具有止挡弹簧结构的微机械设备制造技术

本发明专利技术涉及一种微机械设备，具有衬底、可运动质量和止挡弹簧结构，该止挡弹簧结构具有止挡，其中，衬底具有平行于主延伸平面的衬底表面并且可运动质量相对于衬底可运动地布置在衬底表面上方，其中，止挡弹簧结构与可运动质量连接并且止挡构型成，在可运动质量沿z方向垂直于所述主延伸平面偏移时碰撞在所述衬底表面上。本发明专利技术的核心在于，止挡弹簧结构在止挡的位置处在z方向上具有第一弹簧常数Kz，在平行于主延伸平面的x方向上具有第二弹簧常数Kx，并且在平行于所述主延伸平面并且垂直于x方向的y方向上具有第三弹簧常数Ky，其中，所述第一弹簧常数Kz大于所述第二弹簧常数Kx和/或大于所述第三弹簧常数Ky。或大于所述第三弹簧常数Ky。或大于所述第三弹簧常数Ky。

【技术实现步骤摘要】
具有止挡弹簧结构的微机械设备


[0001]本专利技术涉及一种微机械设备，所述微机械设备具有衬底、可运动质量和止挡弹簧结构，该止挡弹簧结构具有止挡，其中，衬底具有平行于主延伸平面(x，y)的衬底表面并且可运动质量相对于衬底可运动地布置在衬底表面上方，其中，止挡弹簧结构与可运动质量连接并且止挡构型为，在可运动质量沿垂直于主延伸平面(x，y)的z方向偏移时碰撞在衬底表面上。这种设备在现有技术中例如作为呈翘板结构的z加速度传感器已知。

技术介绍

[0002]用于测量加速度和转速的微机械惯性传感器针对在车辆和消费领域中的不同应用大批量地制造。对于具有垂直于晶片平面(x，y)、即沿z方向或平面外方向的探测方向的电容式加速度传感器，经常使用不对称地悬挂的振动质量、所谓的“翘板”。该翘板的传感器原理基于弹簧质量系统，在该弹簧质量系统中在最简单的情况下可运动的振动质量与两个固定在衬底上的对应电极形成两个板状电容器。振动质量通过至少一个、出于对称性原因通常通过两个扭转弹簧与底层连接。如果在扭转弹簧的两侧上的质量结构不一样大，那么在z加速度起作用时质量结构相对于作为旋转轴的扭转弹簧旋转。由此在具有较大质量的一侧上的电极的距离变小并且在另一侧上变大。电容改变是用于起作用的加速度的量度。该加速度传感器在现有技术中的大量文献中公开，如在公开文献EP 0 244 581和EP 0 773 443 B1中。
[0003]在微机械传感器的技术扩展中的重要方面是机械稳固性和过载强度的增大。通过新的应用区域决定地，得出新的安装位置并且由此可能也得出新式的负载曲线，该负载曲线具有用于传感器的提升的稳固性要求。
[0004]可能的错误图像是粘接，在粘接中，一旦在止挡中的粘接力大于弹簧质量系统的复位力，可运动的传感器质量保持附着在机械的固定止挡上。新式的负载曲线也可以导致，粘接倾向随着构件的使用寿命而提升。因此必要的是，既使附加负载对于粘接倾向的影响保持小，也使针对粘接的稳固性一般地提升。
[0005]为了减小粘接风险，对于z加速度传感器经常使用块状部止挡，如在图1中作为现有技术示例性示出的那样。对此，公开文献DE 10 2005 059 905 A1公开了一种可能的制造方法和可能的块状部的布置。作为用于固定的平面外止挡的另外的现有技术提到公开文件DE 10 2008 042 366 A1、US 2013 0 015 743 A1、DE 10 2014 212 314 A1、US 2014 0 298 910 A1和WO 2018 026 032 A1。
[0006]在图1中，相应于DE 10 2005 059 905 A1，块状部布置在可运动的传感器结构的下侧上。由于减小的止挡面，粘接力相对较小并且因此在偶尔触碰时的粘接风险是小的。但硬的固定止挡在频繁过载时倾向于上面所述的错误机制(粘接，颗粒形成)。因此，在过去已经提出不同的弹动止挡，所述弹动止挡一方面在止挡时在碰撞时进行缓冲、即减小止挡表面的机械损伤，另一方面在强烈负载时提供提升的复位力，因为除了传感器的功能弹簧的复位力之外止挡弹簧附加地有助于复位力。公开文献DE 10 2008 043 753 A1示出具有弹
动止挡的传感器，该弹动止挡在与振动质量相同的功能平面中实现。公开文献EP 3 111 232 B1示出了非常类似的布置，但在这里止挡不仅可以沿一个方向起作用，而是在两侧起作用，既朝着底部电极的方向起作用也朝着传感器盖的方向起作用。公开文献DE 10 2012 207 939 A1请求保护一种弹动止挡，该弹动止挡由在较厚的功能层下面或上面的第二薄功能层形成。在该情况下，当薄功能层布置在厚功能层下方时，止挡可以朝着底部电极的方向进行。而如果薄层布置在厚功能层上方，那么止挡可以朝着传感器盖的方向进行。
[0007]此外已知，粘接倾向也可以通过垂直于止挡方向起作用的力影响。这例如由文献US 10 488 430 B2以及M.Naumann等人的文章“The Effect of Multi
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Directional Stimuli on the Stiction
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Induced Failure Behavior of MEMS”，J.Microelectromech.Systems，Vol.25，No.3，432
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439已知。用于在附加出现的横向加速度时的提升的粘接倾向的准确的显微机制还没有足够清楚。可能地，通过在接触面上的横向滑动比在纯垂直接触时更强烈地损害抗粘附层。

技术实现思路

[0008]本专利技术的任务是实现一种微机械设备，该微机械设备相对于加速度是机械稳固的，该加速度同时具有垂直于衬底的主平面、即沿z方向的分量和平行于衬底的主平面、即沿x、y方向的分量。
[0009]本专利技术由具有衬底、可运动质量和止挡弹簧结构的微机械设备出发，该止挡弹簧结构具有止挡，其中，衬底具有平行于主延伸平面(x，y)的衬底表面并且可运动质量相对于衬底可运动地布置在衬底表面上方，其中，止挡弹簧结构与可运动质量连接并且止挡构型成在可运动质量沿z方向垂直于主延伸平面(x，y)偏移时碰撞在衬底表面上。本专利技术的核心在于，止挡弹簧结构在止挡的位置处在z方向上具有第一弹簧常数Kz，在平行于主延伸平面(x，y)的x方向上具有第二弹簧常数Kx，并且在平行于主延伸平面(x，y)并且垂直于x方向的y方向上具有第三弹簧常数Ky，其中，第一弹簧常数Kz大于第二弹簧常数Kx或者也大于第三弹簧常数Ky。
[0010]根据本专利技术，可运动质量的z止挡的止挡弹簧结构这样构型，使得所述止挡弹簧结构在z方向上具有限定的、相对较高的弹簧刚性并且附加地在与此垂直的至少一个方向x或y上具有非常小的弹簧刚性。有利地，由此降低在微机械设备的止挡和衬底表面之间的剪切负载。
[0011]本专利技术的有利构型设置为，止挡弹簧结构具有第一止挡弹簧，该第一止挡弹簧在至少一个第一连接区域中与可运动质量连接。在此特别有利地，第一止挡弹簧在第二连接区域中与可运动质量连接并且是扭转弹簧或曲折弹簧或这些弹簧的组合。有利地，这种弹簧可以平行于主延伸平面非常软地构型。有利地，由此扭转弹簧的翘板功能也可以与沿x方向和y方向的可偏移性结合。
[0012]本专利技术的有利构型设置为，第一止挡弹簧是螺旋弹簧。有利地，该弹簧适配于与可运动质量的连接区域。有利地，通过在小基面上的螺旋弹簧能够实现非常大的有效的弹簧长度。
[0013]特别有利地，止挡弹簧结构具有第二止挡弹簧，该第二止挡弹簧与第一止挡弹簧连接。有利地，弹簧常数Kz(垂直于主延伸平面)和Kx、Ky(平行于主延伸平面)能够尽可能彼
此无关地调节。
[0014]特别有利地，第二弹簧常数Kx或第三弹簧常数Ky小于第一弹簧常数Kz的60％、优选小于30％。
附图说明
[0015]图1a和图1b示意性示出现有技术中的z加速度传感器。
[0016]图2a和图2b示意性示出在第一实施例中的根据本专利技术的微机械止本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.微机械设备，具有衬底(10)、可运动质量(20)和止挡弹簧结构(30)，该止挡弹簧结构具有止挡(40)，
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其中，所述衬底具有平行于主延伸平面(x，y)的衬底表面(12)并且所述可运动质量相对于所述衬底能运动地布置在所述衬底表面上方，
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其中，所述止挡弹簧结构与所述可运动质量连接并且所述止挡构型成，在所述可运动质量沿z方向垂直于所述主延伸平面(x，y)偏移时碰撞在所述衬底表面上，其特征在于，所述止挡弹簧结构在所述止挡的位置处
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在z方向上具有第一弹簧常数Kz，
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在平行于所述主延伸平面(x，y)的x方向上具有第二弹簧常数Kx，并且
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在平行于所述主延伸平面(x，y)并且垂直于x方向的y方向上具有第三弹簧常数Ky，其中，所述第一弹簧常数Kz大于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：