加速度计以及在加速度计中减小偏移的方法技术

通过在一块状件内表面形成块状件支撑结构，用至少一个位于质量中心附近的支点将块状件支撑结构固定在衬底上，并且将传感指针固定在接近支点处，来减小加速度计偏移。块状件支撑结构可以用单个支点或多个相距很近的支点固定在衬底上。传感指针可以固定在衬底上或块状件支撑结构上。通常在块状件内表面内朝向其外表面悬挂该块状件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及加速度计，特别是涉及减小加速度计中的偏移。
技术介绍
区别加速度计的关键参数之一是偏移性能，既包括初始偏移，又包括随时间改变的偏移，还包括温度偏移。例如，具有一个可移动块状件的横向显微机械加工加速度计，该块状件通常采用固定在一个衬底上且位于该块状件边界外侧的多个块状件悬挂结构。测量该块状件相对于传感指针的运动的传感指针也通常固定于该块状件边界外侧的衬底上，例如，环绕在该块状件的衬底上。如果芯片受到应力，例如在装配过程中产生的应力以及温度变化引起的应力，那么该块状件和传感指针之间的相对位置关系就可能发生改变。例如，正常加工变化引起连接在这些支点和可移动块状件之间的弹簧的弹簧常数的差异。如果支点间的距离改变，那么弹簧常数间的差异就能够引起所述片状物相对于支点的不相等位移，这一过程能使该块状件相对于传感指针运动，从而被认为成一种偏移。同样地，传感器材料也可能由于制造过程而具有内应力，这也能引起偏移。例如，如果可移动块状件的材料处于张紧或压缩状态，那么所述弹簧的位移可能不相等，这能使该块状件相对于传感指针运动，从而被认为是一种偏移。所述偏移通常由信号调节电路中的激光微调电阻器来修正，或者通过在该部件被打包后以一种或多种方法调节该偏移来进行调节。显微机械加工加速度计通常包括机械地连接在衬底上的电动机械部件。所述部件中的一部分相对于其它部件或衬底是活动的。其它部件在理想状况下相对于衬底是静止的。静止部件中的一个例子就是横向加速度计的固定传感指针。所述部件通常通过一个由一个或多个加工过程形成的“支点”连接在衬底上。如果通过该支点悬挂的部件尺寸大于该支点的尺寸，那么在使用环境下该支点可能受到很大的扭矩或转矩。所述扭矩或转矩可能是由如下一些情况引起的，例如一种对诸如加速或震动的机械运动的惯性响应，或者在该指针及其环境之间的静电力，如由在正常操作中使用的电压或静电放电过程引起的电压而产生的静电力。所述支点内的微小扭力转动或弯矩位移都能引起悬挂结构的较大偏移。固定的传感指针刚度并非无限大。指针顶端的净偏移是指针的弯曲与支点的弯曲及扭转相结合的结果。根据指针和支点的尺寸及机械特性，支点的扭转和/或弯曲可能成为对指针端部偏移起重大甚至是决定性作用的因素。作为输入加速度的结果，位于弹簧上的加速度计验证该块状件的位移由公式1/w0^2给出，其中w0等于2*pi*f0，f0是共振频率。具有高共振频率的加速度计在单位加速度下发生的位移较小。因此，相等的传感器位移误差在具有高共振频率传感器的加速度单元中会引起更大的等效偏移。例如，由于模制应力而产生的固定指针相对于传感器的位移在高共振频率装置中引起更大的视在偏移。另一个引起偏移的原因是响应加速之外的激励，诸如模制应力。而非加速度而发生的传感器相对于衬底的位移。在单轴线加速度计中，如果有两个将弹簧沿传感轴线连接在衬底上的支点，那么由于应力而产生的偏移就与支点间的距离成比例。正常的加工差异造成连接在每个支点上的弹簧的弹簧常数不同。当模制应力改变了支点间的间距时，弹簧常数间的差异会导致传感器相对于衬底移动，上述情况被认为是一种偏移。由于对于一个给定的模制应力，支点间间距的改变与支点间的距离成正比，因而这项引起的偏移误差也与支点间的距离成比例支点间距(sep)、共振频率(f0)、和偏移(OS)之间的关系如下OS～sep*f0^2。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，一种加速度计包括一个衬底，一个块状件，块状件支撑结构，和细长的传感指针，所述传感指针用于感知该块状件指针相对于传感指针的运动。所述块状件具有一个外表面，和一个形成内表面的腔，以及多个沿着内表面的一部分设置的的细长指针。所述块状件支撑结构位于内表面内，且由至少一个位于质量中心附近的支点固定在衬底上，以便将该块状件支撑在该衬底上并使该块状件可以相对于衬底运动。所述传感指针在内表面内基本上与该块状件指针相邻设置，并且固定在衬底上与所述至少一个支点邻近的位置，以便机械应力使块状件指针和传感指针以基本上相同的方式运动。所述块状件支撑结构可以包括多个悬挂弹簧和多个支撑臂，其中悬挂弹簧设置在该块状件和该支撑臂之间，并且，支撑臂固定在衬底上。支撑臂可以构造成交叉状或者“H”形结构。块状件支撑结构通常在该块状件的内表面朝向块状件外表面支撑该块状件。所述块状件支撑结构可以用一个支点(如方形支点)或多个支点固定到衬底上。所述多个支点以基本上关于质量中心对称的方式设置。每个传感指针可以用一个细长支点固定到衬底上，或为了减小细长传感指针相对于支点的旋转而采用多个支点来进行固定。依照本专利技术的另一个实施例，一种用于减小加速度计中的偏移的方法涉及形成一个具有外表面的块状件，一个形成内表面的腔，和沿所述内表面的一部分设置的多个细长指针结构；在该块状件的内表面内形成多个块状件支撑结构；在该块状件内表面内基本上沿该块状件指针形成多个细长传感指针，以感应该块状件指针相对传感指针的位移；通过位于质量中心附近的至少一个支点将该块状件支撑结构固定在衬底上，以将该块状件支撑在衬底上方并使该块状件可以相对于衬底运动；并且将多个细长传感指针固定到衬底上与所述至少一个支点邻近的位置，以便机械应力使块状件指针和传感指针以基本上相同的方式运动。所述块状件支撑结构可以包括多个悬挂弹簧和多个支撑臂，其中悬挂弹簧设置在该块状件和支撑臂之间，并且支撑臂固定在衬底上。支撑臂可以构造成交叉状或者“H”形。块状件支撑结构可以用一个支点(如方形支点)或多个支点固定在衬底上。所述多个支点可以基本上对称于该块状件的质量中心设置。每个传感指针可以用单个细长支点或多个支点固定到衬底上，以减小细长指针绕支点的转动。依照本专利技术的另一个实施例，一种加速度计包括一个衬底，一个块状件，若干块状件支撑结构，和用于感应块状件指针相对于传感指针的运动的细长传感指针。所述块状件具有一个外表面，一个形成内表面的腔，和多个沿着内表面的一部分设置的细长指针。所述块状件支撑结构位于内表面内，且由接近于该块状件质量中心处的至少一个支点将块状件支撑结构固定在衬底上，以便将该块状件支撑在衬底上方并使该块状件可以相对于衬底运动。所述传感指针在内表面内基本上沿块状件指针相邻设置，并且固定在块状件支撑结构上与所述至少一个支点邻近的位置，以便机械应力使块状件指针和传感指针以基本上相同的方式运动。所述传感指针通常在电气上与该块状件支撑结构隔开。所述块状件支撑结构可以包括多个悬挂弹簧和多个支撑臂，并且悬挂弹簧设置在该块状件和支撑臂之间，支撑臂固定在衬底上。支撑臂可以配置成交叉状或者“H”形。块状件支撑结构通常在块状件内表面朝向该块状件外表面支撑该块状件。所述块状件支撑结构可以用一个支点(如方形支点)或多个支点固定在衬底上。所述多个支点可以以基本上对称于质量中心的方式布置。每个传感指针可以用一个细长支点或多个支点固定到衬底上，以减小细长传感指针相对于支点的转动。依照本专利技术的另一个实施例，加速度计包括一个具有外表面的框架，一个形成内表面的腔，和多个沿所述内表面的一部分设置的细长传感指针；一个位于所述框架内表面的块状件，所述块状件具有多个基本上沿所述传感指针相邻设置的细长指针；以及多个位于所述框架内表面内的悬挂弹簧，所述悬挂弹簧用于将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加速度计，其包括：衬底；块状件，其具有外表面，一个形成内表面的腔、和沿所述内表面的一部分的多个细长指针；若干块状件支撑结构，所述块状件支撑结构位于所述内表面内，并由至少一个位于该块状件质量中心附近的支点固定在衬底 上，以便将该块状件支撑在衬底上方并允许该块状件相对于衬底运动；和多个细长传感指针，所述指针用来感知该块状件指针相对于传感指针的运动，所述传感指针在内表面内基本上与该块状件指针并排设置，并且固定在衬底上与所述至少一个支点接近的位置，从 而机械应力使该块状件指针和传感指针以基本上相同的方式运动。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：霍华德R塞缪尔斯，戴维C霍洛歇尔，迈克尔朱迪，托尔朱诺，
申请(专利权)人：模拟设备公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]