加速度度量传感器和便携式电子装置制造方法及图纸

本公开涉及一种加速度度量传感器和便携式电子装置。加速度度量传感器包括：承载结构；半导体材料的悬置区域，相对于所述承载结构可移动；至少一个第一调制电极，固定至所述承载结构并且被配置用于在使用中采用包括具有第一频率的至少一个周期性分量的电调制信号来偏置；至少一个第一可变电容器，由所述悬置区域以及由所述第一调制电极形成为使得所述悬置区域经受取决于所述电调制信号的第一静电力；以及感测组件，被配置用于当所述加速度度量传感器经受加速度时产生电感测信号，所述电感测信号指示所述悬置区域相对于所述承载结构的位置并且包括频率调制分量，所述频率调制分量取决于所述加速度和所述第一频率。

Acceleration measurement sensor and portable electronic device

The present disclosure relates to an acceleration measurement sensor and a portable electronic device. The acceleration measurement sensor includes a bearing structure; mounting region of semiconductor material, with respect to the movable bearing structure; at least one first modulation electrode fixed to the bearing structure and configured to use includes at least one periodic component having a first frequency modulated signal to the electrical bias in the use of at least one; the first variable capacitor by the mounting area and by the first modulation electrode is formed such that the mounting area subjected to depending on the electrical signals of the first static electricity; and a sensing assembly, configured when the acceleration sensor to measure acceleration generated when the inductance measuring signal. The inductance measuring signal indicates that the mounting area relative to the position of the bearing structure and includes frequency modulation component, the frequency modulation depends on the Acceleration and the first frequency.

【技术实现步骤摘要】
加速度度量传感器和便携式电子装置
本公开涉及使用MEMS(微电机系统)技术获得的具有高精度以及对温度和老化低敏感性的加速度度量传感器。
技术介绍
如已知的那样，加速度度量传感器或者加速度计是将加速度转换为电信号的惯性传感器。使用MEMS技术获得的加速度度量传感器基本上由移动结构和检测系统构成，检测系统耦合至移动结构并且产生对应的电信号(例如电容性变化)，电信号接着提供至处理接口。例如，美国专利8,671,756描述了用于MEMS谐振双轴加速度计的微电机感测结构。微电机感测结构包括借由弹性元件以悬置在衬底之上方式而锚定至衬底的惯性质量块。弹性元件使能惯性感测惯性质量块沿着属于惯性质量块的主延伸平面的第一感测轴线和第二感测轴线响应于相应线性外部加速度的移动。此外，微电机感测结构包括至少一个第一谐振元件和一个第二谐振元件，其沿着第一和第二感测轴线具有相应的纵向延伸，并且经由对应的弹性元件以当惯性质量块分别沿着第一和第二感测轴线位移时经受相应轴向应力的方式而机械地耦合至惯性质量块。通常，加速度计可以用于多种应用。例如，它们可以形成对应的倾角计。然而，在多个应用中，需要由加速度计所提供的电信号特别精确和准确。就此而论，在一些应用中需要所谓的ZGO(零重力偏移)稳定性小于0.00981m/s2。更详细地，加速度计经受不希望的现象，诸如例如温度变化、老化、机械应力等。前述不希望的现象引起由加速度计所产生电信号内伪分量的产生，也即分量不与加速度计所经受的加速度相关联，结果减小了加速度计的精确性。
技术实现思路
本公开提供了一种加速度度量传感器，与现有技术相比，其具有对温度和老化的低敏感性。根据本公开，提供了一种加速度度量传感器，加速度度量传感器包括：承载结构；半导体材料的悬置区域，相对于所述承载结构可移动；至少一个第一调制电极，固定至所述承载结构并且被配置用于在使用中采用包括具有第一频率的至少一个周期性分量的电调制信号来偏置；至少一个第一可变电容器，由所述悬置区域以及由所述第一调制电极形成为使得所述悬置区域经受取决于所述电调制信号的第一静电力；以及感测组件，被配置用于当所述加速度度量传感器经受加速度时产生电感测信号，所述电感测信号指示所述悬置区域相对于所述承载结构的位置并且包括频率调制分量，所述频率调制分量取决于所述加速度和所述第一频率。根据本公开，提供一种便携式电子装置，包括：加速度度量传感器，包括，固定区域；半导体材料的悬置区域，沿相对于所述固定区域的平移或旋转方向可移动；第一调制电极，附接至所述固定区域并且被配置用于接收电调制信号，所述电调制信号包括具有第一频率的至少一个周期性分量；第一可变电容器，由所述悬置区域和第一调制电极形成，用于基于所述电调制信号而向所述悬置区域提供第一静电力；以及感测结构，配置用于响应于第一悬置区域经受使得所述悬置区域沿平移或旋转方向的移动的加速度生成电感测信号，所述电感测信号指示所述悬置区域相对于所述固定区域的位置并且包括取决于加速度并且取决于所述电调制信号的第一频率的函数的频率调制分量；以及处理器单元，电耦合至所述加速度度量传感器。。附图说明为了更好地理解本公开，现在参照附图、纯粹借由非限定性示例描述本公开的优选实施例，其中：图1示出了根据本公开的一个实施例的加速度计的实施例的示意性俯视图；图2示出了图1中所示实施例的一部分的示意性俯视图；图3是示出了根据本公开一个实施例的位移信号的频谱和对应频谱贡献、以及高通滤波器的频率响应的示图；图4示出了用于处理由图1的实施例中加速度计所提供信号的电路的框图；图5是示出了图1的加速度计的一个实施例的位移信号的一部分的频谱以及机械系统的频率响应频谱的示图；图6和图7是根据本公开实施例的又一些加速度计的示意性俯视图；图8是沿着图7的剖面VIII-VIII平面获取的图7中所示实施例的一部分的示意性剖视图；以及图9是根据本公开的另一实施例的包括图1、图6和图7中的一个或多个加速度计的电子设备的框图。具体实施方式图1是使用MEMS技术以集成方式制造的、设计用于检测加速度的加速度计1的实施例的结构的示意图。在所示的示例中，加速度计1配置用于检测由箭头aext所示的指向平行于正交参考系统XYZ的轴线X的加速度。加速度计1形成在半导体材料的裸片中并且包括悬置区域2和承载结构3，承载结构3相对于裸片固定并且因此在下文中称作“固定区域3”。图1中可见的仅是围绕悬置区域2的固定区域3的一部分。固定区域3界定了主腔体C，悬置区域2在其内部延伸。悬置区域2包括将在下文中称作“主本体5a”的第一部分5a，以及下文中将称作“控制元件5b”的第二部分5b。主本体5a和控制元件5b由半导体材料(例如单晶或多晶硅)制成。更特别地，主本体5a和控制元件5b被提供在半导体材料的同一层中并且彼此整体成型以及因此相对于彼此固定。主本体5a经由第一锚座4和第二锚座6、以及经由也称作“第一和第二弹簧”并且用作平移弹簧的第一弹性悬置元件8和第二弹性悬置元件9约束至固定区域3。更详细地，在图1所示的示例中，主本体5a在俯视图(在平面XY中)具有矩形形状，具有平行于轴线X和Y的侧边。此外，主本体5a具有小于在平行于轴线X和Y的方向上的尺寸的厚度(平行于轴线Z、垂直于绘图平面测量得到)。换言之，平面XY平行于悬置区域2的主本体5a的主延伸区的表面。例如，悬置区域2的主本体5a的厚度可以在20－30μm的区域中。在图1中所示的示例中，控制元件5b具有与主本体5a相同的厚度并且与后者共平面。第一锚座4和第二锚座6中的每一个基本上由柱体形成，其沿垂直于绘图平面的方向(也即平行于轴线Z)延伸，从形成了固定区域3的一部分并且延伸在悬置区域2下方的衬底(不可见)开始。此外，在俯视图中，第一锚座4和第二锚座6相对于悬置区域2的主本体5a设置在相对侧边上并且与后者有一距离。特别地，并未损失任何普遍性，在俯视图中由悬置区域2的主本体5a在矩形的较小侧边上形成。实际中，第一锚座4和第二锚座6相对于悬置区域2的主本体5a镜像设置，沿着平行于轴线X的轴线9(未示出)，其在俯视图中以假想方式将主本体5a分割为两个相等并镜像的部分。第一弹簧8具有第一端部和第二端部，分别机械地固定至第一锚座4以及悬置区域2的主本体5a的对应部分。第二弹簧9的相应的第一和第二端部分别机械地固定至第二锚座6以及悬置区域2的主本体5a的对应部分。实际上，在静止条件下(下文中进一步详述)，第一弹簧8和第二弹簧9以对称方式设置在悬置区域2的主本体5a的相对侧边上。此外，第一弹簧8和第二弹簧9在加速度aext的作用下是弹性可形变的以便使得悬置区域2相对于固定区域3平行于轴线X并且在两种感测中而平移。并未损失普遍性，第一弹簧8和第二弹簧9与悬置区域2共平面并且具有与后者相同的厚度。在图1所示的示例中，悬置区域2的主本体5a形成多个(特别地，四个)次级腔体CS，其彼此相同。然而，实施例(未示出)是可能的，其中例如仅存在一个次级腔体CS，或者在任何情形中除了四个之外存在多个次级腔体CS。每个次级腔体CS具有平行六面体的形状，并且因此在俯视图中具有矩形的形状，并且此外延伸穿过主本体5b的厚度。每个次级腔体CS内延伸的是对应的导电极板配对，其下文中称本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加速度度量传感器，其特征在于，包括：承载结构；半导体材料的悬置区域，相对于所述承载结构可移动；至少一个第一调制电极，固定至所述承载结构并且被配置用于在使用中采用包括具有第一频率的至少一个周期性分量的电调制信号来偏置；至少一个第一可变电容器，由所述悬置区域以及由所述第一调制电极形成为使得所述悬置区域经受取决于所述电调制信号的第一静电力；以及感测组件，被配置用于当所述加速度度量传感器经受加速度时产生电感测信号，所述电感测信号指示所述悬置区域相对于所述承载结构的位置并且包括频率调制分量，所述频率调制分量取决于所述加速度和所述第一频率。

【技术特征摘要】
2016.03.31 IT 1020160000333011.一种加速度度量传感器，其特征在于，包括：承载结构；半导体材料的悬置区域，相对于所述承载结构可移动；至少一个第一调制电极，固定至所述承载结构并且被配置用于在使用中采用包括具有第一频率的至少一个周期性分量的电调制信号来偏置；至少一个第一可变电容器，由所述悬置区域以及由所述第一调制电极形成为使得所述悬置区域经受取决于所述电调制信号的第一静电力；以及感测组件，被配置用于当所述加速度度量传感器经受加速度时产生电感测信号，所述电感测信号指示所述悬置区域相对于所述承载结构的位置并且包括频率调制分量，所述频率调制分量取决于所述加速度和所述第一频率。2.根据权利要求1所述的加速度度量传感器，其特征在于，进一步包括：至少一个第二可变电容器，由所述悬置区域以及由所述第一调制电极形成，或者由所述悬置区域以及由第二调制电极形成，所述至少一个第二可变电容器固定至所述承载结构并且配置用于采用所述电调制信号来偏置；以及其中所述悬置区域在使用中经受取决于所述电调制信号的第二静电力，所述第一可变电容器和所述第二可变电容器被配置成使得相应电容根据具有相反符号的所述悬置区域的运动而改变。3.根据权利要求2所述的加速度度量传感器，其特征在于，所述第一调制电极形成彼此平行的第一固定表面和第二固定表面；以及其中所述悬置区域包括主本体和狭长元件，所述狭长元件朝向所述主本体的外侧突出以便在所述第一固定表面和所述第二固定表面之间延伸，所述狭长元件形成第一移动表面和第二移动表面，所述第一移动表面和所述第二移动表面分别面向所述第一固定表面和所述第二固定表面。4.根据权利要求2所述的加速度度量传感器，其特征在于，所述加速度度量传感器形成平面外加速度传感器并且包括所述第二调制电极，所述第二调制电极形成所述第二可变电容器；以及其中所述悬置区域被设置为叠置所述第一调制电极和所述第二调制电极并且借由被配置为使得所述悬置区域围绕旋转轴线而旋转的弹性悬置元件而锚定至所述承载结构，所述旋转轴线平行于所述悬置区域的主延伸表面。5.根据权利要求2所述的加速度度量传感器，其特征在于，所述悬置区域界定至少一个腔体；以及其中所述第一调制电极在所述腔体中延伸并且形成所述第二可变电容器。6.根据权利要求5所述的加速度度量传感器，其特征在于，所述加速度度量传感器形成平面内加速度传感器，其中所述悬置区域借由被配置为使得所述悬置区域相对于所述承载结构沿着平移轴线平移的弹性悬置元件而锚定至所述承载结构。7.根据权利要求6所述的加速度度量传感器，其特征在于，进一步包括发生器，被配置用于产生所述电调制信号并且用于偏置所述第一调制电极。8.根据权利要求7所述的加速度度量传感器，其特征在于，所述悬置区域和所述弹性悬置元件形成机械系统，所述机械系统的频率响应在第二频率处具有峰值；以及其中所述第一频率被包括在频率范围中以，从而所述频率响...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·托齐奥，G·加特瑞，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利,IT