[发明专利]具有针对热力学应力低敏感度的微机电结构

说明书

本发明涉及微机电结构，并且更具体地涉及通过采用并调整用于将可移动的检验质量块连接至锚固部的弹性元件来补偿热力学应力影响的系统、装置和方法。检验质量块通过相对于可移动的质量块旋转轴线平移和倾斜而对加速度作出响应。热力学应力在制造、包装和组装的过程中或者在结构的整个寿命内在结构中累积。应力造成了检验质量块上的位移。多个弹性元件连接成支承检验质量块。这些弹性元件的几何形状和结构被调整以减小由热力学应力造成的位移。

技术领域

本发明涉及微机电结构，并且更具体地讲本发明涉及通过采用并调节弹性元件来补偿热力学应力的影响的系统、装置和方法，其中所述弹性元件被用于耦联微机电结构内所包含的可移动的检验质量块与锚固部。

背景技术

微机电结构广泛用作为传感器，以检测加速度、旋转、压力、温度以及多种其它物理参数。微机电结构通常利用导致几个微米特征结构尺寸的微机加工工艺在硅基材上被形成。此类小型化的装置可以将机械运动转换成电特征。一种典型的微机电结构是微机加工的电容式加速度计，其包括在硅基材上方悬置的检验质量块。

图1A示出了z轴电容式加速度计100，并且图1B示出了该加速度计针对面外加速度的响应150。z轴电容式加速度计100具有可移动的检验质量块102，该检验质量块经由锚固部106锚固至基材104。电极在检验质量块102以及静止的基材这两者上形成，从而两个电容器108A和108B形成并且在锚固部106的两侧设置。响应于沿z轴的面外加速度，检验质量块102相对于其旋转轴线106倾斜。检验质量块102与对应的电极110A和110B之间的间隙不同地发生变化，并且导致了电容器108A与108B之间的不匹配。这种电容的不匹配通过接口电路被处理，以输出表明面外加速度幅度的信号。

即使没有面外加速度施加，热力学应力也可以向输出引入固有偏移或偏差。在理想的情况中，电容器108A与108B之间的电容不匹配应当仅仅与面外加速度相关，并且在没有涉及面外加速度时，这种电容不匹配不会出现。然而，在焊接和包装的过程中，热力学应力可以在基材104中聚集，不可避免地造成了基材卷边。在这种卷边相对于锚固部106是对称的时，电容器间隙变化碰巧抵消并且导致了电容器108A与108B之间没有电容不匹配。在多数情况中，基材卷边是非对称的。与电容器的靠近程度无关，电容器108A和108B的间隙变化总是不同的。这种非对称的间隙变化从接口电路被引入到最终的输出中，并且导致了所检测的加速度中的偏移以及加速度计100的灵敏度偏差。

显然地，电容式加速度计100的装置性能由于基材104中的热力学应力而被折衷。这种性能降级通常由这样的微机电结构所享有，其中所述微机电结构依赖用于检测和转换机械运动的悬置的检验质量块。存在在制造、包装、组装以及有效期操作过程中在基材104中累积的热力学应力补偿的需求。

发明内容

本发明的不同实施例涉及微机电结构，并且更具体地涉及通过采用并调整用于将在微机电结构内包含的可移动的检验质量块和锚固部相连的弹性元件来补偿热力学应力影响的系统、装置和方法。

本发明的一个方面为微机电结构，其包括基材、检验质量块、至少一个锚固部和多个弹性元件。检验质量块在所述基材上方悬置，所述检验质量块通过相对于位于其所在平面中的可移动的质量块旋转轴线平移和倾斜而对加速度作出响应。至少一个锚固部在所述基材上固定，所述至少一个锚固部被连接成支承所述检验质量块。所述弹性元件在所述至少一个锚固部与所述检验质量块之间连接，以支承检验质量块。这些弹性元件的几何形状和结构被调整成减少由热力学应力导致的检验质量块的位移。

本发明的一个方面为补偿微机电结构内累积的热力学应力的方法。首先确定在所述结构内累积的热力学应力的程度。所述热力学应力使得检验质量块出现位移，其中所述检验质量块通过相对于可移动的质量块旋转轴线平移和倾斜而对加速度作出响应。随后根据热力学应力的程度确定偏移值和灵敏度偏差，并且这些值与通过所述结构响应于所述加速度而产生的输出相关。调整多个弹性元件的几何形状和结构，以补偿所述偏移值和灵敏度偏差。