[发明专利]用于微机械Z传感器的摆杆装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微机械Z传感器的摆杆装置。本发明还涉及一种用于制造微机械Z传感器的摆杆装置的方法。

背景技术

用于测量物理加速度的传统传感器通常具有由硅制成的微机械结构(传感器核)和分析处理电子器件。能够实现在垂直于传感器核的主平面的方向上测量加速度的传感器核称作Z传感器。这种传感器用于机动车领域——例如ESP系统中或移动电话领域中。

例如，在博士论文《-Sensor als elektrische Teststrukturen zur Charakterisierung ihrer Herstellungsprozesse》(Maute，Matthias；图宾根大学；2003年)的第六章中进一步描述了所述的传感器原理。

EP 0 244 581 A1公开了一种用于自动触发乘员保护装置的微机械传感器。

EP 0 773 443 B1公开了一种微机械加速度传感器。

在例如在DE 10 2007 060 878 A1和DE 10 2009 000 167 A1中公开的所谓的“FP功能化”的范畴内，对于微机械加速度传感器构造摆杆(Wippe)，所述摆杆不仅由单个紧凑层结构化而且在两个不同的硅层中结构化。因此，可以构成可运动的“皿状”结构。

在操作加速度传感器时，在突然过负荷的情况下(例如当具有加速度传感器的控制设备掉到地面上时)，质量(Masse)和(因此)弹簧可能在垂直方向上(即向平面外)偏移。在此，FP功能层的质量可能损坏上方的电极或者也可能破坏FP功能层自身。

为了防止以上所述情况，提出例如在DE 10 116 931 A1中描述的机械止挡。在其中公开的止挡在约7μm至约10μm之后才阻止摆杆。然而，因为在所述的具有FP功能化的技术中摆杆位于两个电极之间并且所述两个电极小于约2μm地彼此远离，所以所述传统的过负荷保护不再足够。因此，开发了附加结构，其能够使摆杆在止挡之前停止。在DE 10 2009 029 095 A1和US 8 124 895 B2中公开了这种机械止挡。

发明内容

本发明的任务是，提供一种具有增大的止挡加速度的微机械Z传感器。

根据第一方面，所述任务借助用于微机械Z传感器的摆杆装置解决，所述摆杆装置：

具有两个可围绕扭转轴线支承的、皿状构造的摆杆臂，其中摆杆装置相对于扭转轴线非对称地构造；

对于每个摆杆臂具有一个止挡区域，所述止挡区域具有至少一个第一止挡元件，其中在每一个摆杆臂上所述止挡区域相对于摆杆装置的传感区域限定地增高地构造。

借助摆杆臂的增高的区域，可以提供更多的运动自由度并且因此提供用于具有根据本发明的摆杆装置的Z传感器的增大的止挡加速度。通过这种方式，可以有利地提高微机械Z传感器的功能。

根据第二方面，所述任务借助用于制造微机械Z传感器的摆杆装置的方法解决，所述方法具有以下步骤：

提供两个非对称地皿状构造的摆杆臂；

如此构造每个摆杆臂的各一个区域，使得所述区域具有至少一个第一

止挡元件并且相对于摆杆装置的传感区域限定地增高地构造。

从属权利要求的主题是根据本发明的摆杆装置的和根据本发明的方法的优选实施方式。

摆杆装置的一种有利扩展方案的特征在于，摆杆装置在止挡区域中的增高的程度基本上相应于第一止挡元件的高度。通过这种方式，可以在考虑摆杆装置的机械给定条件的情况下优化摆杆臂的运动间隙，使得由此最大程度地增大止挡加速度。

摆杆装置的一种有利扩展方案的特征在于，在摆杆装置的下侧上对于每个摆杆臂在第一止挡元件和扭转轴线之间附加地设置有至少一个第二止挡元件。通过这种方式，整个摆杆装置的或者整个微机械Z传感器的耐摔强度可以有利地增大。由此，尤其保护摆杆臂的增高的区域和摆杆装置的传感区域之间的敏感过渡区域免受损坏或者断裂。

摆杆装置的有利扩展方案设置，将摆杆装置的穿孔构造为具有倒圆的角的开口或构造为具有倒圆的角的缝隙状开口。由此，可以实现摆杆装置的摆杆臂的增大的机械稳健性，因为机械应力均匀地分布到材料上。其结果是，提供更大的物理质量，其能够接收更多的机械能量。此外，通过这种方式可以有利地提供增大的电容，其可以改善Z传感器的传感特性。