[发明专利]耐振动的加速度传感器结构

说明书

技术领域

本发明大体上涉及MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System：微机电系统)技术，但是更具体地涉及如独立权利要求的前序中所限定的改良的MEMS结构。本发明还涉及包括这种改良的MEMS结构的加速度传感器、加速度传感器矩阵、装置和系统。

背景技术

对主体的加速度进行感测以提供取决于在作用力的影响下所述主体的动力学状态的信号，是被广泛应用的用于检测主体的运动和方位的方法。为了实现该目的，能够使用各种传感器，但是MEMS结构因为它们的小尺寸所以适合于许多应用。在微电子学中，日益增长的需求已经使得可以开发出越来越好的结构以满足在许多领域中遇到的目的，所述许多领域例如涉及车辆、家用电器、衣服、鞋，这里只不过提及了一些应用领域，在这些应用领域中，专利类别可能会包括与MEMS相关的加速度传感器。

使用MEMS结构来测量加速度或者与之有关的力的应用还需要适当地控制误差信号。这些误差信号不仅可能是由突然的瞬态力造成的，而且可能是由从各种分量(在这些分量之中，可能有瞬态的)叠加的周期力造成的。因此，在困难状况中，所期望的信号可能被淹没在噪声中，或者所述结构中的振动可能变得非常强。MEMS部件的操作可能因此被干扰，或者通过信号处理而进行的对信号的合理阐释可能变得(如果不是完全不可能的话)非常慢且乏味。

一种类型的MEMS结构包括平面型感测元件，该平面型感测元件由转动弹簧支撑着，且因此被布置成绕着转动轴枢转。该机械元件支撑住循着如下的枢转而移动的电极：该枢转是随着所述机械元件的枢转以摇摆(see-saw)或者跷跷板(“teeter-totter”)运动类型而进行的。静感测电极被布置成与动电极相互作用，并且从所述动电极与所述静电极之间的变化的电容生成了输出信号。

图1示意性地图示了已知技术的枢转式机械元件。该平面型机械元件包括震动块(seismic mass)100以及弹簧101、102，这些弹簧101、102将该震动块支撑于锚固件(anchor)103，该锚固件103可以被固定于主体上，且该主体的运动是要被检测的。在图1的示例性现有技术构造中，如黑色直线所示，弹簧101、102被锚固以使得震动块100围绕这些悬挂弹簧。

图1的结构依其本身是标准的、运行良好的结构。然而，该结构是比较新的设想；所述震动块围绕所述锚固件，所述锚固件处于或者基本上处于环绕的震动块的中间，并且所述震动块通过可能具有或者可能不具有恰好如图1所示的特定对准的弹簧而被连接至所述锚固件。因此，所述震动块可能会在除了所期望的方向以外的其他方向上振动。

所期望的运动方向可以是在如图1中局部地示出的X轴的附近，这意味着：根据各种迹象，在Y方向和Z方向上的运动通常是不希望出现的。然而，这样的情况在某种程度上可能会出现。对于在使用MEMS加速度传感器以测量力、运动或者它们任一者的变化的应用中的操作来说，任何作为结果而产生的不稳定性都会是令人烦恼的。

因此，该结构能够在数个方向上机械振动，并且瞬变以及相对小的振动可能会令人讨厌地关联至所述震动块从而造成误差。该运动还可能会干扰所期望的信号，以致于更难将信号与误差区分开，即该振动模不干净。因此，该结构本身可能会遭受多模态(multi-modality)的振动，这些多模态的振动对于某些应用来说可能是不想要的性能，虽然在一些其他应用中可能会是令人需要的。

发明内容

本发明的目的是提供解决方案以克服或者减轻现有技术的至少一个劣势。利用根据权利要求1的特征部分的MEMS结构来实现本发明的目的。利用根据其他独立权利要求的特征部分的加速度传感器、加速度传感器矩阵、装置和系统来进一步实现本发明的目的。从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。

附图说明

在下面，将参照附图更详细地说明实施例。相同的附图标记可以用于相似的部件或者物体中，但是并非必须相互一致，因为本领域的技术人员从上下文中能够理解。

图1示意性地图示了已知技术的枢转式机械元件；

图2图示了传感器结构的构造的实施例；

图3A和图3B图示了其中弹簧被支撑于单个锚固件的传感器结构的构造；

图4图示了其中利用两个不同的块部Z1和Z2来实现对运动的电容式检测的实施例；

图5图示了其中元件Z1、Z2被支撑以围绕同一转动轴枢转的实施例；

图6图示了具有额外的支撑结构的传感器结构的另一个有利实施例；

图7图示了3d加速度传感器的实施例；