耐振动的加速度传感器结构制造技术

一种MEMS结构，它包括锚固件(1)、弹簧(2)和震动块(3)，所述震动块(3)通过所述弹簧而被悬挂至所述锚固件(1)以绕着转动轴枢转。通过在所述MEMS结构中包括了从所述震动块(3)延伸至所述锚固件(1)的弹簧结构(2、4、6)，减小了来自不想要的振动模的误差。所述弹簧结构(2、4、6)包括被连接至所述震动块(3)或者所述锚固件(1)的侧臂(4)。所述弹簧结构(2、4、6)的至少一部分是由在所述弹簧结构中沿与所述震动块的所述转动轴平行的方向延伸的侧臂(4)形成的；且该至少一部分被连接至所述弹簧(2)的一端。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐振动的加速度传感器结构
本专利技术大体上涉及MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System：微机电系统)技术，但是更具体地涉及如独立权利要求的前序中所限定的改良的MEMS结构。本专利技术还涉及包括这种改良的MEMS结构的加速度传感器、加速度传感器矩阵、装置和系统。
技术介绍
对主体的加速度进行感测以提供取决于在作用力的影响下所述主体的动力学状态的信号，是被广泛应用的用于检测主体的运动和方位的方法。为了实现该目的，能够使用各种传感器，但是MEMS结构因为它们的小尺寸所以适合于许多应用。在微电子学中，日益增长的需求已经使得可以开发出越来越好的结构以满足在许多领域中遇到的目的，所述许多领域例如涉及车辆、家用电器、衣服、鞋，这里只不过提及了一些应用领域，在这些应用领域中，专利类别可能会包括与MEMS相关的加速度传感器。使用MEMS结构来测量加速度或者与之有关的力的应用还需要适当地控制误差信号。这些误差信号不仅可能是由突然的瞬态力造成的，而且可能是由从各种分量(在这些分量之中，可能有瞬态的)叠加的周期力造成的。因此，在困难状况中，所期望的信号可能被淹没在噪声中，或者所述结构中的振动可能变得非常强。MEMS部件的操作可能因此被干扰，或者通过信号处理而进行的对信号的合理阐释可能变得(如果不是完全不可能的话)非常慢且乏味。一种类型的MEMS结构包括平面型感测元件，该平面型感测元件由转动弹簧支撑着，且因此被布置成绕着转动轴枢转。该机械元件支撑住循着如下的枢转而移动的电极：该枢转是随着所述机械元件的枢转以摇摆(see-saw)或者跷跷板(“teeter-totter”)运动类型而进行的。静感测电极被布置成与动电极相互作用，并且从所述动电极与所述静电极之间的变化的电容生成了输出信号。图1示意性地图示了已知技术的枢转式机械元件。该平面型机械元件包括震动块(seismicmass)100以及弹簧101、102，这些弹簧101、102将该震动块支撑于锚固件(anchor)103，该锚固件103可以被固定于主体上，且该主体的运动是要被检测的。在图1的示例性现有技术构造中，如黑色直线所示，弹簧101、102被锚固以使得震动块100围绕这些悬挂弹簧。图1的结构依其本身是标准的、运行良好的结构。然而，该结构是比较新的设想；所述震动块围绕所述锚固件，所述锚固件处于或者基本上处于环绕的震动块的中间，并且所述震动块通过可能具有或者可能不具有恰好如图1所示的特定对准的弹簧而被连接至所述锚固件。因此，所述震动块可能会在除了所期望的方向以外的其他方向上振动。所期望的运动方向可以是在如图1中局部地示出的X轴的附近，这意味着：根据各种迹象，在Y方向和Z方向上的运动通常是不希望出现的。然而，这样的情况在某种程度上可能会出现。对于在使用MEMS加速度传感器以测量力、运动或者它们任一者的变化的应用中的操作来说，任何作为结果而产生的不稳定性都会是令人烦恼的。因此，该结构能够在数个方向上机械振动，并且瞬变以及相对小的振动可能会令人讨厌地关联至所述震动块从而造成误差。该运动还可能会干扰所期望的信号，以致于更难将信号与误差区分开，即该振动模不干净。因此，该结构本身可能会遭受多模态(multi-modality)的振动，这些多模态的振动对于某些应用来说可能是不想要的性能，虽然在一些其他应用中可能会是令人需要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供解决方案以克服或者减轻现有技术的至少一个劣势。利用根据权利要求1的特征部分的MEMS结构来实现本专利技术的目的。利用根据其他独立权利要求的特征部分的加速度传感器、加速度传感器矩阵、装置和系统来进一步实现本专利技术的目的。从属权利要求中公开了本专利技术的优选实施例。附图说明在下面，将参照附图更详细地说明实施例。相同的附图标记可以用于相似的部件或者物体中，但是并非必须相互一致，因为本领域的技术人员从上下文中能够理解。图1示意性地图示了已知技术的枢转式机械元件；图2图示了传感器结构的构造的实施例；图3A和图3B图示了其中弹簧被支撑于单个锚固件的传感器结构的构造；图4图示了其中利用两个不同的块部Z1和Z2来实现对运动的电容式检测的实施例；图5图示了其中元件Z1、Z2被支撑以围绕同一转动轴枢转的实施例；图6图示了具有额外的支撑结构的传感器结构的另一个有利实施例；图7图示了3d加速度传感器的实施例；图8图示了本专利技术的传感器矩阵、装置、布置和系统的实施例。具体实施方式下面的各实施例是示例性的。虽然本说明书可能会涉及“某一”实施例、“一个”实施例或者“一些”实施例，但是这不一定意味着每次这样的参考是针对相同实施例，或者特征仅适用于单个实施例。不同实施例的单个特征可以结合起来以提供另一个实施例。将利用可以实施本专利技术的各种实施例的传感器结构的简单示例来说明本专利技术的特征。仅详细地说明与为了解释实施例有关的元件。所专利技术的方法和装置的各种实施包括如下的元件：这些元件是本领域的技术人员普遍已知的，且在本文中可能不作具体说明。在被转动弹簧支撑的震动块的构造中，相关的共振频率fres和惯性矩J依赖于震动块到转动轴的距离。该依赖性可以利用下面的公式(1)和(2)来估计：这里，Kres对应于寄生转动模的弹簧常数，J对应于惯性矩，w对应于转动的震动块的宽度，l对应于震动块的长度，且r对应于转动轴到穿过震动块中心的平行轴的距离。能够利用转动的蜿蜒弹簧(rotatedmeanderspring)的y方向弹簧常数ky来估计寄生模的弹簧常数Kres：Kres＝kyd2(3)。这里d是从弹簧的端部至寄生模的转动轴的距离。在转动的蜿蜒弹簧的情况下，ky可以被估计为：这里E是弹性模量，h是厚度，w是弹簧的宽度且l是弹簧的长度。N是弹簧中的蜿蜒数量。能够利用下面的公式来估计测量模的弹簧常数：这里，G是弹簧材料的剪切模量。测量模和寄生模的共振模之比可以因此被估计为：当距离d很小(接近0)时，必须利用如下的修正项来补充等式(3)：这意味着第一寄生共振的总弹簧常数可以利用下面的公式来估计：需要注意的是，在某种摇摆类型的传感器结构构造中，一些寄生共振模相当低且因此太接近测量模。在理想结构中，这样的模将不会干扰测量，但是实际上没有结构是完全对称的且所测量的信号容易被寄生共振模干扰。图2的框图图示了简化的传感器结构的构造，其具有震动块3，该震动块3通过弹簧结构2、4、5、6而被悬挂到锚固件1。该弹簧结构从震动块3延伸至锚固件1，且该弹簧结构的至少一部分是由侧臂4形成的，该侧臂4在该弹簧结构中沿与震动块的转动轴平行的方向延伸、且被连接至弹簧的一端。需要注意的是，通过增大公式(8)的参数d，寄生共振模能够明显地增加，且因此有效地与测量模隔离开。考虑到图2的构造，这意味着在侧臂4和肩部构件6的帮助下，至少一个弹簧2的端部与寄生模的转动轴之间的距离被增大了。所述的侧臂4和肩部构件6被连接到弹簧2和震动块3，因而，具有如此设计的侧臂4的肩部构件6使得该结构更刚硬从而抵抗不想要的振动模。虽然在图2中仅示出了侧臂4和肩部构件6的一种组合，但是本领域的技术人员能理解：可以使用至少两组侧臂和/或肩部构件来使该结构甚至更刚硬从而抵抗不想要的振动。在一个实施例中，这可以采用所述的侧臂4和/或肩部构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS结构，其包括锚固件(1)、弹簧(2)和震动块(3)，所述震动块(3)通过所述弹簧而被悬挂至所述锚固件(1)以绕着转动轴枢转，其特征在于所述MEMS结构包括从所述震动块(3)延伸至所述锚固件(1)的弹簧结构(2、4、6)；所述弹簧结构(2、4、6)的至少一部分是由侧臂(4)形成的，所述侧臂(4)在所述弹簧结构中沿与所述震动块的所述转动轴平行的方向延伸；且所述侧臂(4)被连接至所述弹簧(2)的一端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.12 FI 201250351.一种MEMS结构，其包括锚固件(1)、弹簧(2)和震动块(3)，所述震动块(3)被悬挂至所述锚固件(1)以通过所述弹簧绕着转动轴枢转；所述MEMS结构包括从所述震动块(3)延伸至所述锚固件(1)的弹簧结构(2、4)；所述MEMS结构的特征在于：所述弹簧结构(2、4)的至少一部分是由刚性的侧臂(4)形成的，所述侧臂(4)在所述弹簧结构中沿与所述震动块的所述转动轴平行的方向从所述震动块(3)或从所述锚固件(1)延伸；且所述侧臂(4)被连接至所述弹簧(2)的一端。2.如权利要求1所述的MEMS结构，其中所述侧臂(4)被连接至所述震动块(3)，并且所述弹簧结构包括刚性的肩部构件(6)，所述肩部构件(6)被连接至所述侧臂(4)的一端和所述弹簧(2)的所述一端，由此将所述侧臂(4)连接至所述弹簧(2)的所述一端。3.如权利要求2所述的MEMS结构，其中所述肩部构件(6)沿与所述转动轴的方向垂直的方向延伸。4.如权利要求1至3中任一项所述的MEMS结构，其中所述侧臂(4)被连接至所述震动块(3)，所述锚固件(1)是沿着所述转动轴延伸且至少部分地进入所述震动块(3)中的细长元件。5.如权利要求1所述的MEMS结构，其中所述侧臂(4)从所述震动块(3)开始延伸，且与所述震动块(3)的所述转动轴对齐。6.如权利要求1至3中任一项所述的MEMS结构，其中所述MEMS结构包括位于所述震动块(3)的相对两侧的两...

【专利技术属性】
技术研发人员：维勒佩卡·吕特克宁，
申请(专利权)人：村田电子有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI