谐振加速度计、用于其的检测结构以及电子装置制造方法及图纸

本公开的实施例涉及谐振加速度计、用于其的检测结构以及电子装置。检测结构包括惯性质量块，惯性质量块悬置在衬底上方，并且具有提供在惯性质量块并且在惯性质量块的整个厚度上穿过它的窗口。惯性质量块通过扭转类型的第一锚定弹性元件和第二锚定弹性元件耦合到主锚定件，主锚定件布置在窗口中，并且与衬底一体。检测结构还包括具有纵向延伸的至少第一谐振元件，第一谐振元件耦合在第一弹性元件和布置在窗口中的第一约束元件之间。第一约束元件悬置在衬底上方，通过第一辅助锚定元件固定地耦合到衬底，第一辅助锚定元件在具有纵向延伸的第一谐振元件下方延伸，并且一体地耦合在第一约束元件和主锚定件之间。一约束元件和主锚定件之间。一约束元件和主锚定件之间。

【技术实现步骤摘要】
J.Semiconductor Tech.Sc.，Vol.5，no.1，pp 58
‑
66，2005；以及
[0012]C.R.Marra，A.Tocchio，F.Rizzini，G.Langfelder，“Solving FSR versus offset drift tradeoffs with three axis time switched FM MEMS accelerometer”J.Microelectromech.Syst.，Vol.27，n.5，2018。
[0013]在基于机械刚度变化的谐振加速度计的已知解决方案之中，可以提及例如：
[0014]J.Wang，Y.Shang，J.Chen，Z.Sun，D.Chen，“Micro machined resonant out of plane accelerometer with a differential structure fabricated by silicon on insulator mems technology，”Micro&Nano Letters，vol.7(12)，pp.1230
‑
1233，2012；以及
[0015]S.M.Zhao，Y.F.Liu，J.X.Dong，“A novel micro machined out of plane resonant accelerometer with differential structure of different height resonant beams，”Key Engineering Materials vol.645，pp488
‑
491，2015。
[0016]已知类型的其他谐振加速度计在例如：US 8468887 B2、US2019/0277634A1、US 9377482 B2和US 8671756 B2中有所描述。
[0017]本申请人发现，Z轴线谐振加速度计的当前解决方案在任何情况下都具有一些缺点，包括：灵敏度降低、占用空间大、抑制干扰的能力有限、动态性能(dynamics)有限以及线性度降低。
[0018]因此，主要在需要特别减小的消耗和尺寸的便携式应用的情况下，上述谐振加速度计中没有一个谐振加速度计在电气特性和机械尺寸方面完全令人满意。

技术实现思路

[0019]本公开涉及用于z轴线谐振加速度计的检测结构，其具有改进的机械和电气特性，特别是在外部加速度检测的灵敏度和所得尺寸方面。
[0020]根据本公开的一个或多个方面，提供了一种用于垂直轴线谐振加速度计的检测结构，检测结构包括：衬底；惯性质量块，悬置在衬底上方，并且具有由第一水平轴线和第二水平轴线限定的主延伸的平面，垂直轴线垂直于平面；惯性质量块中的窗口，窗口贯穿惯性质量块的厚度而延伸；主锚定件，耦合到惯性质量块，并且布置在窗口中；第一锚定弹性元件和第二锚定弹性元件，耦合到主锚定件和衬底，第一锚定弹性元件和第二锚定弹性元件是扭转型的，在主锚定件的相对侧上具有纵向延伸，第一锚定弹性元件和第二锚定弹性元件被配置成使惯性质量块围绕平行于第二水平轴线的旋转轴线旋转；第一谐振元件，具有沿第一水平轴线的纵向延伸；第一辅助锚定元件，具有沿第一水平轴线的纵向延伸，并且在第一谐振元件下方延伸；以及窗口中的第一约束元件，悬置在衬底上方，并且通过第一辅助锚定元件固定地耦合到衬底，第一辅助锚定元件耦合在第一约束元件和主锚定件之间，第一谐振元件耦合在第一锚定弹性元件和第一约束元件之间。
[0021]在一个或多个实施例中，第一锚定弹性元件和第二锚定弹性元件被配置成：响应于沿垂直轴线作用的外部加速度，允许惯性质量块围绕旋转轴线的惯性旋转运动。
[0022]在一个或多个实施例中，第一谐振元件耦合到第一锚定弹性元件，使得惯性质量块围绕旋转轴线的惯性旋转运动在第一谐振元件上引起压缩或牵引的轴向应力，并且引起对应谐振频率的随之变化。
[0023]在一个或多个实施例中，第一锚定弹性元件沿垂直轴线具有第一厚度，第一谐振元件沿垂直轴线具有第二厚度，第二厚度小于第一厚度，以及第一谐振元件在第一谐振元件的相应顶部处耦合到第一锚定弹性元件和第一约束元件，并且沿垂直轴线布置在相对于衬底的一定距离处。
[0024]在一个或多个实施例中，第一辅助锚定元件在第一辅助锚定元件的相应底部处耦合到第一约束元件和主锚定件，以及第一辅助锚定元件以浮置方式插入在第一谐振元件和衬底之间，第一辅助锚定元件和第一谐振元件之间具有第一间隙，并且第一辅助锚定元件和衬底之间具有第二间隙。
[0025]在一个或多个实施例中，第一辅助锚定元件沿垂直轴线具有第三厚度，以及第一厚度等于第二厚度和第三厚度以及第一辅助锚定元件与第一谐振元件之间的第一间隙的厚度的总和。
[0026]在一个或多个实施例中，第一谐振元件在主锚定件附近耦合到第一锚定弹性元件。
[0027]在一个或多个实施例中，该检测结构还包括：一对驱动电极，沿第二水平轴线布置在第一谐振元件的相对侧上，并且被配置成以谐振振荡运动方式驱动第一谐振元件；以及两对检测电极，沿第一水平轴线布置在一对驱动电极的相对侧上，沿第二水平轴线面对第一谐振元件的相对侧，并且被配置成通过与第一谐振元件的电容耦合的变化来检测对应谐振频率的变化。
[0028]在一个或多个实施例中，驱动电极和检测电极被布置在第一辅助锚定元件上方，具有延伸到衬底并且与衬底一体的相应锚定部分，并且相对于第一辅助锚定元件在平面内横向布置，以及相应锚定部分相对于第一谐振元件的纵向延伸而布置在中心，并且相互邻近。
[0029]在一个或多个实施例中，该检测结构还包括：第二谐振元件，具有沿第一水平轴线的纵向延伸；第二辅助锚定元件，具有沿第一水平轴线的纵向延伸，并且在第二谐振元件下方延伸；以及窗口中的第二约束元件，悬置在衬底上方，并且通过第二辅助锚定元件固定地耦合到衬底，第二辅助锚定元件耦合在第二约束元件和主锚定件之间，第二谐振元件耦合在第二锚定弹性元件和第二约束元件之间。
[0030]在一个或多个实施例中，第一谐振元件被布置在窗口被旋转轴线划分的第一半中，以及第二谐振元件被布置在窗口的第二半中，相对于旋转轴线在第一谐振元件的相对侧上。
[0031]在一个或多个实施例中，第一谐振元件和第二谐振元件以及第一辅助锚定元件和第二辅助锚定元件关于主锚定件的中心以对称的方式布置。
[0032]在一个或多个实施例中，惯性质量块关于旋转轴线具有不对称的质量分布，使得惯性质量块以偏心的方式被约束到主锚定件。
[0033]根据本公开的一个或多个方面，提供了一种谐振加速度计，包括：衬底；以及检测结构，被配置成检测沿垂直轴线的线性外部加速度分量，检测结构包括：惯性质量块，悬置在衬底上方，并且具有由第一水平轴线和第二水平轴线限定的主延伸的平面，垂直轴线垂直于平面；惯性质量块中的窗口，窗口贯穿惯性质量块的厚度而延伸；主锚定件，耦合到惯性质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于垂直轴线谐振加速度计的检测结构，其特征在于，所述检测结构包括：衬底；惯性质量块，悬置在所述衬底上方，并且具有由第一水平轴线和第二水平轴线限定的主延伸的平面，所述垂直轴线垂直于所述平面；所述惯性质量块中的窗口，所述窗口贯穿所述惯性质量块的厚度而延伸；主锚定件，耦合到所述惯性质量块，并且布置在所述窗口中；第一锚定弹性元件和第二锚定弹性元件，耦合到所述主锚定件和所述衬底，所述第一锚定弹性元件和所述第二锚定弹性元件是扭转型的，在所述主锚定件的相对侧上具有纵向延伸，所述第一锚定弹性元件和所述第二锚定弹性元件被配置成使所述惯性质量块围绕平行于所述第二水平轴线的旋转轴线旋转；第一谐振元件，具有沿所述第一水平轴线的纵向延伸；第一辅助锚定元件，具有沿所述第一水平轴线的纵向延伸，并且在所述第一谐振元件下方延伸；以及所述窗口中的第一约束元件，悬置在所述衬底上方，并且通过所述第一辅助锚定元件固定地耦合到所述衬底，所述第一辅助锚定元件耦合在所述第一约束元件和所述主锚定件之间，所述第一谐振元件耦合在所述第一锚定弹性元件和所述第一约束元件之间。2.根据权利要求1所述的检测结构，其特征在于，所述第一锚定弹性元件和所述第二锚定弹性元件被配置成：响应于沿所述垂直轴线作用的外部加速度，允许所述惯性质量块围绕所述旋转轴线的惯性旋转运动。3.根据权利要求2所述的检测结构，其特征在于，所述第一谐振元件耦合到所述第一锚定弹性元件，使得所述惯性质量块围绕所述旋转轴线的所述惯性旋转运动在所述第一谐振元件上引起压缩或牵引的轴向应力，并且引起对应谐振频率的随之变化。4.根据权利要求1所述的检测结构，其特征在于，所述第一锚定弹性元件沿所述垂直轴线具有第一厚度，所述第一谐振元件沿所述垂直轴线具有第二厚度，所述第二厚度小于所述第一厚度，以及所述第一谐振元件在所述第一谐振元件的相应顶部处耦合到所述第一锚定弹性元件和所述第一约束元件，并且沿所述垂直轴线布置在相对于所述衬底的一定距离处。5.根据权利要求4所述的检测结构，其特征在于，所述第一辅助锚定元件在所述第一辅助锚定元件的相应底部处耦合到所述第一约束元件和所述主锚定件，以及所述第一辅助锚定元件以浮置方式插入在所述第一谐振元件和所述衬底之间，所述第一辅助锚定元件和所述第一谐振元件之间具有第一间隙，并且所述第一辅助锚定元件和所述衬底之间具有第二间隙。6.根据权利要求4所述的检测结构，其特征在于，所述第一辅助锚定元件沿所述垂直轴线具有第三厚度，以及所述第一厚度等于所述第二厚度和所述第三厚度以及所述第一辅助锚定元件与所述第一谐振元件之间的第一间隙的厚度的总和。7.根据权利要求1所述的检测结构，其特征在于，所述第一谐振元件在所述主锚定件附
近耦合到所述第一锚定弹性元件。8.根据权利要求1所述的检测结构，其特征在于，还包括：一对驱动电极，沿所述第二水平轴线布置在所述第一谐振元件的相对侧上，并且被配置成以谐振振荡运动方式驱动所述第一谐振元件；以及两对检测电极，沿所述第一水平轴线布置在所述一对驱动电极的相对侧上，沿所述第二水平轴线面对所述第一谐振元件的相对侧，并且被配置成通过与所述第一谐振元件的电容耦合的变化来检测对应谐振频率的变化。9.根据权利要求8所述的检测结构，其特征在于，所述驱动电极和所述检测电极被布置在所述第一辅助锚定元件上方，具有延伸到所述衬底并且与所述衬底一体的相应锚定部分，并且相对于所述第一辅助锚定元件在所述平面内横向布置，以及所述相应锚定部分相对于所述第一谐振元件的所述纵向延伸而布置在中心，并且相互邻近。10.根据权利要求1所述的检测结构，其特征在于，还包括：第二谐振元件，具有沿所述第一水平轴线的纵向延伸；第二辅助锚定元件，具有沿所述第一水平轴线的纵向延伸，并且在所述第二谐振元件下方延伸；以及所述窗口中的第二约束元件，悬置在所述衬底上方，并且通过所述第二辅助锚定元件固定地耦合到所述衬底，所述第二辅助锚定元件耦合在所述第二约束元件和所述主锚定件之间，所述第二谐振元件耦合在所述第二锚定弹性元件和所述第二约束元件之间。11.根据权利要求10所述的检测结构，其特征在于，所述第一谐振元件被布置在所述窗口被所述旋转轴线划分的第一半中，以及所述第二谐振元件被布置在所述窗口的第二半中，相对于所述旋转轴线在所述第一谐振元件的相对侧上。12.根据权利要求10所述的检测结构，其特征在于，所述第一谐振元件和所述第二谐振元件以及所述第一辅助锚定元件和所述第二辅助锚定元件关于所述主锚定件的中心以对称的方式布置。13.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
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：