[发明专利]复合材料的微机电装置与其制作方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种微机电装置与其制作方法，且特别是有关于一种复合材料的微机电装置与其制作方法。

背景技术

近年来，受益于智能型手机、平板计算机、体感游戏机等相关电子产品的带动，以及电子产品与无线通信与宽带网络的整合之下，微机电惯性传感器，例如加速度计、陀螺仪与振荡器，大量应用于这些电子产品中，使其市场需求呈现逐年大幅地成长。这些微机电惯性传感器的使用环境会有大幅的温度变化。因此，设计出能适应不同环境温度的微机电惯性传感器成为目前的微机电惯性传感器的技术趋势。

图1A是现有的一种加速度计的振动单元的示意图。图1B是现有的一种振荡器的振动单元的示意图。请参考图1A与图1B，常见的微机电惯性传感器可简化为由可挠曲元件及质量块组成的振动单元。

另一方面，振动单元的共振频率可由下述公式得知：

f=12πkm]]>

，其中f为振动单元的共振频率，k为刚性元件的刚性(stiffness)，而m为质量块的质量。因此，振动单元的共振频率是由刚性元件的刚性及质量块的质量这二个重要因子所决定。

在此对刚性元件的定义进行说明。在振动单元的数个元件之中，元件的刚性为决定振动单元的共振频率的重要因子，则可定义为刚性元件。更精确地说，在上述计算振动单元的共振频率的公式中，所使用的刚性(k)参数是由刚性元件所决定。

因此，在图1A的加速度计中，振动单元10由可挠曲元件12(弹簧)及质量块14组成。振动单元10的共振频率主要是由可挠曲元件12的刚性及质量块14的质量所决定。因此，在图1A的加速度计中，可挠曲元件12可被定义为刚性元件。

在图1B的振荡器中，振动单元10a为梁状质量块12a本身且振动单元10a的共振频率主要是由梁状质量块12a本身的刚性及梁状质量块12a本身的质量所决定。因此，在图1B的振荡器中计中，梁状质量块12a可被定义为刚性元件。

由此可知，刚性元件的刚性对于振动单元的共振频率影响甚大。另一方面，传统的微机电惯性传感器的刚性元件的材料性质，例如杨氏系数(Young’s Modulus)，会随着温度变化而改变，进而改变刚性元件的刚性，而造成的振动单元共振频率发生改变，而使测量到的感测值不准确。杨氏系数随着温度变化而改变的程度可用杨氏系数温度系数(TemperatureCoefficient of Young’s Modulus，TCE)表示。更精确地说，杨氏系数温度系数(TCE)可定义为：在单位温度内，杨氏系数的变化率。

当振动单元的共振频率随温度的改变而发生变化时，共振频率变化的程度可用频率温度系数(Temperature Coefficient of frequency，TCf)表示，如图2所示。相同地，频率温度系数(TCf)可精确的定义为：在单位温度内，共振频率的变化率。当振动单元的共振频率不会随温度的改变而发生变化时，振动单元的频率温度系数(TCf)为零，此时的频率温度系数可称为零值频率温度系数(Zero TCf)。

图3是现有的一种微机电共振器的示意图。请参考图3，微机电共振器20的刚性元件22为梁状质量块。刚性元件22通过可挠性元件24连接固定座26，并受到驱动电极28a的驱动而产生周期式的往复振动。当梁状质量块达到共振模态时，梁状质量块振幅最大，感应电极28b感应到最大的电压变化，而微机电共振器20将测量到的电压变化的频率输出，即可作为频率信号。此时，刚性元件22的材料性质，例如杨氏系数，会随着温度变化而改变，而改变刚性元件22的刚性，进而造成刚性元件22(梁状质量块)的共振频率发生改变，而使频率信号会随温度而改变。