这里描述和示出了很多发明专利技术。在一个方面，本发明专利技术涉及温度补偿的微机电共振器以及制造、生产、提供和／或控制具有一种机械结构的微机电共振器，所述机械结构包括集成的加热和／或温度传感元件。在另一个方面，本发明专利技术涉及制造、生产、提供和／或控制具有一种机械结构的微机电共振器，所述机械结构利用薄膜或晶片级封装技术封装在腔室内并且包括布置在腔室内、腔室上和／或集成在机械结构内的加热和／或温度传感元件。从这里的详细描述和权利要求中本发明专利技术的其它方面将会很明显。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微机电系统和/或纳米机电系统(下文中统称为“微机电系统”)以及制造微机电系统的技术；并且更具体地，一方面，用于制造、生产、提供和/或控制其机械结构包括集成的加热和/或温度传感元件的微机电共振器；另一方面，用于制造、生产、提供和/或控制其机械结构由薄膜或晶片级封装技术封装在一个腔室内并且包括布置在腔室内、腔室上和/或集成在机械结构内的加热和/或温度传感元件的微机电共振器。
技术介绍
很多常规的微机电结构是基于梁结构对于所施加力的反应(例如，振荡、挠曲或扭转)。这种梁结构由单晶或多晶半导体(比如硅)制造。这些材料具有极好的机械强度和高的固有质量指标。而且，硅基材料的成形和处理是研究很深的努力领域。例如，利用多晶硅，人们可以设计出几何形状上具有很大灵活性的微机械共振器。这种共振器通常取决于弯曲梁和横向振荡的梁结构。特别地，梁结构的形状和/或横截面通常为矩形。相对于与梁的宽度(w)平行的振荡方向来计算，梁的机械刚度kM与其杨氏模量(E)和其几何形状的某些尺寸(对于梁，包括矩形横截面、长度(L)和高度(h))成比例。kM≈E·h·w3L3]]>公式1 很容易理解到，大多相关材料的杨氏模量按照已知的热系数(αE)随着温度而变化。例如，多晶硅的杨氏模量具有大约为30ppm/K°的热系数。而且，梁结构的几何形状也随着温度而变化，通常随着温度的升高而膨胀。再次，作为一个例子，多晶硅具有大约为2.5ppm/K°的热膨胀系数(αexp)。对于一些梁的设计和相关的建模目的(假定材料具有各向同性的热系数)，热膨胀对于梁宽度的影响基本上被热膨胀对于梁长度的影响所抵消，因而导致了梁高度上剩余的线性作用。不考虑静电力，梁的共振频率在这些假设之下因而可以用下式定义f≈12·π·kMmeff]]>公式2其中meff是梁的有效质量，其对于温度变化而言是恒定的。给定梁的共振频率是共振器总体性能的关键性能，因此应当保证在工作温度范围内保持相对稳定。考虑到公式2所述的关系，如果机械刚度保持恒定的话，共振器的频率也将保持恒定。然而，通常不是这种情况，因为热诱导的杨氏模量的变化将改变梁的机械刚度。前人已经试图解决在工作温度变化的情况下共振梁的频率稳定性的问题。参见，例如Wan-Thai Hsu的文章“Stiffness-Compensated Temperature Insensitive Micromechanical Resonators(刚度补偿的温度不敏感的微机械共振器)”(MEMS2002(0-7803-7185-2/02，2002 IEEE)和Wan-Thai Hsu等的文章“Mechanically Temperature-Compensated Flexural-Mode Micro-mechanical Resonators(机械式温度补偿的挠曲型微机械共振器)”(IEDM 00-399(0-7803-6438-4/00，2000 IEEE))(下文中称为“机械式温度补偿的共振器文献”)。这些方法聚焦于补偿竖直振荡中的变化，指示使用与CMOS集成不兼容的金或类似材料来补救，和/或建议了应用大能量消耗的技术。例如，在机械式温度补偿的共振器文献中，建议采用布置在整个微机械共振器下面的波浪形加热元件。特别地，这种构造(并且尤其是加热元件)会消耗大量的能量，因为会有大量的热耗散至周围/环境。另外，这种构造采用对整个微机械共振器非集中或非特定的加热。(参见，机械式温度补偿的共振器文献的图1)。因而，需要一种微机械共振器，其输出频率在整个工作温度范围内相对稳定并且克服常规共振器的一个、数个或所有缺点。需要一种微机械共振器，其能通过对微机械共振器的关键方面进行集中或特定加热来补偿和/或解决、最小化和/或消除工作温度变化所导致的负面影响。此外，还需要一种用于在工作温度范围内的微机械共振器频率稳定性的有效补偿技术，其克服常规共振器的一个、数个或所有缺点。特别地，如果这种技术不依赖于结合与CMOS集成电路不兼容的材料，那么是有利的。
技术实现思路
这里描述和示出了很多专利技术。在第一个主要方面，本专利技术一种MEMS共振器，其共振频率被相关于工作温度限定。该MEMS共振器包括包括第一电触点的第一基片锚定部；和包括第二电触点的第二基片锚定部。梁结构(例如由导体或半导体材料构成)布置(例如固定)在第一和第二基片锚定部之间并且电结合至第一和第二电触点。本专利技术这个方面的MEMS共振器还包括电源，其结合至第一和第二电触点以便为梁结构提供电流并且从而加热梁结构。电源可用来将电流提供给第一或第二电触点。在一个实施例中，MEMS共振器还可包括温度传感器，其布置在梁结构附近以测量温度；和控制电路系统，其结合至温度传感器，以便产生控制信息并将控制信息提供给电源以将梁结构保持在工作温度。控制电路系统可响应于由温度传感器所测得的温度数据利用包含在查看表中的数学关系或数据产生控制信息。梁结构可包括一个或多个振荡梁和/或振荡体。而且，梁结构可包括多个布置布置在第一和第二基片锚定部之间的可动梁。第一和第二基片锚定部可包括由多种材料构成的复合结构，其中所述多种材料中的至少两种材料具有不同的热膨胀系数。而且，梁结构可包括由多种材料构成的复合结构，其中所述多种材料中的至少两种材料具有不同的热膨胀系数。在第二个主要方面，本专利技术是一种MEMS共振器，其共振频率被相关于工作温度限定。该MEMS共振器包括每个都包括电触点的第一和第二基片锚定部；和第一梁，其由导体或半导体材料构成并且电连接在电触点之间。该MEMS共振器还包括第一端热结合至第一梁的第一可动梁；和电源，其结合至第一和第二电触点以便将电流提供给第一电触点并且从而加热第一梁。本专利技术这个方面的MEMS共振器还可包括每个都包括电触点的第三和第四基片锚定部；和第二梁，其由导体或半导体材料构成并且电连接在第三和第四基片锚定部的电触点之间。第一可动梁包括热结合至第二梁的第二端。电源还结合至第三和第四基片锚定部的电触点以便将受控的电流提供给第三电触点并且从而加热第二梁。特别地，电源可包括一个或多个独立或相关地受控的电源。MEMS共振器可包括温度测量电路系统以确定第一可动梁的电阻。在一个实施例中，温度测量电路系统将电信号(交流或直流电压或者交流或直流电流)施加于第一可动梁并测量第一可动梁对电信号的反应以便确定表示第一可动梁温度的信息。MEMS共振器还可包括控制电路系统，其结合至温度测量电路系统，以便产生控制信息并将控制信息提供给电源以将第一可动梁保持在预定的工作温度。控制电路系统响应于表示第一可动梁温度的信息利用包含在查看表中的数学关系或数据产生控制信息。MEMS共振器可包括温度传感器，其布置在第一可动梁附近以测量温度；和控制电路系统，其结合至温度传感器，以便产生控制信息并将控制信息提供给电源以控制第一可动梁的工作温度。在一个实施例中，控制电路系统响应于由温度传感器所测得的温度数据利用包含在查看表中的数学关系或数据产生控制信息。特别地，第一基片锚定部可包括多种材料构成的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＭＥＭＳ共振器，其共振频率被相关于工作温度限定，所述ＭＥＭＳ共振器包括：包括第一电触点的第一基片锚定部；包括第二电触点的第二基片锚定部；布置在第一和第二基片锚定部之间并且电结合至第一和第二电触点的梁结构；和 电源，其结合至第一和第二电触点以便为梁结构提供电流并且从而加热梁结构。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯卢茨，阿龙帕特里奇，
申请(专利权)人：罗伯特博世有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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