本公开的各实施例总体上涉及电子设备。一种微机电传感器设备具有检测结构，该检测结构包括：具有顶面的基底；悬置在基底的顶面上方并且弹性耦合到转子锚以便根据待检测量相对于基底执行惯性运动的惯性质量体；以及在相应定子锚处整体耦合到基底并且电容耦合到惯性质量体，以便响应于待检测量而生成指示待检测量的差分电容变化的定子电极。特别地，作为惯性运动，惯性质量体执行沿着正交于基底的顶面的竖直轴线的平移运动；并且定子电极以悬置方式布置在基底的顶面上方。本公开的微机电传感器设备具有改进的稳定性并且减少了其电特性相对于外部刺激(诸如热变化、机械或环境应力、或各种性质的其他外部刺激)的漂移。或各种性质的其他外部刺激)的漂移。或各种性质的其他外部刺激)的漂移。
【技术实现步骤摘要】
电子设备
[0001]本公开涉及一种电子设备，具体涉及竖直轴线(所谓的z轴)MEMS(微机电系统)传感器设备，该MEMS传感器设备对构成相对于待检测量的干扰的外部应力或刺激具有改进的不敏感性；下面的讨论将明确提及一种实现电容类型的加速度计的MEMS传感器设备，该MEMS传感器设备被配置为检测沿着上述z轴的线性加速度，而这并不表示任何通用性的损失。
技术介绍
[0002]总体上，MEMS加速度计的检测结构包括至少一个惯性质量体，该惯性质量体通常定义为“转子质量”或简称为“转子”，只要其在存在待检测加速度的情况下可以通过惯性效应进行移动(但这并不表示该惯性质量体必须具有旋转运动)。
[0003]惯性质量体悬置在基底上方，基底通过弹性元件耦合到对应转子锚(固定到该基底)，弹性元件允许通过惯性效应移动该惯性质量体。
[0004]MEMS加速度计的检测结构还包括定子电极，定子电极固定并且整体耦合到基底并且电容耦合到转子以形成一个或多个检测电容器(通常为差分配置)，该检测电容器的电容变化指示待检测量。
[0005]典型地，MEMS加速度计还包括电耦合到检测结构的电子读取电路，即，所谓的ASIC(专用集成电路)，该电子读取电路在其输入处接收由检测电容器产生的电容变化并且对其进行处理以确定加速度的值，以生成电输出信号(其可以在MEMS加速度计的输出处提供以用于后续处理操作)。
[0006]上述ASIC电子读取电路和检测结构通常在半导体材料的相应管芯中制成，这些管芯被容纳在容器(所谓的封装)内，该容器包围并且保护该管芯，此外还提供朝向外部的电连接接口；在所谓的基底级封装解决方案中，封装由一个或多个基本层和盖层形成，这些层直接耦合到MEMS器件的管芯以构成朝向外部设备的机械和电接口。
[0007]图1A和图1B分别在俯视图和横截面图中示出了竖直轴线MEMS加速度计的已知类型的检测结构，该检测结构整体由1表示。
[0008]检测结构1包括惯性质量体2，惯性质量体2在水平面xy中具有主延伸部(在该示例中，具有大致矩形形状，沿着第一水平轴线x伸长)，悬置在具有顶面3a的基底3上方。
[0009]惯性质量体2在内部具有窗口4，该窗口4将惯性质量体划分为具有不对称质量分布的第一部分2a和第二部分2b，在该示例中，第一部分2a沿着第一水平x轴的延伸部大于第二部分1b的对应延伸部。
[0010]惯性质量体2通过第一扭转弹性元件6a和第二扭转弹性元件6b弹性耦合到相对于窗口4居中布置的转子锚5，第一扭转弹性元件6a和第二扭转弹性元件6b沿着上述水平面xy的第二水平轴线y具有线性延伸部。
[0011]第一扭转弹性元件6a和第二扭转弹性元件6b限定惯性质量体2的旋转轴线A，该惯性质量体2在存在沿着z轴正交于上述水平面xy的外部加速度的情况下通过惯性效应移动，
并且围绕上述旋转轴线A摇摆或“摆动”移动。
[0012]检测结构1还包括布置在基底3上的第一定子电极8a和第二定子电极8b，第一定子电极8a和第二定子电极8b固定耦合到基底3的顶面3a，在惯性质量体2下方，在相对于窗口4的相对侧上。
[0013]特别地，第一定子电极8a布置在惯性质量体2的第一部分2a下方，并且第二定子电极8b布置在惯性质量体2的第二部分2b下方，以形成一对检测电容器。
[0014]由惯性质量体2围绕旋转轴线A的惯性效应产生的上述旋转因此确定了惯性质量体2相对于第一定子电极8a的接近/移开、以及该惯性质量体2相对于第二定子电极8b的对应移开/接近，从而引起指示外部加速度的程度的上述检测电容器的差分电容变化。
[0015]在发生应力和变形的情况下，特别是由于与封装的相互作用，例如由于温度或环境条件变化或由于机械应力，在对应检测结构1中引起的应力和形变的情况下，先前描述的检测结构1可能会受到测量误差的影响。
[0016]由于不同热膨胀系数和不同组成材料的杨氏模量的不同值，微机电传感器的封装实际上随着温度的变化而发生变形；这可能会在容纳在该封装内部的检测结构的基底中引起对应变形。类似的变形可能由于材料的老化或由外部引起的特定应力而发生，例如，由于封装在印刷电路上的焊接，或由于构成封装的材料对湿气的吸收。
[0017]如图2示意性所示，在例如由于热应力(诸如冷却)而导致基底3发生变形的情况下，基底3的顶面3a可能会发生弯曲或凹陷(为了说明清楚，图2以强调的方式示出了这种变形)，这导致定子电极8a、8b在初始静止状态下在没有外部加速度的情况下接近惯性质量体2。
[0018]特别地，在上述图1B中，在没有变形的情况下在静止时的理论距离用g0表示，并且在图2中，x
1,ΔT
和x
2,ΔT
是由于基底3的变形而相对于静止时的状态的位移(这些位移是变量，该变量是温度的函数，或者通常是能够引起该基底3变形的所有外部效应的函数)。
[0019]上述位移导致由C1和C2表示的检测电容的值的以下变化(只要这些变化与待检测的加速度无关，则是不希望的变化)：
[0020]以及
[0021][0022]类似地，以未示出的方式，由于基底3的顶面3a的膨胀，加热(ΔT>0)导致检测电容C1、C2的值的以下不希望的变化，这一次是由于定子电极8a、8b在初始静止状态下远离惯性质量体2的移动而导致的：
[0023]以及
[0024][0025]这些电容性变化导致由MEMS加速度计提供的静止时的输出信号的不期望的修改(所谓的漂移或偏移)，称为“零g电平”，并且导致加速度检测的误差。
[0026]为了克服这一缺点，人们提出了各种各样的解决方案，但这些方案并不完全令人满意。
[0027]特别地，一些解决方案设想了加速度检测结构的优化。
[0028]例如，US 2011/0023604公开了一种MEMS加速度计的检测结构，其中转子锚相对于定子电极(其布置在基底的顶面上)的位置的定位被优化，以减少由于基底的变形而引起的电参数的变化。特别地，转子和定子锚被布置成严格相互接近，即，与制造过程兼容地尽可能彼此靠近。
[0029]在该解决方案中，存在物理限制(与锚的尺寸相关)和技术限制(与制造技术相关)，这些限制不能有效消除由MEMS加速度计提供的输出信号的漂移误差(事实上，在任何情况下，锚位置之间都存在一定的距离，尽管与制造工艺兼容)。
[0030]其他解决方案设想在封装级别进行优化；例如，已经提出使用对变形敏感度降低的陶瓷基底。
[0031]然而，这些解决方案在制造过程中带来更大的困难，并且通常成本更高；此外，陶瓷封装的尺寸通常大于传统塑料封装的尺寸。
技术实现思路
[0032]本公开旨在解决上述问题，并且特别地旨在提供一种微机电传感器设备。
[0033]根据本公开的一个或多个方面，提供了一种电子设备，其包括：基底，具有第一表面；锚；惯性质量体，悬置在所述基底的所述第一表面上方本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电子设备，其特征在于，包括：基底，具有第一表面；锚；惯性质量体，悬置在所述基底的所述第一表面上方并且弹性耦合到所述锚；以及第一定子电极，耦合到所述基底，所述第一定子电极具有第二表面，所述第二表面与所述基底的所述第一表面隔开第一距离，所述第二表面背对所述基底；第二定子电极，耦合到所述基底并且通过所述锚与所述第一定子电极隔开，所述第二定子电极具有第三表面，所述第三表面与所述基底的所述第一表面隔开第二距离，所述第二距离小于所述第一距离，所述第三表面背对所述基底。2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述惯性质量体包括窗口，所述窗口具有第一延伸部、第二延伸部以及第三延伸部，所述第一延伸部沿着第一方向，所述锚在所述第一延伸部内，所述第二延伸部沿着横向于所述第一方向的第二方向，所述第三延伸部沿着所述第二方向并且通过所述第一延伸部与所述第二延伸部隔开。3.根据权利要求2所述的电子设备，其特征在于，所述第一定子电极和所述第二定子电极从耦合到所述基底的支柱结构以悬臂方式悬置在所述基底的所述第一表面上方。4.根据权利要求2所述的电子设备，其特征在于，所述惯性质量体包括第一台阶和第二台阶，所述第一台阶与所述第一定子电极对准并且所述第二台阶与所述第二定子电极对准。5.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述惯性质量体是第一结构层的一部分并且所述第一定子电极是第二结构层的一部分，所述第二结构层与所述第一结构层相比与所述基底隔开更远，所述第二定子电极是所述第一结构层的一部分。6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述第一结构层和所述第二结构层是生长在所述基底的所述第一表面上的外延硅层，所述外延硅层至少部分地与彼此电和机械解耦。7.根据权利要求2所述的电子设备，其特征在于，所述惯性质量体在内部限定窗口，所述窗口形成相对于所述锚具有基本对称的质量分布的第一半部和第二半部，所述第一定子电极电容耦合到所述惯性质量体的所述第一半部并且所述第二定子电极电容耦合到所述惯性质量体的所述第二半部。8.根据权利要求2所述的电子设备，其特征在于，所述惯性质量体在内部限定窗口，所述窗口将所述惯性质量体划分为相对于所述锚具有基本对称的质量分布的第一半部和第二半部，所述第一定子电极和所述第二定子电极电容耦合到所述惯性质量体的所述第一半部并且形成第一对差分电极；以及第三定子电极和第四定子电极，被布置为面对所述惯性质量体的所述第二半部、在相对侧并且形成第二对差分电极。9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述第一定子电极和所述第二定子电极具有相应第一定子锚和第二定子锚，所述第一定子锚和所述第二定子锚以及所述锚相对于所述惯性质量体居中地相互靠近地布...
【专利技术属性】
技术研发人员：G，
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：
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