【技術實現步驟摘要】
本公開涉及一種豎直軸線(所謂的z軸)mems(微機電系統)傳感器設備，該mems傳感器設備對構成相對于待檢測量的干擾的外部應力或刺激具有改進的不敏感性；下面的討論將明確提及一種實現電容類型的加速度計的mems傳感器設備，該mems傳感器設備被配置為檢測沿著上述z軸的線性加速度，而這并不表示任何通用性的損失。
技術介紹
1、總體上，mems加速度計的檢測結構包括至少一個慣性質量體，該慣性質量體通常定義為“轉子質量”或簡稱為“轉子”，只要其在存在待檢測加速度的情況下可以通過慣性效應進行移動(但這并不表示該慣性質量體必須具有旋轉運動)。
2、慣性質量體懸置在基底上方，基底通過彈性元件耦合到對應轉子錨(固定到該基底)，彈性元件允許通過慣性效應移動該慣性質量體。
3、mems加速度計的檢測結構還包括定子電極，定子電極固定并且整體耦合到基底并且電容耦合到轉子以形成一個或多個檢測電容器(通常為差分配置)，該檢測電容器的電容變化指示待檢測量。
4、典型地，mems加速度計還包括電耦合到檢測結構的電子讀取電路，即，所謂的asic(專用集成電路)，該電子讀取電路在其輸入處接收由檢測電容器產生的電容變化并且對其進行處理以確定加速度的值，以生成電輸出信號(其可以在mems加速度計的輸出處提供以用于后續處理操作)。
5、上述asic電子讀取電路和檢測結構通常在半導體材料的相應管芯中制成，這些管芯被容納在容器(所謂的封裝)內，該容器包圍并且保護該管芯，此外還提供朝向外部的電連接接口；在所謂的基底級封裝解決方案
6、圖1a和圖1b分別在俯視圖和橫截面圖中示出了豎直軸線mems加速度計的已知類型的檢測結構，該檢測結構整體由1表示。
7、檢測結構1包括慣性質量體2，慣性質量體2在水平面xy中具有主延伸部(在該示例中，具有大致矩形形狀，沿著第一水平軸線x伸長)，懸置在具有頂面3a的基底3上方。
8、慣性質量體2在內部具有窗口4，該窗口4將慣性質量體劃分為具有不對稱質量分布的第一部分2a和第二部分2b，在該示例中，第一部分2a沿著第一水平x軸的延伸部大于第二部分1b的對應延伸部。
9、慣性質量體2通過第一扭轉彈性元件6a和第二扭轉彈性元件6b彈性耦合到相對于窗口4居中布置的轉子錨5，第一扭轉彈性元件6a和第二扭轉彈性元件6b沿著上述水平面xy的第二水平軸線y具有線性延伸部。
10、第一扭轉彈性元件6a和第二扭轉彈性元件6b限定慣性質量體2的旋轉軸線a，該慣性質量體2在存在沿著z軸正交于上述水平面xy的外部加速度的情況下通過慣性效應移動，并且圍繞上述旋轉軸線a搖擺或“擺動”移動。
11、檢測結構1還包括布置在基底3上的第一定子電極8a和第二定子電極8b，第一定子電極8a和第二定子電極8b固定耦合到基底3的頂面3a，在慣性質量體2下方，在相對于窗口4的相對側上。
12、特別地，第一定子電極8a布置在慣性質量體2的第一部分2a下方，并且第二定子電極8b布置在慣性質量體2的第二部分2b下方，以形成一對檢測電容器。
13、由慣性質量體2圍繞旋轉軸線a的慣性效應產生的上述旋轉因此確定了慣性質量體2相對于第一定子電極8a的接近/移開、以及該慣性質量體2相對于第二定子電極8b的對應移開/接近，從而引起指示外部加速度的程度的上述檢測電容器的差分電容變化。
14、在發生應力和變形的情況下，特別是由于與封裝的相互作用，例如由于溫度或環境條件變化或由于機械應力，在對應檢測結構1中引起的應力和形變的情況下，先前描述的檢測結構1可能會受到測量誤差的影響。
15、由于不同熱膨脹系數和不同組成材料的楊氏模量的不同值，微機電傳感器的封裝實際上隨著溫度的變化而發生變形；這可能會在容納在該封裝內部的檢測結構的基底中引起對應變形。類似的變形可能由于材料的老化或由外部引起的特定應力而發生，例如，由于封裝在印刷電路上的焊接，或由于構成封裝的材料對濕氣的吸收。
16、如圖2示意性所示，在例如由于熱應力(諸如冷卻)而導致基底3發生變形的情況下，基底3的頂面3a可能會發生彎曲或凹陷(為了說明清楚，圖2以強調的方式示出了這種變形)，這導致定子電極8a、8b在初始靜止狀態下在沒有外部加速度的情況下接近慣性質量體2。
17、特別地，在上述圖1b中，在沒有變形的情況下在靜止時的理論距離用g0表示，并且在圖2中，x1,δt和x2,δt是由于基底3的變形而相對于靜止時的狀態的位移(這些位移是變量，該變量是溫度的函數，或者通常是能夠引起該基底3變形的所有外部效應的函數)。
18、上述位移導致由c1和c2表示的檢測電容的值的以下變化(只要這些變化與待檢測的加速度無關，則是不希望的變化)：
19、以及
20、
21、類似地，以未示出的方式，由于基底3的頂面3a的膨脹，加熱(δt>0)導致檢測電容c1、c2的值的以下不希望的變化，這一次是由于定子電極8a、8b在初始靜止狀態下遠離慣性質量體2的移動而導致的：
22、以及
23、
24、這些電容性變化導致由mems加速度計提供的靜止時的輸出信號的不期望的修改(所謂的漂移或偏移)，稱為“零g電平”，并且導致加速度檢測的誤差。
25、為了克服這一缺點，人們提出了各種各樣的解決方案，但這些方案并不完全令人滿意。
26、特別地，一些解決方案設想了加速度檢測結構的優化。
27、例如，us?2011/0023604公開了一種mems加速度計的檢測結構，其中轉子錨相對于定子電極(其布置在基底的頂面上)的位置的定位被優化，以減少由于基底的變形而引起的電參數的變化。特別地，轉子和定子錨被布置成嚴格相互接近，即，與制造過程兼容地盡可能彼此靠近。
28、在該解決方案中，存在物理限制(與錨的尺寸相關)和技術限制(與制造技術相關)，這些限制不能有效消除由mems加速度計提供的輸出信號的漂移誤差(事實上，在任何情況下，錨位置之間都存在一定的距離，盡管與制造工藝兼容)。
29、其他解決方案設想在封裝級別進行優化；例如，已經提出使用對變形敏感度降低的陶瓷基底。
30、然而，這些解決方案在制造過程中帶來更大的困難，并且通常成本更高；此外，陶瓷封裝的尺寸通常大于傳統塑料封裝的尺寸。
技術實現思路
1、本公開旨在解決上述問題，并且特別地旨在提供一種微機電傳感器設備，該微機電傳感器設備具有改進的穩定性并且減少了其電特性相對于外部刺激(諸如熱變化、機械或環境應力、或各種性質的其他外部刺激)的漂移。
2、本公開涉及一種設備，該設備包括具有第一表面的基底。錨耦合到基底。慣性質量體懸置在基底的第一表面上方并且彈性耦合到錨。第一定子電極耦合到基底，第一定本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種設備，包括：
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述慣性質量體包括窗口，所述窗口具有第一延伸部、第二延伸部以及第三延伸部，所述第一延伸部沿著第一方向，所述錨在所述第一延伸部內，所述第二延伸部沿著橫向于所述第一方向的第二方向，所述第三延伸部沿著所述第二方向并且通過所述第一延伸部與所述第二延伸部隔開。
3.根據權利要求2所述的設備，其中所述第一定子電極和所述第二定子電極從耦合到所述基底的支柱結構以懸臂方式懸置在所述基底的所述第一表面上方。
4.根據權利要求2所述的設備，其中所述慣性質量體包括第一臺階和第二臺階，所述第一臺階與所述第一定子電極對準并且所述第二臺階與所述第二定子電極對準。
5.根據權利要求4所述的設備，其中所述慣性質量體是第一結構層的一部分并且所述第一定子電極是第二結構層的一部分，所述第二結構層與所述第一結構層相比與所述基底隔開更遠，所述第二定子電極是所述第一結構層的一部分。
6.根據權利要求5所述的設備，其中所述第一結構層和所述第二結構層是生長在所述基底的所述第一表面上的外延硅層，所述外延硅層至少部分地
7.根據權利要求2所述的設備，其中所述慣性質量體在內部限定窗口，所述窗口形成相對于所述錨具有基本對稱的質量分布的第一半部和第二半部，所述第一定子電極電容耦合到所述慣性質量體的所述第一半部并且所述第二定子電極電容耦合到所述慣性質量體的所述第二半部。
8.根據權利要求2所述的設備，其中所述慣性質量體在內部限定窗口，所述窗口將所述慣性質量體劃分為相對于所述錨具有基本對稱的質量分布的第一半部和第二半部，所述第一定子電極和所述第二定子電極電容耦合到所述慣性質量體的所述第一半部并且形成第一對差分電極；以及
9.根據權利要求8所述的設備，其中所述第一定子電極和所述第二定子電極具有相應第一定子錨和第二定子錨，所述第一定子錨和所述第二定子錨以及所述錨相對于所述慣性質量體居中地相互靠近地布置，所述錨限定所述慣性質量體的對稱中心。
10.根據權利要求1所述的設備，其中所述慣性質量體通過彈性元件彈性耦合到所述轉子錨，以順應沿著豎直軸線的彎曲。
11.根據權利要求10所述的設備，其中所述彈性元件具有沿著水平面的第一水平軸線的縱向延伸部，所述基底的所述第一表面平行于所述水平面，并且所述彈性元件通過連接元件耦合到所述錨，所述連接元件具有沿著所述水平面的第二水平軸線的延伸部，所述第二水平軸線橫向于所述第一水平軸線。
12.一種設備，包括：
13.根據權利要求12所述的設備，包括位于所述中央錨與所述第一電極之間的第一錨和位于所述中央錨與所述第二電極之間的第二錨，所述懸置質量體與所述第一錨和所述第二錨重疊。
14.根據權利要求13所述的設備，包括位于所述基底與所述第一錨的一部分之間的第一間隙。
15.根據權利要求13所述的設備，其中所述第一錨包括第四表面，所述第四表面面對所述懸置質量體并且與所述第一電極的所述第三表面相比更靠近所述基底。
16.一種設備，包括：
17.根據權利要求16所述的設備，其中所述第一電極包括背對所述基底的第一表面并且所述第二電極包括背對所述基底的第二表面，所述第二電極的所述第二表面與所述第一電極的所述第一表面相比更靠近所述基底。
18.根據權利要求17所述的設備，其中所述第一電極包括從所述基底到所述第一電極的所述第一表面的第一尺寸并且所述第二電極包括從所述基底到所述第二電極的所述第二表面的第二尺寸，所述第二尺寸小于所述第一尺寸。
...【技術特征摘要】
1.一種設備，包括：
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述慣性質量體包括窗口，所述窗口具有第一延伸部、第二延伸部以及第三延伸部，所述第一延伸部沿著第一方向，所述錨在所述第一延伸部內，所述第二延伸部沿著橫向于所述第一方向的第二方向，所述第三延伸部沿著所述第二方向并且通過所述第一延伸部與所述第二延伸部隔開。
3.根據權利要求2所述的設備，其中所述第一定子電極和所述第二定子電極從耦合到所述基底的支柱結構以懸臂方式懸置在所述基底的所述第一表面上方。
4.根據權利要求2所述的設備，其中所述慣性質量體包括第一臺階和第二臺階，所述第一臺階與所述第一定子電極對準并且所述第二臺階與所述第二定子電極對準。
5.根據權利要求4所述的設備，其中所述慣性質量體是第一結構層的一部分并且所述第一定子電極是第二結構層的一部分，所述第二結構層與所述第一結構層相比與所述基底隔開更遠，所述第二定子電極是所述第一結構層的一部分。
6.根據權利要求5所述的設備，其中所述第一結構層和所述第二結構層是生長在所述基底的所述第一表面上的外延硅層，所述外延硅層至少部分地與彼此電和機械解耦。
7.根據權利要求2所述的設備，其中所述慣性質量體在內部限定窗口，所述窗口形成相對于所述錨具有基本對稱的質量分布的第一半部和第二半部，所述第一定子電極電容耦合到所述慣性質量體的所述第一半部并且所述第二定子電極電容耦合到所述慣性質量體的所述第二半部。
8.根據權利要求2所述的設備，其中所述慣性質量體在內部限定窗口，所述窗口將所述慣性質量體劃分為相對于所述錨具有基本對稱的質量分布的第一半部和第二半部，所述第一定子電極和所述第二定子電極電容耦合到所述慣性質量體的所述第一半部并且形成第一對差分電極；以及
9....
【專利技術屬性】
技術研發人員：G·加特瑞，F·里奇尼，C·達爾奧格利奧，
申請(專利權)人：意法半導體股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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