然而在由撞击传感器引起的冲击影响下，会产生可能导致弯曲弹簧损坏的极端弯曲应力。

从US6，401，536 B1已知一种加速器传感器，其中传感器质量块借助弯曲弹簧装置固定在衬底的锚上。所述弯曲弹簧装置由多个分别固定在锚端的单独弹簧构成。此外弯曲弹簧在其朝向传感器质量块的端分成两个叉，每个叉分别设置在传感器质量块上。该弯曲弹簧的每个叉弯成扭曲状，每个单独段走向各自彼此相互平行。扭曲的扭转为180度的半圆形。视所说明的实施方式不同，每个叉设有一个或多个扭曲。扭曲的每个扭转是这样的形式，即弯曲弹簧紧贴的各个曲率圆的曲率中心在各自扭曲的内侧。

从DE698 22 756 T2中已知一种微机械陀螺仪，其中同样也是传感器质量块借助弯曲弹簧装置固定在衬底的锚上。弯曲弹簧装置能容许传感器围绕锚弹性运动，与前述公开出版物的情况一样。弯曲弹簧装置由三个各自弯成扭曲状的单独弯曲弹簧组成。扭曲的各个段不是彼此相互平行设置的。各个弯曲弹簧的弯曲半径在相应段走向小于180度，以便弹簧臂相互伸展开。各个弯曲半径的中心也位于扭曲内侧。

现有技术的缺点是，在传感器极端偏转的情况下，相对高的峰值应力会出现于弯曲弹簧装置处。这会导致弹簧损坏以及因此导致整个传感器损坏。特别是弹簧可能会断裂或有裂纹，使传感器的运动受阻或完全抑制。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有可运动的传感器质量块的微机械传感器，其在运动性上一方面是可控的，另一方面在其弹簧处也能吸收高的弯曲负荷，不会出现损坏。

通过具有权利要求1的特征的微机械传感器实现了该目的。

根据本发明的微机械传感器具有一个衬底和至少一个设置在衬底上并与衬底相对运动的质量块，用于感测传感器的线性和/或旋转加速度。当加速力和/或科氏力对传感器起作用时，所述质量块一方面以驱动形式运动 - 在除去外部加速度的情况下静止 ，另一方面随感测运动而作出反应。该运动的传感器质量块通过至少一个弯曲弹簧装置固定在衬底上。另一可选择的方式是多个相互运动的质量块可通过至少一个弯曲弹簧装置相互彼此连接和相互相对运动。因此不是在每种情况下，传感器直接设置在衬底都是必要的。在本发明的微机械传感器的一些设计中，传感器质量块也能够例如固定在驱动质量块上，与驱动质量块一同运动作为初级运动，相对驱动质量块运动只是用于显示加速力和/或科氏力。传感器质量块和驱动质量块通过相应的弯曲弹簧装置相互连接。所述弯曲弹簧装置具有弹簧臂和设置在其上的扭曲。

所述扭曲具有一个中心在扭曲内侧的曲率半径。借助弯曲弹簧的扭曲结构实现了弯曲弹簧装置的特别弹性。根据本发明，该弯曲弹簧装置是这样设计的：所述扭曲除了具有内中心的曲率半径外还有至少另外一个中心在扭曲外侧的曲率半径。所述的至少另外一个曲率半径设置在扭曲和弹簧臂之间。因此减少了在弯曲弹簧装置上出现的应力。由此避免了在传感器质量块极端偏转情况下弯曲弹簧装置的损坏或断裂。此外有助于传感器质量块的均衡偏转，以便进一步减少微机械传感器的损坏风险以及提高在确定加速或旋转运动时的微机械传感器的准确度。

在本发明的一个有利的设计结构中弯曲弹簧装置具有多个弹簧臂。当扭曲设置在弹簧臂上，由于存在的弯曲，出现在弯曲弹簧装置上的应力是明显可减少的。因此弹簧臂断裂或损坏的风险减少。