微机械设备和用于制造微机械设备的方法技术

本发明专利技术涉及一种微机械设备(1a；1b；1c)，该微机械设备具有载体衬底(2)；传感器装置(3)，该传感器装置与所述载体衬底(2)的表面区段(4)间隔开地借助于弹簧元件(9)布置在所述载体衬底(2)处，使得所述传感器装置(3)能够相对于所述表面区段(4)振动；和至少一个布置在所述传感器装置(3)和/或所述载体衬底(2)的所述表面区段(4)处的停止器元件(51、52)，该停止器元件限制所述传感器装置(3)朝着所述表面区段(4)的方向的偏移。

Micro mechanical equipment and methods for manufacturing micro mechanical equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微机械设备和用于制造微机械设备的方法
本专利技术涉及一种微机械设备，该微机械设备可以用于测量物理参量、如环境压力。本专利技术还涉及一种用于制造微机械设备的方法。
技术介绍
微机械压力传感器用于求取在可携带仪器中以及在工业和住宅区域中的器械中的压力和机械负载。示例性的压力传感器由公开文献DE102010031197A1已知。然而，传感器不仅记录外部的压力波动，而且也对于壳体的震动敏感。但通常希望的是，消除或至少减少这种震动的影响。
技术实现思路
本专利技术公开了一种具有权利要求1的特征的微机械设备和一种具有权利要求10的特征的用于制造微机械设备的方法。因此，根据第一方面，本专利技术涉及一种具有载体衬底和传感器装置的微机械设备，该传感器装置与载体衬底的表面区段间隔开地布置并且借助于弹簧元件固定在载体衬底处。由此，传感器装置相对于表面区段可振动地构造。在传感器装置处和/或在载体衬底的表面区段处布置有至少一个停止器元件，该停止器元件限制传感器装置的朝着表面区段的方向的偏移。根据第二方面，本专利技术涉及一种用于制造微机械设备的方法。提供集成电路和MEMS结构，其中，MEMS结构具有传感器装置，该传感器装置借助于弹簧元件可振动地布置。将至少一个停止器元件布置在传感器装置和/或集成电路的表面区段处。MEMS结构与集成电路连接，使得传感器装置可以相对于集成电路的表面区段振动，并且，其中，传感器装置的朝着表面区段的方向的偏移通过所述至少一个停止器元件限制。优选的实施方式是各个从属权利要求的主题。根据本专利技术的微机械设备能够基于通过弹簧元件的悬挂实现传感器装置相对于载体衬底的一定程度的解耦。为了确保足够好的解耦，弹簧元件也必须是足够柔性的，以便使传感器装置在外部震动时偏移并且由此补偿不期望的横向影响。根据本专利技术，还是能够防止传感器装置或布置在载体衬底上的其他构件的损坏。为此，设置有停止器元件，所述停止器元件限制传感器装置的振动或偏移。因此，停止器元件用作为额定接触部位，以便防止传感器装置与载体衬底的表面区段的直接接触或者甚至防止弹簧元件由于过载而引起的断裂。由此可以防止在传感器装置与表面区段碰撞时颗粒的可能磨损或碎裂。根据所述设备的优选扩展方案，在传感器装置处布置有第一停止器元件并且在表面区段处布置有第二停止器元件。由此，传感器装置仅能够偏移到直至第一停止器元件触碰第二停止器元件的程度。在第一停止器元件和第二停止器元件之间的距离在任何时候都小于在传感器装置的区域和载体衬底的表面区段的相对置的区域之间的距离。由此确保，仅仅停止器元件能够相互触碰。根据所述设备的优选扩展方案，第一停止器元件具有第一电极并且第二停止器元件具有第二电极。此外，所述设备具有分析处理装置，该分析处理装置测量在第一电极和第二电极之间的电容。在考虑所测量的电容的情况下，分析处理装置确定在传感器装置和表面区段之间的区域中的湿度。这是基于以下物理原理，即作为电介质的位于第一电极和第二电极之间的空气的湿度变化描述了相对电容率的变化。例如，没有水的空气的相对电容率为1.0059，而在饱和状态中相对电容率为1.77。相应地得出在两个电极之间的电容的变化。因此，通过测量电容可以确定湿度。电容和湿度之间的关系可以凭经验求取并且存在表格中。根据所述设备的扩展方案，在表面区段处布置有参考电极，并且，在载体衬底的与表面区段间隔开并且与传感器装置相邻的部位处布置有第二参考电极。在所述部位和表面区段之间的距离是固定的。例如，参考电极布置在表面区段或所述部位的在空间上相对彼此固定的区域处。分析处理装置还构造成用于测量在第一和第二参考电极之间的参考电容并且在考虑参考电容的情况下进一步确定湿度。因为在两个在空间上固定的参考电极之间的参考电容被测量，该参考电容与载体衬底的震动无关。通过所测量的电容随时间的走向与所测量的参考电容随时间的走向的比较可以求取，电容变化是来源于湿度的变化还是来源于载体衬底的震动。因此，可以在计算湿度时考虑并且消除外部震动或载体衬底的运动的影响。根据另外的实施方式，也可以直接测量参考电容并且用于计算湿度。根据所述设备的优选扩展方案，分析处理装置构造成用于测量传感器装置相对于表面区段的振动的共振频率并且在考虑共振频率的情况下确定湿度。湿度影响震动系统的品质并且因此影响共振频率。通过凭经验求取例如可以存储在表格中的共振频率和湿度之间的关系，可以直接基于共振频率求取湿度。根据所述设备的扩展方案，第一停止器元件的撞击面的硬度不同于第二停止器元件的撞击面的硬度。撞击面理解为停止器元件相互触碰的那些区域。通过这种材料选择可以减小冲击的影响，因为具有较小硬度的较软的停止器元件可以更好地吸收能量。优选地，第二停止器元件的撞击面的硬度小于第一停止器元件的撞击面的硬度。即使在停止器元件相撞时出现裂缝和损坏，这大部分仅对于具有较小硬度的第二停止器元件是这种情况。而与传感器装置连接的第一停止器元件被保护，从而防止敏感的传感器装置的损坏。第一停止器元件的撞击面例如可以由较软的金属层、如由铝铜层(AlCu层)组成，而第二停止器元件的撞击面由较硬的钝化层、如氮化物层组成。根据优选的扩展方案，传感器装置的面向载体衬底的表面区段的表面具有钝化层。氮化物层例如可以构造在该表面上。第一停止器元件构造在表面处或上，其中，钝化层在围绕第一停止器元件的区域中中断。即在该区域中移除钝化层或者甚至不构造钝化层。在停止器元件相撞时可能形成裂缝，所述裂缝例如可能产生在构造在第一停止器元件的表面上的钝化层中。然而，因为钝化层围绕第一停止器元件中断，这些裂缝不会进一步扩展，从而更好地保护传感器设备免受损坏。尤其防止由于侵入到裂缝中的液体导致的传感器元件的测量条件的变化，因为所述裂缝在信号变换器的区域中甚至不产生。根据所述设备的优选扩展方案，分析处理装置还构造成用于基于传感器装置的测量信号并且在考虑所求取的湿度的情况下测量环境压力。因为电极构造在停止器元件中或处，确定在紧接着传感器装置的环境中的湿度。根据所述设备的优选的实施方式，分析处理装置还构造成用于在考虑所求取的电容的情况下并且优选除了所求取的参考电容附加地计算出传感器元件朝着载体衬底的表面区段的方向的加速度。分析处理装置尤其可以将所述电容的变化与参考电容的变化进行比较。因为参考电极在空间上相对彼此固定，所述参考电容的变化基本上与传感器元件的加速度无关，而是仅与其他外部参数、如空气湿度有关。分析处理装置可以参照所测量的参考电容的变化修正所测量的所述电容的变化。修正的电容变化仅还与传感器元件朝着载体衬底的表面区段的方向的加速度有关。这允许分析处理装置求取传感器元件的加速度。根据所述设备的优选扩展方案，载体衬底具有集成电路，该集成电路具有表面区段。此外，载体衬底具有MEMS结构，该MEMS结构布置在集成电路处或上。传感器装置布置在MEMS结构的凹部中并且通过弹簧元件与MEMS结构连接。根据所述设备的优选扩展方案，传感器装置具有空腔以及膜片，该膜片跨越空腔。因此，传感器装置构造为压力传感器装置。...

【技术保护点】
1.微机械设备(1a；1b；1c)，该微机械设备具有：/n载体衬底(2)；/n传感器装置(3)，该传感器装置与所述载体衬底(2)的表面区段(4)间隔开地借助于弹簧元件(9)布置在所述载体衬底(2)上，使得所述传感器装置(3)能够相对于所述表面区段(4)振动；和/n至少一个布置在所述传感器装置(3)上和/或所述载体衬底(2)的所述表面区段(4)上的停止器元件(51、52)，该停止器元件限制所述传感器装置(3)朝着所述表面区段(4)的方向的偏移。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170726 DE 102017212875.51.微机械设备(1a；1b；1c)，该微机械设备具有：
载体衬底(2)；
传感器装置(3)，该传感器装置与所述载体衬底(2)的表面区段(4)间隔开地借助于弹簧元件(9)布置在所述载体衬底(2)上，使得所述传感器装置(3)能够相对于所述表面区段(4)振动；和
至少一个布置在所述传感器装置(3)上和/或所述载体衬底(2)的所述表面区段(4)上的停止器元件(51、52)，该停止器元件限制所述传感器装置(3)朝着所述表面区段(4)的方向的偏移。


2.根据权利要求1所述的设备(1a；1b；1c)，其中，在所述传感器装置(3)上布置有第一停止器元件(51)，并且在所述表面区段(4)上布置有第二停止器元件(52)，使得所述传感器装置(3)仅能够偏移到直至所述第一停止器元件(51)触碰所述第二停止器元件(52)的程度。


3.根据权利要求1或2所述的设备(1a；1b；1c)，其中，所述第一停止器元件(51、52)具有第一电导线(61、62)并且所述第二停止器元件(51、52)具有第二电导线(61、62)，并且，其中，所述设备(1a；1b；1c)还具有分析处理装置，该分析处理装置构造成用于测量在所述第一电导线(61、62)和所述第二电导线(61、62)之间的电容并且在考虑所测量的电容的情况下确定在所述传感器装置(3)和所述表面区段(4)之间的区域中的湿度。


4.根据权利要求3所述的设备(1a；1b；1c)，其中，在所述表面区段(4)上布置有第一参考电极(71、72)，并且在所述载体衬底的与所述表面区段(4)间隔开并且与所述传感器装置(3)相邻的部位中布置有第二参考电极(71、72)，其中，在所述部位和所述表面区段(4)之间的距离是固定的，并且，其中，所述分析处理装置还构造成用于测量在所述第一参考电极和所述第二参考电极(71、72)之间的参考电容并且还在考虑所述参考电容的情况下确定所述湿度。

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【专利技术属性】
技术研发人员：V·森兹，T·弗里德里希，F·霍伊克，M·施瓦茨，
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