加速度传感器及其制造方法
【专利说明】加速度传感器及其制造方法
[0001]本发明涉及加速度传感器及其制造方法。本发明尤其涉及用于测量与加速度传感器的基板表面平行的加速度的微机电加速度传感器及其制造方法。
[0002]微机电加速度传感器是能够检测加速度的微系统或MEMS (micro-electro-mechanical systems，微机电系统)。通常，为此，设置通过传感器的加速度而相对于传感器的基板发生偏转的至少一个采样块(或摆锤)。为此，采样块例如可以经由弹簧可动地连接至基板。
[0003]为了检测加速度，电极(以下称为“可动电极”)是采样块的一部分，并且在基板上，固定对电极被配置成与可动电极相对。如果可动电极与对电极之间的距离由于采样块的偏转而发生变化，则该变化可以通过(闭环)控制回路来检测并且向电极施加相应的电压，使采样块复位。这里，使用所施加的电压的高度来确定加速度。
[0004]为了能够检测多于一维的加速度，例如，可以设置各自具有分别与空间轴中的一轴对准的检测轴的三个相同的加速度传感器。可选地或附加地，可以在同一基板上设置可在不同的方向上偏转的若干采样块。
[0005]已经证明具有彼此接合(或交织)的电极的加速度传感器因其有利线性行为而具有价值。这里，可动电极和对电极作为梳状电极而形成，其中，各个梳的齿彼此接合。可动电极和对电极以这种方式形成电容器，其中，必须要施加至该电容器的电极以进行复位的复位电压对于几乎所有偏转均与采样块的偏转呈线性。
[0006]然而，交织电极的这种配置的问题是阻尼(damping)的缺乏，使得在高加速度的情况下，例如，可动电极可能碰撞到对电极或间隔物，这可能导致机械缺陷和不精确或不可用的测量结果。
[0007]因此本发明的目的是提供具有提高了采样块的偏转移动的阻尼的接合梳状电极的加速度传感器。独立权利要求的主题解决了这一目的。独立权利要求中定义了有利实施例。
[0008]根据本发明的加速度传感器例如可以包括基板，其包括基板表面。此外，所述加速度传感器可以包括采样块，其能够大致沿与所述基板表面平行的正偏转方向X相对于所述基板移动，其中所述采样块包括能够与所述采样块一起移动的可动梳状电极，并且所述可动梳状电极包括沿所述正偏转方向X延伸的多个齿。所述加速度传感器还可以包括对电极，其固定连接至所述基板，其中所述对电极包括固定梳状电极，其中所述固定梳状电极包括沿与所述正偏转方向X相反的方向延伸的多个齿，其中所述可动梳状电极的齿与所述固定梳状电极的齿相接合。此外，所述加速度传感器还包括屏蔽电极，其固定连接至所述基板，所述屏蔽电极适合用于在所述采样块的偏转移动期间提高所述采样块的气动阻尼。
[0009]以下，术语“气动阻尼”例如表示由于部分体积的扩大或缩小而引起的阻尼，其中例如，气体从缩小了的部分体积流动成扩大了的部分体积。以下将更详细地说明术语“气动阻尼”。
[0010]此外，所述可动梳状电极可以包括梳前向侧，其具有与所述正偏转方向X大致垂直的梳前向表面。所述屏蔽电极可以包括与所述梳前向表面大致平行的屏蔽电极表面。
[0011]这里，所述梳前向表面和所述屏蔽电极表面可以彼此相对。在所述采样块的偏转移动期间，所述梳前向表面与所述屏蔽电极表面之间的距离可以发生变化，其中所述距离的变化适合用于提高所述采样块的气动阻尼。
[0012]所述采样块例如可以由于其惯性而在加速期间发生偏转，并且弹性复位力可以在给定时间之后将其移回至其停歇位置。此外，例如施加至所述可动梳状电极和所述固定梳状电极或者所述对电极的电压可以导致所述采样块由于静电力而发生偏转。在所述采样块的偏转移动期间，(所述梳前向表面与所述屏蔽电极表面的)相对表面之间的变化距离例如可以产生所述梳前向表面与所述屏蔽电极表面之间的体积发生改变的结果。所述体积的变化可以有助于所述采样块的气动阻尼的提高。
[0013]此外，所述采样块和所述屏蔽电极可以具有相同的电位。
[0014]为此，例如可以通过经由相应的电气连接施加电压来将所述采样块和所述屏蔽电极接至相同的电位。如果所述采样块和所述屏蔽电极具有相同的电位，则它们之间不存在吸引静电力或排斥静电力。因而，所述采样块与所述屏蔽电极之间的静电力不干扰所述采样块的偏转移动。这可以提高加速度测量的精度。
[0015]所述对电极和所述屏蔽电极可以经由隔离层彼此机械地连接。
[0016]所述隔离层例如可以是氧化层，这确保了所述屏蔽电极与所述对电极之间的电气隔离。如果所述对电极和所述屏蔽电极彼此机械地连接，则由于所述对电极确保了机械稳定性，因此可以具有可以形成更薄的所述屏蔽电极的优势。由此，例如可以实现节约空间和/或机械稳定性。
[0017]所述采样块例如可以包括能够与所述采样块一起移动的其它可动梳状电极，其中所述其它可动梳状电极包括沿与所述正偏转方向X相反的方向延伸的多个齿。所述加速度传感器还可以包括固定连接至所述基板的其它对电极，其中所述其它对电极包括其它固定梳状电极，其中所述其它固定梳状电极包括沿正偏转方向X延伸的多个齿，其中所述其它可动梳状电极的齿与所述其它固定梳状电极的齿相接合。所述加速度传感器还可以包括固定连接至所述基板的其它屏蔽电极，其适合用于在所述采样块的偏转移动期间提高所述采样块的气动阻尼。
[0018]由于所述其它可动梳状电极和所述其它固定梳状电极，例如，可以更精确地检测所述正偏转方向X上的以及与所述正偏转方向X相反的方向上的加速度，然后，针对沿正X方向以及负X方向的检测存在用于检测加速度或者用于复位所述采样块的各个电极。
[0019]所述屏蔽电极和所述其它屏蔽电极可以彼此一体地相连接。
[0020]为此，例如可以设置单个电极用作屏蔽电极以及其它屏蔽电极。这例如对所述屏蔽电极或所述其它屏蔽电极的机械稳定性是有利的。另外，由于可以忽略所述屏蔽电极与所述其它屏蔽电极之间的间隔，因此这种配置例如可以节约所述基板上的空间。
[0021]所述加速度传感器还可以包括至少一个弹簧元件，所述弹簧元件使所述采样块与所述基板彼此连接以使得所述采样块能够沿所述正偏转方向X进行偏转移动并且使得所述采样块在与所述正偏转方向X垂直且与所述基板表面平行的方向y上以大致刚性的方式受到支撑。
[0022]与所述基板表面垂直的方向z上的所述采样块的支撑也可以是大致刚性的。
[0023]由于所述可动梳状电极与所述固定梳状电极之间的距离仅沿X方向而不沿y方向或Z方向发生改变，因此加速度测量的精度可以因不发生偏转移动或要检测加速度的方向上的所述采样块的刚性支撑而提高。
[0024]—种用于制造加速度传感器的方法，其中，所述方法包括以下步骤:形成基板，其包括基板表面；形成采样块，其能够沿与所述基板表面大致平行的正偏转方向X而相对于所述基板移动，其中所述采样块包括能够与所述采样块一起移动的可动梳