专利名称：具有低的热漂移的微机电z轴探测结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微机电(MEMS)z轴探测结构，具有低的热漂移；特别地，将在下文清楚地涉及一种微机电ζ轴加速度计，但是这并不意味着丢失任何一般性。
背景技术：
MEMS类型的ζ轴惯性加速度计是人们所熟知的，其包括微机电结构，该微机电 结构对作用在与其主延伸平面正交的方向上并且朝向相应的衬底的顶表面的加速度敏感 (其也能够探测作用在相同平面内的更多的加速度)。图Ia和图Ib示出了已知类型的ζ轴惯性加速度计的MEMS结构，整体使用参考标 记1标示，其还进一步包括与MEMS结构电耦合的电子读取接口(未示出)。MEMS结构1包括具有顶表面2a的衬底2 (例如，由半导体材料制成的，特别是硅)， 以及由导电材料例如多晶硅制成的传感块3，该传感块3设置在衬底2上，悬浮于距离衬底 2的顶表面2a —定距离处。传感块3在由互相正交的第一轴χ和第二轴y所限定的传感器 平面xy内具有主延伸，该传感器平面xy基本平行于衬底2的顶表面2a (在非工作的状态 下，也就是说，在非加速状态或者没有任何外部力量作用在MEMS结构1的状态下)，并且该 主延伸沿着正交的ζ轴是基本上没有维度的，该ζ轴与前述的传感器平面xy垂直(也与衬 底2的顶表面2a垂直)，并且与第一轴和第二轴X，y 一起构成一组笛卡尔轴系xyz。传感块3具有一个贯穿开口 4，其穿过传感块的厚度，在平面图上显示其具有长度 方向沿着第一轴X延伸的基本为矩形的形状，并且设置在距离传感块3的质心(或者重心) 一定距离处；因此贯穿开口 4将传感块3分成第一部分3a和第二部分3b，二者沿着第二轴 y位于同一个贯穿开口的相对侧，与第二部分3b相比，第一部分3a沿着第二轴y具有更大 的尺寸。MEMS结构1进一步包括第一固定电极5a和第二固定电极5b，二者是由导电材料 制成，并且设置在衬底2的顶表面2a上，沿着第二轴y位于贯穿开口 4的两侧，这样就分别 位于传感块3的第一和第二部分3a，3b的下面。第一和第二固定电极5a，5b在与传感器平 面xy平行的平面内具有基本上成矩形的形状，沿着第一方向χ伸长。第一和第二固定电极 5a, 5b因此与传感块3 —起限定了具有平面和平行面板的第一探测电容器和第二探测电容 器，标示为C1, C2, 二者具有给定的静止(rest)电容。传感块3通过中心锚固元件6被锚固 在衬底2上，该锚固元件6由在贯穿开口 4内从衬底2的顶表面2a开始延伸的柱状元件构 成，与同一贯穿开口 4同心。中心锚固元件6因此沿着第二轴y的方向相对于固定电极5a， 5b等距设置，位于与标示为0的由固定电极5a，5b组成的组件的重心(或者质心)对应的 位置。重心0还用于笛卡尔参照系统xyz的原点，对应着传感块3相对于衬底2的单个约 束点ο特别地，传感块3与中心锚固元件6通过第一连接弹性元件8a和第二连接弹性元 件8b机械连接，这两个弹性元件在贯穿开口 4内，沿着与第一轴χ平行的旋转轴A对准，基 本上成直线地延伸，位于中心锚固元件6和重心0的两侧。连接弹性元件8a，8b构造成在其延伸方向周围承受扭矩，这样能使传感块3在传感器平面xy之外沿着由相同的连接弹性 元件8a，8b所限定的旋转轴A旋转。需要注意，旋转轴A穿过重心0，而且构成中心锚固元 件6和固定电极5a，5b构成的组件的对称轴。在使用时，在正交方向ζ存在加速度作用时，传感块3在惯性的作用下绕着旋转轴 A转动，这样就接近两个固定电极5a，5b中的一个(例如，第一固定电极5a)，并且相应地远 离两个固定电极5a，5b中的另一个(例如，远离第二固定电极5b)，产生探测电容器C1, C2 的相反的电容变化。合适的加速度计的接口电子仪器(图la，lb中未示出)与MEMS结构 1电耦合，在输入端接收探测电容器C1, C2的电容变化，并且通过微分的方法处理它们，从而 确定沿着正交轴Z作用的加速度的值。本申请人发现，上述的MEMS结构1，虽然有利地能够探测沿着正交轴ζ作用的加速 度，但是只要衬底2例如因为温度的变化产生变形，就会存在测量误差。一种已知的方法， 微机电传感器的封装过程，因为所使用的材料的热膨胀系数不同，实际上会因为温度的变 化而产生变形，使得包含在其中的MEMS结构的衬底也会相应地产生变形。类似的变形还可 以由外部引起的特定的应力产生，例如当封装件被焊接在印刷电路板上的时候。因为衬底 2的变形，直接约束在衬底2上的固定电极5a，5b (这些电极通常布置在衬底2的顶表面2a 上)，就会跟随这些变形，同时传感块3也随着中心锚固元件6的可能的变形而移位，然而， 还保持精确的平面。本申请人还发现，特别地，在探测方向为沿着正交轴ζ的加速度时，衬底2的变形 会同时引起偏移量漂移和敏感度漂移。具体地，如果衬底2，以及相应的顶表面2a，经历了相对于第二轴y沿着正交轴ζ 的变形(以重心0为中心，对应着中心锚固元件6的中心)，如图2a和2b中示意的那样，由 于该变形，平均距离(或者间隙)gaPl, gap2发生相等的改变，使传感块3在第一和第二固定 电极5a，5b处与衬底2分开。在图2b中，固定电极5a，5b理想化地表示为设置在沿着第二 轴y的它们的中心点且距离重心0的间隔为m的点状元件；中心锚固元件6也被理想化地 表示为位于重心0的点。在这种情况下，传感器由于探测电容器C1, C2的静止电容值的变化而产生敏感度 漂移；同时当例如由于衬底2不是完美的平面，或者传感块3与衬底2不是完全地平行，两 个间隙最初已经存在不同(关联的静止电容也会不同)时，还会产生偏移量漂移，。另外，当衬底2相对于第二轴y沿着正交轴ζ存在三次(cubic)变形时(再次以 重心0为中心)，如图3所示(类似于之前的图2b)，平均距离gaPl，gap2产生符号相反的变 化，其使传感块3与第一和第二固定电极5a，5b分开(相应的第一和第二电容器C1, C2也同 样产生变化)。这些变化引起从传感器的接口电子仪器输出的电信号的改变，因此引起根据 温度改变的传感器的偏移量改变。
发明内容
本发明的目的是解决之前所突出的问题，特别是提供一种沿着正交轴ζ敏感的微 机电结构，该微机电结构的电特性具有低的温度漂移，特别是对于偏移量和敏感度。根据下文所记载的本发明，MEMS探测结构，包括_具有顶表面的衬底，在该衬底上至少设置有第一固定电极装置；
-传感块，在一个平面内延伸，并且悬浮在所述衬底和所述第一固定电极装置之上 一定分隔间距处；以及-连接弹性元件，构造成支撑所述传感块，所以其可以在所述平面外绕着旋转轴自 由旋转，根据所探测的沿着与所述平面正交的轴的量改变所述分隔间距；其特征在于，包括一个耦合块，悬浮在所述衬底之上并且通过所述连接弹性元件 与所述传感块连接；以及锚固装置，构造成将所述耦合块通过至少一个第一限制点锚定到 所述衬底，设置在与所述旋转轴隔开一定距离处，并且位于与所述第一固定电极装置相应 的位置。
为了更好地理解本发明，现在将描述一个优选实施例，所述实施例仅仅用于非限 定性的示例，并且结合下述
，其中图Ia是一种已知类型的ζ轴传感器的MEMS结构的平面图；图Ib是图Ia中的MEMS结构的沿着图Ia中的1_1线的截面图；图2a是与图Ib类似的截面图，其中存在着MEMS结构的衬底的二次变形；图2b示意地示出了图Ia中的MEMS结构的衬底的二次变形的结果；图3示意地示出了图Ia中的MEMS结构的衬底的三次变形的结果；图4是根据本发明的一个方面的ζ轴传感器的MEMS结构的平面示意图；图5a，图5b示意地示出了图4中的MEMS结构的衬底的二次变形的结果；图6示意地示出了图4中的MEMS结构的衬底的三次变形的结果；图7是设计图4中的MEMS结构的过程的流程图重点步骤；图8和图9示出了关于图7的设计过程的几何量的线图；图IOa是图4的MEMS结构的一个实施例的平面图；图IOb是图IOa中的MEMS结构沿着图IOa中的X-X线的截面图；图11是根据本发明的另一个实施例的集成了 MEMS结构以及相应的传感器的电子 设备的框图。
具体实施例方式如下文中将要详述的，本发明的一个方面是设想一种对传感块与MEMS结构的衬 底的机械耦合(通过锚固或者支撑)的结构的合适的改变，使得随着由于温度的变化而引 起的衬底的变形，传感块将经受的位移基本上与固定电极所经受的位移相一致，因此传感 块和固定电极之间的平均间隙的变化(以及关联的电容值的变化)不会发生(或者非常的 小)。这样，可能消除(或者明显减小)传感器的任何热漂移以及关联的测量误差，甚至在 衬底变形存在的情况下，也是如此。特别地，传感块通过位于对应于固定电极的位置的限制 点耦合到衬底上，采用这样的方式，在这些限制点的位置处的位移(在正交方向ζ)基本上 与固定电极的位移一致，成为衬底变形的函数。更详细地说，首先参考图4中的示意图(其中与之前描述的元件类似的元件使用 相同的参考标记，这里不再缀述)，ζ轴传感器(特别地为加速度计)的MEMS结构，标示为 10，与结合图Ia和图Ib所描述的结构的不同之处主要在于传感块3与衬底2的机械耦合的结构的不同的构造，其设计为提供一种传感块3的锚固结构，使其悬浮在衬底2上。特别地，该示例中该机械耦合结构包括耦合块12，其设置在贯穿开口4内，旋转轴 A上，并且通过连接弹性元件8a，8b (与之前所述的连接弹性元件具有相同的扭转特性)与 传感块3连接。耦合块12构造成具有高的硬度(特别地，其硬度值能够使耦合块12即使 在衬底2存在最大可承受变形的情况下还能保持相当的平整度)的程度达到使其可以被认 为是平面的(在非工作状态下，在传感器平面xy内延伸)并且是无形变的。耦合块12具 有，例如在平面视图内基本上成矩形的形状，其长边沿着第一轴χ的方向延伸。耦合块12 例如可以是在形成传感块3的同一个工艺步骤中，通过对材料(例如多晶硅)的相同层进 行化学刻蚀而形成的。耦合块12在设置在与固定电极5a，5b相对应的位置的多个限制点13处被限 制在衬底2上，特别地位于相对于传感器平面xy的固定电极的体区(bulk)或者封套 (envelope)区内。通常，针对与固定电极5a，5b关联的每个封套区都会提供至少一个限制点13。在 图4所示的实施例中，例如设想有四个限制点13，其中两个设置于与第一固定电极5a相对 应的位置(特别地，如下文中将要详述的，相对于第一轴χ的各自的端部)，另外两个设置 在与第二固定电极5b相对应的位置(再次，如下文中将要详述的，相对于第一轴χ的各自 的端部)。每个限制点13的位置通过沿着第一轴χ的坐标值a和沿着第二轴y的坐标值b 来限定；同样在图4中，w表示固定电极5a，5b沿着第一轴χ测量的长度的一半，X1和X2分 别表示与固定电极5a，5b相连的封套区沿着第二轴y的最小和最大坐标值。每个限制点13通过设置在衬底2的顶上并且与衬底2接触的各自的锚固元件 14 (示意地示出在图4中)以及设计为将耦合块12与各自的锚固元件14机械耦合的各自 的支撑弹性元件15 (也在图4中示意地示出)限定。特别地，每个支撑弹性元件15构造成，与各自的锚固元件14 一起，在各自的限制 点13限定一个枢转元件，其对衬底2关于限制点13的旋转不敏感，然而，代替地，它严格地 跟随其所有方向的平移(特别是沿着正交的ζ轴的平移，沿着χ轴与y轴的任何平移基本 上对传感器的行为没有影响)。另外，支撑弹性元件15具有比连接弹性元件8a，8b高的多的硬度，这样可以认为 耦合块12关于要探测的沿着正交轴ζ的外部加速度而言相对于传感块3保持基本上静止。关于外部加速度，MEMS结构10的行为与之前结合附图la，Ib所描述的已知结构 的方式类似，其中传感块3在传感器平面xy之外绕着连接弹性元件8a，8b旋转，在探测到 沿着正交轴ζ作用的加速时接近衬底2。在衬底2(以及与其固定在一起的固定电极5a，5b)因为例如温度的变化造成的变 形而沿着正交轴ζ存在位移的情况下，限制点13基本上以与固定电极5a，5b 一致的方式沿 着正交轴ζ移动，类似的位移通过支撑弹性元件15 (特别地，在耦合块12与支撑弹性元件 的连接端)传递到耦合块12。随着这些位移，耦合块12也发生位移，使自己进入一个插入 到(例如根据最小二乘标准)由限制点13所采取的新位置的平面内。特别地，插入的平面 和各个限制点13之间的误差通过支撑弹性元件15的变形来补偿，该支撑弹性元件15而且 进一步补偿衬底2可能的膨胀。特别地，之前限定的枢转元件在传感器平面xy内跟随衬底 2的可能的变形，这些位移被支撑弹性元件15吸收而不是将其传递到耦合块12上，通过这样的方式就避免了相同的耦合块12的断裂或者过多的应力。考虑到施加在MEMS结构10上的相同的外部加速度，而且因为支撑弹性元件15相 对于外部加速度来说的硬度，传感块3因此以一种直接的方式跟随耦合块12的位移，在空 间中相应地移位，从而满足作用在MEMS结构10上的力(和扭转力矩)的均衡；换句话说， 传感块3与耦合块12刚性地连接在一起，使其可以沿着正交轴ζ跟随衬底2的变形。因此， 传感块3经受与固定电极5a，5b的位移基本上一致的位移，因此有效地减小了同样的传感 块3和固定电极5a，5b之间的(平均)间隙的变化。也就是说，就好像传感块3在限制点 13处直接限制在衬底2上，经受沿着正交轴ζ的与固定电极5a，5b在所述限制点13处所产 生的位移相一致的平移。如图5a中所示的，当衬底2产生二次变形时，在限制点13处，传感块3与衬底2 之间的距离gaPl，gap2在这种情况下与在非工作状态下的情况相比不会发生变化。直观地， 而且如下文中将要详述的，可能确定限制点13沿着第二轴y的坐标值b，使得二次变形不 使传感块13与固定电极5a，5b之间距离的平均值产生可感知的变化(在它们沿着第二轴 y的全部延伸上考虑)，结果从传感器输出的敏感度值和偏移量值不会发生可感知的变化。类似地，如图5b中所示的，存在这种直观的可能，为限制点13的位置沿第一轴χ 的坐标确定适当的值a，使得传感块3和固定电极5a，5b之间的距离的平均值gaPl，gap2 (沿 着它们的总长度w)在温度变化的情况下相对于非工作状态也基本上保持恒定。同样在三次变形的情况下，如图6所示，在限制点13的位置的坐标处，传感块3与 衬底2之间的距离gaPl，gap2不发生变化(传感块3的平面实际上跟随位于重心0相对侧 的限制点的相对方向的位移倾斜)。直观地，还可能再次确定限制点13的最佳位置，使得传 感块3与固定电极5a，5b之间的距离的平均值的变化最小化(在它们沿着第二轴y的全部 延伸上考虑)，这样传感器的输出对温度再一次不敏感，对敏感度值和偏移量值都是如此。限制点13紧邻固定电极5a，5b的布置因此是有好处的，只要它引起传感块3经 受与固定电极5a，5b的平均位移近似的位移，因此减小了从传感器输出的电信号值的热漂 移。在任何情况下，通过MEMS结构10的数学建模，可以有利地确定限制点13的优化的精 确位置(以及相应的锚固元件14的位置)，这样可有效地最小化传感块3与固定电极5a， 5b之间的距离gaPl，gap2的平均变化(在它们沿着第一和第二轴X，y的全部延伸上考虑)。换句话说，还可能定义一个迭代的过程，用于在MEMS结构的设计和制造阶段中确 定限制点13的最佳位置，其可在衬底2存在变形的情况下使传感器的敏感度和偏移量漂移 最小化。有利地，这种程序可使用对MEMS结构10的固定电极5a，5b的任何几何结构和构 造都适用的通用方式来实现，。详细地说，如图7所示，程序的最初步骤，标示为20，设想选择限制点13的最初位 置，采用沿着第一轴和第二轴X，y的坐标值a和b的形式。然后(步骤21)，衬底2的变形Zsub通过下式确定(也就是沿着正交轴ζ的位移作 为沿着第一和第二轴X，y的坐标值的函数)Zsub = ^+C1 · x+C2 · y+C3 · χ · y+C4 · X2 · +C5 · y2 · +C6 · χ2 · y+C7 · χ · y2 · +C8 · χ3 · +C9 ·
3
1…假定次方大于三次(相应于三次变形)的分量都被略去。实际上已知在具有小的 尺寸的结构中(例如精确的MEMS结构)，线性的、抛物线的、以及三次变形是用来描述机械行为的主要变形，而更高次方的变形通常可被略去。然后(步骤22)，确定沿着正交轴ζ的位移以及所得的耦合块12的布置(以及因 此刚性地连接在其上的传感块3，刚性连接的程度使得可以将其看做是一个单独的悬浮的 块的点)。为了获得更高的精度，可以采用FEM(有限元法)模拟，将不规则的机械结构分割 为(通过自身已知的方式)合适数量的规则的部分。传感块3，假定是平面的，因此其沿着 正交轴ζ的位移Zmass可由下式给出Zmass = bo+b! · x+b2 · y使用平面插值，限制点13的位置(χ = a = b)，使用最小二乘法，可得到关于传 感块3的位移Zmass的下述表达式Zmass = (C0+C4 · a2+C5 · b2) + (C7+C7 · b2+C8 · a2) · x+(C2+C6 · a2+C9 · b2) · y在下面的步骤(步骤23)中，针对固定电极5a，5b中每一个(具体是针对相应的 封套中的每一个)的平均偏差可以被确定，在衬底2的变形和传感块3的位移之间，执行在 电极的整个面积(具体地，相应的封套的面积)上的积分。衬底2的变形和传感块3位移 之间的偏差通过下式给出AZ = Zmass-Zsub平均偏差S mean通过对该偏差在积分面积内(每个固定电极5a，5b的面积Ω ) 的积分得到
权利要求
一种MEMS探测结构(10)，包括 具有顶表面(2a)的衬底(2)，其上至少设置有第一固定电极装置(5a)； 传感块(3)，在一个平面(xy)内延伸，并且悬浮在所述衬底(2)和所述第一固定电极装置(5a)之上的分隔间距(gap1)处；以及 连接弹性元件(8a，8b)，构造成支撑所述传感块(3)，使其可以在所述平面(xy)外绕着旋转轴(A)自由旋转，根据将被探测的沿着与所述平面(xy)正交的轴(z)的量改变所述间距(gap1)；其特征在于，包括耦合块(12)，悬浮在所述衬底(2)之上并且通过所述连接弹性元件(8a，8b)与所述传感块(3)连接；以及锚固装置(14，15)，构造成将所述耦合块(12)通过至少一个第一限制点(13)锚固到所述衬底上(2)，设置在与所述旋转轴(A)隔开一定距离，且位于与所述第一固定电极装置(5a)相应的位置。
2.根据权利要求1所述的结构，其中所述平面(xy)通过互相正交的第一轴(χ)以及第 二轴(y)所限定；并且所述第一限制点(13)相对于所述平面(xy)设置在所述第一固定电 极装置(5a)的封套区内。
3.根据权利要求2所述的结构，其中所述锚固装置(14，15)构造成使得所述耦合块(12)关于所述探测的量基本上是静止的，并且所述衬底(2)在所述第一限制点(13)沿着所 述正交轴⑴的位移引起所述耦合块(12)沿着所述正交轴(ζ)的相应的位移；并且所述连接弹性元件(8a，8b)构造成使得所述耦合块(12)的位移引起所述传感块(3) 的相应位移。
4.根据权利要求3所述的结构，其中所述锚固装置(14，15)构造成在所述第一限制点(13)限定枢转元件。
5.根据权利要求3所述的结构，其中所述第一限制点(13)设置在基本上对应于所述封 套区沿着限定所述平面(xy)的第二轴ω和/或所述第一轴(X)的中间点的位置(a，b)。
6.根据权利要求3所述的结构，其中所述锚固装置(14，15)构造成使用另外的限制点 (13)将所述耦合块(12)锚固到所述衬底(2)上，从而所述衬底(2)沿着所述正交轴(ζ)在 所述第一和另外的限制点(13)的位移引起所述耦合块(12)沿着所述正交轴(ζ)的相应的 位移；所述耦合块(12)设计成源于所述得到的位移，根据沿着所述正交轴(ζ)插入所述相 应位移的平面在空间内位移。
7.根据权利要求3所述的结构，其中所述第一限制点(13)设置在这样的位置(a，b)， 使得能够减小在所述第一限制点(13)周围区域内随着所述衬底(2)的变形而产生的、沿着 所述正交轴(ζ)的所述传感块(3)的位移(Zmass)与所述衬底(2)的位移(Zsub)之间的平均 偏差(S_mean)。
8.根据权利要求7所述的结构，其中所述第一限制点(13)设置在能够最小化所述平均 偏差(Sjiiean)的位置(a，b)。
9.根据权利要求7所述的结构，其中所述第一轴(χ)基本上平行于所述旋转轴(A)，并 且所述封套区具有沿着所述第二轴(y)的相对于所述旋转轴的坐标，以及沿着所述第一轴 (χ)的坐标，其中所述沿着第二轴(y)的坐标包含在第一最小值(X1)与第一最大值(X2)之 间，所述沿着所述第一轴(χ)的坐标包含在第二最小值(-w)与第二最大值(+w)之间；并且所述第一限制点(13)设置在沿着所述第二轴(y)距离所述旋转轴(A) —定距离(b)， 其值位于所述第一最小值(X1)与所述第一最大值(X2)之间，并且具有沿着所述第一轴(χ) 的坐标(a)，其包含在所述第二最小值(-w)与第二最大值(+w)之间。
10.根据权利要求9所述的结构，其中所述第一固定电极装置(5a)具有位于所述平面 (xy)内的基本上成矩形的封套区；所述锚固装置(14，15)构造成除了通过所述第一限制点(13)之外，还通过至少一个也 位于所述封套区内的第二限制点(13)将所述耦合块(12)锚固到所述衬底(2)上；所述第 一和第二限制点沿着所述第一轴(χ)相对于所述封套区的中心轴以对称的方式设置，平行 于所述第二轴(y)并且与所述第一轴(χ)在原点(O)交叉，所述原点沿着所述第一轴(χ) 的坐标值为零；并且所述第一限制点(13)沿着所述第一轴(χ)的坐标(a)的绝对值满足下式0 < a < w其中w是所述第二最小值(ι)以及所述第二最大值(w)的绝对值。
11.根据权利要求1所述的结构，其中所述锚固装置(14，15)包括至少一个与所述衬 底⑵刚性地耦合的锚固元件(14)，以及至少一个支撑弹性元件(15)，其设计为将所述耦 合块(12)与所述锚固元件(14)连接在一起；所述支撑弹性元件(15)相对于所述连接弹性元件(8a，8b)具有更高的硬度，从而使其 相对于将被探测的沿着所述正交轴(ζ)的量而言基本上是刚性的。
12.根据权利要求11所述的结构，其中所述锚固元件(14)至少部分设置在所述第一固 定电极装置(5a)关于所述平面(xy)的封套区内。
13.根据权利要求11所述的结构，其中所述平面(xy)由互相正交的第一轴(χ)以及第 二轴(y)限定；并且所述支撑弹性元件(15)包括沿着所述第二轴(y)直线延伸并且与所述耦合块(12)连 接的第一扭转弹簧(15a)，以及沿着所述第一轴(χ)直线延伸并且与所述锚固元件(14)连 接的第二扭转弹簧(15b)；所述第一扭转弹簧(15a)以及所述第二扭转弹簧(15b)具有一个共同端，位于与设计 成定义所述第一限制点(13)的位置相应的位置。
14.根据权利要求1所述的结构，其中所述传感块(3)具有贯穿开口(4)，并且所述耦 合块(12)和所述锚固装置(14，15)设置在所述贯穿开口(4)内；并且所述连接弹性元件(8a，8b)在所述贯穿开口(4)内延伸，并且对准以限定所述旋转轴(A)。
15.根据权利要求1所述的结构，进一步包括设置在所述衬底(2)上的第二固定电极装 置(5b)，其设置在所述第一固定电极装置(5a)关于所述旋转轴(A)的相对侧；所述传感块 (3)以这样的方式设置在所述衬底(2)之上，即分别与所述第一固定电极装置(5a)和第二 固定电极装置(5b)形成第一探测电容(Cl)和第二探测电容(C2)，二者的电容值设计成作 为所述将被探测的量的微分函数而变化。
16.一种微机电传感器(42)，包括根据权利要求1所述的MEMS探测结构(10)，以及与 所述MEMS探测结构(10)电耦合的读取接口电路(43)。
17.根据权利要求17所述的传感器，其中所述MEMS探测结构(10)以及所述读取接口电路(43)形成ζ轴加速度计，并且所述将被探测的量是沿着与所述平面(xy)正交的所述 轴(ζ)的加速度。
18.一种电子设备(40)，包括根据权利要求16所述的微机电传感器(42)，以及与所述 读取接口电路(43)电连接的微处理器单元(44)；特别地，所述电子设备(40)选自下面的 组，所述组包括移动电话、个人数字助理PDA、便携计算机、具有声音录制功能的数字音频 播放器、照相机或者摄像机，视频游戏控制装置。
19.一种用于制造根据权利要求1所述的MEMS探测结构(10)的方法，包括以这样的方 式确定所述第一限制点(13)的位置(a，b)的步骤，使得能够减小在所述第一限制点(13) 周围区域内，随着所述衬底(2)的变形而产生的、沿着所述正交轴(ζ)的所述传感块(3)的 位移(Zmass)与所述衬底⑵的位移(Zsub)之间的平均偏差(Sjiiean)。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述确定步骤包括使用数字的以及迭代的方式 确定所述第一限制点(13)的位置(a，b)，使所述平均偏差(Sjiiean)最小化。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述最小化步骤包括_确定所述衬底(2)沿着所述正交轴(ζ)的位移(Zsub)的表达式，考虑所述衬底(2)的 变形高达三次方变形；-确定所述传感块(3)沿着所述正交轴(ζ)的位移(Zmass)的表达式，迫使所述传感块 (3)的位移(Zmass)接近所述衬底(2)在所述第一限制点(13)的位移(Zsub)；-确定所述传感块⑶的位移(Zmass)与所述衬底(2)的位移(Zsub)之间的差值(ΔΖ) 的表达式；-在所述第一固定电极装置(5a)的延伸面积(Ω)上对所述差值(ΔΖ)进行积分，以此 来获得平均偏差(Sjiiean)的表达式；以及-迭代地确定所述第一限制点(13)的位置(a，b)，其最小化平均偏差(Sjiiean)的所述 表达式。
22.根据权利要求19所述的方法，进一步包括确定所述MEMS探测结构(10)在探测所 述将被探测的量的过程中根据所述衬底(2)变形产生的偏移量漂移和/或敏感度漂移的步 骤，并且所述确定所述第一限制点(13)的位置(a，b)的步骤包括迭代地确定最小化所述偏移 量漂移和/或所述敏感度漂移的所述第一限制点(13)的位置(a，b)。
全文摘要
本发明描述了一种具有低的热漂移的微机电z轴探测结构。该MEMS探测结构，包括具有顶表面的衬底，其上至少设置有第一固定电极装置；传感块，在平面(xy)内延伸，并且悬浮在所述衬底和所述第一固定电极装置之上一定分隔间距处；以及连接弹性元件，其支撑所述传感块，使其可以在所述平面(xy)外绕着旋转轴(A)自由旋转，根据所探测的沿着与所述平面(xy)正交的轴(z)的量改变所述间距。MEMS探测结构进一步包括耦合块，悬浮在所述衬底之上并且通过所述连接弹性元件与所述传感块连接；以及锚固装置。
文档编号B81B3/00GK101987718SQ201010288878
公开日2011年3月23日 申请日期2010年8月2日 优先权日2009年7月31日
发明者B·希莫尼, G·卡扎尼加, L·科罗纳托 申请人:意法半导体股份有限公司