微机械结构制造技术

本发明专利技术涉及一种微机械结构，特别是转速传感器，其具有衬底，衬底具有主延伸平面，微机械机构用于探测绕垂直于主延伸平面延伸的第一方向的第一转速、用于探测绕平行于主延伸平面延伸的第二方向的第二转速并且用于探测绕平行于主延伸平面并且垂直于第二方向延伸的第三方向的第三转速，微机械结构具有被驱动绕平行于第一方向的旋转轴线进行扭转振动的扭转振动元件，微机械结构还具有用于探测第一转速的转速传感器装置，扭转振动元件在平行于主延伸平面的平面中完全环绕转速传感器装置，微机械结构具有转速传感器装置在扭转振动元件处的至少一个第一连接件，其特征在于，微机械结构具有转速传感器装置在衬底处的至少一个第二连接件。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种微机械结构，特别是转速传感器，其具有衬底，衬底具有主延伸平面，微机械机构用于探测绕垂直于主延伸平面延伸的第一方向的第一转速、用于探测绕平行于主延伸平面延伸的第二方向的第二转速并且用于探测绕平行于主延伸平面并且垂直于第二方向延伸的第三方向的第三转速，微机械结构具有被驱动绕平行于第一方向的旋转轴线进行扭转振动的扭转振动元件，微机械结构还具有用于探测第一转速的转速传感器装置，扭转振动元件在平行于主延伸平面的平面中完全环绕转速传感器装置，微机械结构具有转速传感器装置在扭转振动元件处的至少一个第一连接件，其特征在于，微机械结构具有转速传感器装置在衬底处的至少一个第二连接件。【专利说明】微机械结构
本专利技术从一种按照独立权利要求的前序部分的微机械结构出发。
技术介绍
由现有技术已知了微机械结构或者转速传感器。这样的装置多年以来在批量生产中制造用于多种应用，例如在汽车领域中和在消费电子装置领域中。近期多轴转速传感器明显最多。在消费电子装置领域中这尤其涉及三轴的或三通道的转速传感器或者微机械结构。在此，除关于微机械结构的精度和其他性能的方面以外，这样的微机械转速传感器的小的结构尺寸以及所伴随的低成本也是决定性的。在此在技术上能够将三通道转速传感器(即具有典型地分别相互垂直地设置的三个感测轴线或者感测方向的转速传感器)或者三个单通道转速传感器设置在一个壳体中或者一个装置中，例如放置在一个芯片上。除此以外已知其他解决方案，其中三轴性(例如至少相对于两个转速轴线的转速灵敏性，即绕平行于和垂直于衬底的主延伸平面延伸的轴线)通过复杂耦合的结构以共同的驱动模式示出。最后的变型方案能够实现微机械结构或者微机械的或者微机电的构件的减小的结构尺寸，从而可减小结构尺寸并且可实现更简单的分析处理电路，这尤其对于消费电子装置应用而言是有利的。文献DE102008042369A1公开了例如三个并排设置的传感器结构，其中各一个传感器结构覆盖转速传感器的一个测量轴线或者一个感测方向，其中这些相互并排设置的传感器结构通过一个共同的驱动梁相互连接。由于所述设置，微机械结构或者转速传感器的面积需求相对较高。因此，在尽可能最大程度的微型化方面，这些方案看起来是充满希望的，其中可以应用用于探测绕多个轴线的转速的各个质量。其示例是具有旋转盘的微机械结构或者执行扭转振动的盘，但其功能首先限于两个平行于衬底的主延伸平面的感测旋转轴线，这通常以下方式表示:感测的旋转轴线或者绕其可以探测转速的旋转轴线以X方向和以y方向识别，其中X方向和I方向相应于传感器衬底的平面并且绕这两个相互垂直的轴线的相应转速通常以Qy表示。这样的微机械结构的绕第三空间方向的附加敏感性——通常称为Ωζ灵敏度或者Ωζ功能性，即在微机械结构绕垂直于传感器衬底的平面的Z轴线旋转时的灵敏性——必须通过附加结构确保。为此，文献ΕΡ1832841Α1和US2010/0154541A1提出一种直线振动器，其设置在盘或者扭转振动装置的空缺中并且通过弹簧可运动地耦合到所述盘。这样的结构的重要缺点在于，不仅科里奥利力而且强烈的离心力作用到用于Ωζ探测的探测质量上，所述离心力严重叠加有用信号一即科里奥利信号。科里奥利力的值与震动质量的质量、垂直于旋转轴线的速度和转速的乘积的两倍成比例。离心力的值与震动质量的质量、角频率的平方以及绕旋转轴线的半径成比例。如果速度(垂直于旋转轴线)作为较频率和半径的积，则作为离心力与科里奥利力的比值得出转速Ω与角频率的两倍的比值，即例如在20kHz的驱动频率以及已经选择的相当较大的1000度每秒的转速的情况下产生离心力的值与科里奥利力的值的比值为7200。虽然在双倍频率下出现离心信号，然而为了避免过调必须在分析处理电路中维持输入级的相应较大的动态范围，从而由此使传感器的分辨率恶化。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是提供一种微机械结构或者一种转速传感器，其不具有现有技术的缺点并且——在或者三轴转速传感器或者具有平行于衬底的主延伸平面的感测方向和垂直于衬底的主延伸平面的感测方向的两轴转速传感器的情况下一尤其具有在绕垂直于主延伸平面的轴线旋转时相对于离心力的更大不敏感性。根据独立权利要求的按照本专利技术的微机械结构或者按照本专利技术的转速传感器相对于现有技术具有以下优点，在绕垂直于主延伸平面的旋转轴线旋转时可以实现相对于离心力的更大不敏感性。由此，按照本专利技术有利地能够得到传感器或者微机械结构相对于绕垂直于微机械结构的衬底的主延伸平面的旋转轴线(以下也称为第一旋转轴线)的旋转的更大敏感性。此外按照本专利技术有利地能够连同三通道(或者两通道)转速传感器或者相应的微机械结构的非常紧凑的实现来实现所述优点，从而用于实现微机械结构的空间需求特别小并且因此成本可极大地最小化。按照本专利技术，由此实现离心力的更小依赖性，即设置在扭转振动元件的内部的转速传感器装置不仅通过至少一个第一连接件与扭转振动元件连接而且也通过至少一个第二连接件与衬底连接。由此可以决定性地减小或者甚至避免传感器有用信号(科里奥利信号)通过离心信号或者通过离心加速度效果的影响或者叠加，从而按照本专利技术能够实现转速信号的更好且更精确的分析处理并且特别是传感器装置或者微机械结构具有更高性能。本专利技术的构型和扩展方案可以由从属权利要求以及参照附图的描述得出。按照本专利技术的一种优选扩展方案，转速传感器装置具有第一转速传感器元件和第二转速传感器元件，其中微机械结构配置成驱动第一转速传感器元件和第二转速传感器元件平行于驱动方向进行反向的驱动运动，其中为了实现所述驱动运动扭转振动元件借助于第一连接件与第一转速传感器元件连接并且借助于另一第一连接件与第二转速传感器元件连接。由此按照本专利技术有利地能够实现绕垂直于传感器衬底平面(衬底的主延伸平面)的轴线的旋转运动的特别精确的探测。按照本专利技术的另一种优选扩展方案，所述第一连接件具有第一弹簧并且所述另一第一连接件具有第二弹簧，其中第一弹簧和第二弹簧分别沿平行于第一方向的方向并且沿垂直于转速传感器装置的驱动运动的方向具有相比于沿平行于转速传感器装置的驱动运动的方向更小的弹簧刚性。由此按照本专利技术有利地能够通过扭转振动元件的扭转振动运动可实现扭转振动元件内部的转速传感器装置的可靠驱动并且尽管如此不仅垂直于转速传感器装置的驱动方向(即不仅平行于主延伸平面垂直于驱动方向而且沿垂直于衬底的主延伸平面的方向)的运动分量的耦合是可避免的并且因此转速传感器装置的尽可能纯粹的直线驱动(即使通过扭转振动元件和所伴随的旋转运动的驱动并且即使由于平行于主延伸平面出现的转速分量引起的扭转振动元件垂直于主延伸平面的偏移)是可能的。按照本专利技术尤其提出，第一弹簧和第二弹簧分别沿平行于第一方向的方向并且沿垂直于转速传感器装置的驱动运动的方向具有相比于沿平行于转速传感器装置的驱动方向的方向更小的弹簧刚性，特别是具有以因数10或以因数50或以因数100相比于沿平行于转速传感器装置的驱动方向的方向更小的弹簧刚性。按照本专利技术的另一种优选扩展方案，第一转速传感器元件借助于第二连接件与衬底连接，并且第二转速传感器元件借助于另一第二连接件与衬底连接。由此按照本专利技术以特别有利的方式能够减少离心力对转速传感器或者微机械结构的分析处理的影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机械结构（1），特别是转速传感器，其具有衬底（110），所述衬底具有主延伸平面（100），所述微机械机构用于探测绕垂直于所述主延伸平面（100）延伸的第一方向（101）的第一转速并且用于探测绕平行于所述主延伸平面（100）延伸的第二方向（102）的第二转速，其中，所述微机械结构（1）具有被驱动绕平行于所述第一方向（101）的旋转轴线进行扭转振动的扭转振动元件（10），其中，所述微机械结构（1）还具有用于探测所述第一转速的转速传感器装置（12），其中，所述扭转振动元件（10）在平行于所述主延伸平面（100）的平面中完全环绕所述转速传感器装置（12），其中，所述微机械结构（1）具有所述转速传感器装置（12）在所述扭转振动元件（10）处的至少一个第一连接件（31，31’），其特征在于，所述微机械结构（1）具有所述转速传感器装置（12）在所述衬底（110）处的至少一个第二连接件（32，32’）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J·克拉森，R·舍本，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE