[发明专利]微机械惯性传感器

说明书

本发明涉及一种微机械惯性传感器(100)，具有：‑固定在衬底上的能运动的震动质量(20a)，该震动质量具有梳状构造的第一电极(20c)；‑固定在所述衬底上的第二电极(20d)，其中，所述电极(20c、20d)这样构造，使得在未施加外部加速度的情况下所述第一电极(20c)与所述第二电极(20d)沿传感方向的重叠部分(L)限定地小并且小于约35％、优选小于约25％。

技术领域

本发明涉及一种微机械惯性传感器。本发明还涉及一种用于制造微机械惯性传感器的方法。

背景技术

长时间以来已知具有MEMS结构的微机械xy惯性传感器。该微机械xy惯性传感器可以具有构造在功能层中的震动质量，该震动质量通过弹簧锚固在衬底上。质量的偏移通常通过实施为平板电容器的电极测量。所述偏移改变电容器的平板的间距并且测量由此产生的电容变化。

发明内容

本发明的任务是提供具有改善的传感特性的微机械惯性传感器。

根据第一方面，所述任务通过以下微机械惯性传感器解决，该微机械惯性传感器具有：

-具有梳状构造的第一电极的、固定在衬底上的、可运动的震动质量；

-固定在衬底上的第二电极，其中，所述电极这样构造，使得在未施加外部加速度的情况下第一电极与第二电极沿传感方向的重叠部分限定地小并且小于约35％、优选小于约25％。

有利地，可以借助于梳状电极结构产生非常均匀的线性电信号。在梳状结构中，每单位偏移量的电容变化通过梳间距限定，并且最大偏移通过梳长度和在基本状态中的梳重叠部分限定。与此不同地，在传统的平板电容器组件中，每单位偏移量的电容变化和最大偏移均通过平板间距限定。

有利地，以该方式也可以提供传感器针对衬底扭曲的很大程度上的不敏感性。

在平板电容器组件中，通常使用两个差分布置的、相同大小的固定电极。在震动质量偏移时，所述质量相对于第一电极的间距增大的尺寸等于其相对于第二电极减小的尺寸。在静止位置中，震动质量刚好位于两个电极的中间。在所述电极上通常作用有分析处理电压，该分析处理电压将力施加到震动质量上。通过对称布置，两个电极施加到震动质量上的力刚好抵消。由于在具有间距的平板电容器中的力的非线性，通过震动质量的偏移干扰力平衡。自确定的点起，弹簧的复位力不再足够并且震动质量被完全拉到固定电极上。这导致坍塌(Kollaps)，并且在此震动质量剧烈加速并以大的速度撞到固定电极或为此特定设置的停止结构上。

与此相对地，在梳状结构中的力有利地与偏移无关。有利地，以该方式也可以提供微机械惯性传感器相对于分析处理电压的很大程度上的不敏感性。

此外，以该方式可以有利地防止以高速度碰撞在固定电极上或为此特定设置的停止结构上，该碰撞通过作用的电压引起。

在平板电容器组件中，在基本状态中的电容通过平板间距确定。每单位偏移量的电容变化同样通过平板间距确定。在梳状组件中，在基本状态中的电容通过在基本状态中的指间距和指重叠部分确定。

根据第二方面，所述任务通过用于制造微机械惯性传感器的方法解决，所述方法具有以下步骤：

-提供具有梳状构造的第一电极的、固定在衬底上的可运动的震动质量；

-提供固定在衬底上的第二电极，其中，所述电极这样构造，使得在未施加外部加速度的情况下第一电极与第二电极沿传感方向的重叠部分限定地小并且小于约35％、优选小于约25％。

在下面阐释微机械惯性传感器的优选扩展方案。

微机械惯性传感器的有利扩展方案的特征在于，在关于惯性传感器的测量范围而言的最大负加速度的情况下第一电极与第二电极沿传感方向这样重叠，使得第一电极和第二电极的端部区段限定地小地重叠或相对彼此小于第一和第二电极的端部区段之间的间距地间隔开。