具有針對(duì)熱力學(xué)應(yīng)力低敏感度的微機(jī)電結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及微機(jī)電結(jié)構(gòu)，并且更具體地涉及通過(guò)采用并調(diào)整用于將可移動(dòng)的檢驗(yàn)質(zhì)量塊連接至錨固部的彈性元件來(lái)補(bǔ)償熱力學(xué)應(yīng)力影響的系統(tǒng)、裝置和方法。檢驗(yàn)質(zhì)量塊通過(guò)相對(duì)于可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線平移和傾斜而對(duì)加速度作出響應(yīng)。熱力學(xué)應(yīng)力在制造、包裝和組裝的過(guò)程中或者在結(jié)構(gòu)的整個(gè)壽命內(nèi)在結(jié)構(gòu)中累積。應(yīng)力造成了檢驗(yàn)質(zhì)量塊上的位移。多個(gè)彈性元件連接成支承檢驗(yàn)質(zhì)量塊。這些彈性元件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)被調(diào)整以減小由熱力學(xué)應(yīng)力造成的位移。
【專利說(shuō)明】具有針對(duì)熱力學(xué)應(yīng)力低敏感度的微機(jī)電結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機(jī)電結(jié)構(gòu)，并且更具體地講本發(fā)明涉及通過(guò)采用并調(diào)節(jié)彈性元件來(lái)補(bǔ)償熱力學(xué)應(yīng)力的影響的系統(tǒng)、裝置和方法，其中所述彈性元件被用于耦聯(lián)微機(jī)電結(jié)構(gòu)內(nèi)所包含的可移動(dòng)的檢驗(yàn)質(zhì)量塊與錨固部。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電結(jié)構(gòu)廣泛用作為傳感器，以檢測(cè)加速度、旋轉(zhuǎn)、壓力、溫度以及多種其它物理參數(shù)。微機(jī)電結(jié)構(gòu)通常利用導(dǎo)致幾個(gè)微米特征結(jié)構(gòu)尺寸的微機(jī)加工工藝在硅基材上被形成。此類小型化的裝置可以將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電特征。一種典型的微機(jī)電結(jié)構(gòu)是微機(jī)加工的電容式加速度計(jì)，其包括在硅基材上方懸置的檢驗(yàn)質(zhì)量塊。
[0003]圖1A示出了 z軸電容式加速度計(jì)100，并且圖1B示出了該加速度計(jì)針對(duì)面外加速度的響應(yīng)150。z軸電容式加速度計(jì)100具有可移動(dòng)的檢驗(yàn)質(zhì)量塊102，該檢驗(yàn)質(zhì)量塊經(jīng)由錨固部106錨固至基材104。電極在檢驗(yàn)質(zhì)量塊102以及靜止的基材這兩者上形成，從而兩個(gè)電容器108A和108B形成并且在錨固部106的兩側(cè)設(shè)置。響應(yīng)于沿z軸的面外加速度，檢驗(yàn)質(zhì)量塊102相對(duì)于其旋轉(zhuǎn)軸線106傾斜。檢驗(yàn)質(zhì)量塊102與對(duì)應(yīng)的電極IlOA和IlOB之間的間隙不同地發(fā)生變化，并且導(dǎo)致了電容器108A與108B之間的不匹配。這種電容的不匹配通過(guò)接口電路被處理，以輸出表明面外加速度幅度的信號(hào)。
[0004]即使沒(méi)有面外加速度施加，熱力學(xué)應(yīng)力也可以向輸出引入固有偏移或偏差。在理想的情況中，電容器108A與108B之間的電容不匹配應(yīng)當(dāng)僅僅與面外加速度相關(guān)，并且在沒(méi)有涉及面外加速度時(shí)，這種電容不匹配不會(huì)出現(xiàn)。然而，在焊接和包裝的過(guò)程中，熱力學(xué)應(yīng)力可以在基材104中聚集，不可避免地造成了基材卷邊。在這種卷邊相對(duì)于錨固部106是對(duì)稱的時(shí)，電容器間隙變化碰巧抵消并且導(dǎo)致了電容器108A與108B之間沒(méi)有電容不匹配。在多數(shù)情況中，基材卷邊是非對(duì)稱的。與電容器的靠近程度無(wú)關(guān)，電容器108A和108B的間隙變化總是不同的。這種非對(duì)稱的間隙變化從接口電路被引入到最終的輸出中，并且導(dǎo)致了所檢測(cè)的加速度中的偏移以及加速度計(jì)100的靈敏度偏差。
[0005]顯然地，電容式加速度計(jì)100的裝置性能由于基材104中的熱力學(xué)應(yīng)力而被折衷。這種性能降級(jí)通常由這樣的微機(jī)電結(jié)構(gòu)所享有，其中所述微機(jī)電結(jié)構(gòu)依賴用于檢測(cè)和轉(zhuǎn)換機(jī)械運(yùn)動(dòng)的懸置的檢驗(yàn)質(zhì)量塊。存在在制造、包裝、組裝以及有效期操作過(guò)程中在基材104中累積的熱力學(xué)應(yīng)力補(bǔ)償?shù)男枨蟆?br>
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的不同實(shí)施例涉及微機(jī)電結(jié)構(gòu)，并且更具體地涉及通過(guò)采用并調(diào)整用于將在微機(jī)電結(jié)構(gòu)內(nèi)包含的可移動(dòng)的檢驗(yàn)質(zhì)量塊和錨固部相連的彈性元件來(lái)補(bǔ)償熱力學(xué)應(yīng)力影響的系統(tǒng)、裝置和方法。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)方面為微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其包括基材、檢驗(yàn)質(zhì)量塊、至少一個(gè)錨固部和多個(gè)彈性元件。檢驗(yàn)質(zhì)量塊在所述基材上方懸置，所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊通過(guò)相對(duì)于位于其所在平面中的可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線平移和傾斜而對(duì)加速度作出響應(yīng)。至少一個(gè)錨固部在所述基材上固定，所述至少一個(gè)錨固部被連接成支承所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊。所述彈性元件在所述至少一個(gè)錨固部與所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊之間連接，以支承檢驗(yàn)質(zhì)量塊。這些彈性元件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)被調(diào)整成減少由熱力學(xué)應(yīng)力導(dǎo)致的檢驗(yàn)質(zhì)量塊的位移。
[0008]本發(fā)明的一個(gè)方面為補(bǔ)償微機(jī)電結(jié)構(gòu)內(nèi)累積的熱力學(xué)應(yīng)力的方法。首先確定在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)累積的熱力學(xué)應(yīng)力的程度。所述熱力學(xué)應(yīng)力使得檢驗(yàn)質(zhì)量塊出現(xiàn)位移，其中所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊通過(guò)相對(duì)于可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線平移和傾斜而對(duì)加速度作出響應(yīng)。隨后根據(jù)熱力學(xué)應(yīng)力的程度確定偏移值和靈敏度偏差，并且這些值與通過(guò)所述結(jié)構(gòu)響應(yīng)于所述加速度而產(chǎn)生的輸出相關(guān)。調(diào)整多個(gè)彈性元件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)，以補(bǔ)償所述偏移值和靈敏度偏差。
[0009]本發(fā)明的一個(gè)方面為面外加速度計(jì)。檢驗(yàn)質(zhì)量塊在所述基材上方懸置，并且通過(guò)相對(duì)于位于其所在平面中的可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線平移和傾斜而對(duì)沿z軸線的加速度作出響應(yīng)。彈性元件連接成支承檢驗(yàn)質(zhì)量塊，并且彈性元件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)被調(diào)整成減少在檢驗(yàn)質(zhì)量塊的兩側(cè)由熱力學(xué)應(yīng)力導(dǎo)致的位移。
[0010]本發(fā)明的特定特征和優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在該
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中被大體上描述；然而，附加的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施例在此提出或者考慮到附圖、說(shuō)明書(shū)及其權(quán)利要求書(shū)將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。因此，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的范圍并不由
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中所公開(kāi)的具體實(shí)施例限制。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0011]將參看本發(fā)明的實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出。這些附圖是示意性的、而非限制性的。雖然本發(fā)明以這些實(shí)施例的方式大體上被描述，但是應(yīng)當(dāng)清楚并不打算將本發(fā)明的范圍限于這些具體的實(shí)施例。
[0012]圖1A示出了 z軸電容式加速度計(jì)，并且圖1B示出了該加速度計(jì)針對(duì)面外加速度的響應(yīng)；
[0013]圖2A和圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的面外加速度計(jì)的示意性俯視圖以及示意性剖視圖；
[0014]圖3A至3C根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的在電容器間隙上基材卷邊的影響；
[0015]圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的T形彈性元件的示意圖；
[0016]圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的T形彈性元件的另一示意圖；
[0017]圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的在一個(gè)臂上采用迂回部的T形彈性元件；
[0018]圖5示出了面外加速度計(jì)的示意圖，其中該面外加速度計(jì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例節(jié)約了芯片資產(chǎn)；
[0019]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的補(bǔ)償熱力學(xué)應(yīng)力的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在以下的說(shuō)明中，出于解釋的目的，提出了具體的細(xì)節(jié)從而提供本發(fā)明的理解。然而，應(yīng)當(dāng)清楚本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本發(fā)明如下所述的實(shí)施例可以以不同的方式并且利用各種質(zhì)量塊被執(zhí)行。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將清楚附加的改進(jìn)、應(yīng)用以及實(shí)施例是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，就像是本發(fā)明可以提供應(yīng)用的附加領(lǐng)域。因此，以下描述的實(shí)施例是本發(fā)明的具體實(shí)施例的示意性說(shuō)明并且意味著避免使本發(fā)明難以理解。
[0021]在說(shuō)明書(shū)中參看“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”意味著結(jié)合實(shí)施例所描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、特性或功能被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在說(shuō)明書(shū)中不同地方處出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”等并不必全都指的是同一實(shí)施例。
[0022]此外，在附圖中各部件之間的或各方法步驟之間的連接并不限于直接實(shí)現(xiàn)的連接。實(shí)際上，在不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)的前提下，在附圖中示出的各部件之間的或各方法步驟之間的連接可以被改型或者通過(guò)對(duì)其附加中間部件或方法步驟而改變。
[0023]本發(fā)明的不同實(shí)施例涉及微機(jī)電結(jié)構(gòu)(MEMS)，并且更具體地講涉及通過(guò)采用并調(diào)節(jié)彈性元件來(lái)補(bǔ)償熱力學(xué)應(yīng)力的影響的系統(tǒng)、裝置和方法，其中所述彈性元件被用于耦聯(lián)微機(jī)電結(jié)構(gòu)內(nèi)所包含的可移動(dòng)的檢驗(yàn)質(zhì)量塊與錨固部。結(jié)構(gòu)中的熱力學(xué)應(yīng)力源自于結(jié)構(gòu)的整個(gè)壽命中或制造、包裝以及組裝過(guò)程中所經(jīng)歷的溫度變化。熱力學(xué)應(yīng)力可以對(duì)結(jié)構(gòu)中所包含的不同部分的位置產(chǎn)生影響，并且因此可移動(dòng)的檢驗(yàn)質(zhì)量塊經(jīng)受不同的相對(duì)位移。諸如靈敏度的裝置性能、結(jié)構(gòu)的偏移和全刻度量程可以從根本上被折衷。這種熱力學(xué)應(yīng)力影響大多數(shù)基于MEMS的傳感器，這是因?yàn)樵趥鞲衅鞯闹圃爝^(guò)程中或者在傳感器的整個(gè)壽命中溫度變化不可避免。在本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容中，z軸面外加速度計(jì)被用作為一個(gè)具體實(shí)施例，以說(shuō)明依賴彈性元件的結(jié)合與調(diào)節(jié)的應(yīng)力補(bǔ)償系統(tǒng)、裝置和方法。
[0024]圖2A和2B示出了根據(jù) 本發(fā)明的不同實(shí)施例的面外加速度計(jì)200的示意性俯視圖以及示意性剖視圖。面外加速度計(jì)包括可移動(dòng)的檢驗(yàn)質(zhì)量塊(movable proof mass) 202,該可移動(dòng)的檢驗(yàn)質(zhì)量塊借助于彈性元件204A和204B錨固至基材250。彈性元件204A和204B被構(gòu)造成補(bǔ)償由熱力學(xué)應(yīng)力導(dǎo)致的面外位移。因此，面外加速度計(jì)200針對(duì)熱力學(xué)應(yīng)力是比較不敏感的。
[0025]加速度計(jì)200相對(duì)于y軸線是對(duì)稱的,其中所述y軸線平行于檢驗(yàn)質(zhì)量塊202并且經(jīng)過(guò)其中心。在I軸線的每側(cè)，可移動(dòng)的檢驗(yàn)質(zhì)量塊202包括一個(gè)耦聯(lián)部位/連接部位208A或208B。多個(gè)錨固部在基材250上固定并且相對(duì)于y軸線在檢驗(yàn)質(zhì)量塊202的兩側(cè)上是對(duì)稱布置的。檢驗(yàn)質(zhì)量塊202經(jīng)由彈性元件和錨固部耦聯(lián)/連接至基材250。
[0026]在該具體實(shí)施例中，四個(gè)錨固部210A、210B、210C和210D被應(yīng)用。在y軸線的一偵牝第一彈性元件204A用于在耦聯(lián)部位208處將檢驗(yàn)質(zhì)量塊202連接至錨固部210A和210B。在y軸線的另一側(cè)，第二彈性元件204B用于在耦聯(lián)部位208B處將檢驗(yàn)質(zhì)量塊202連接至錨固部2IOC和210D。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，耦聯(lián)部位208A和208B朝向y軸線凹設(shè)。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)彈性元件204A和204B被構(gòu)造成T形結(jié)構(gòu)，該T形結(jié)構(gòu)在對(duì)應(yīng)凹設(shè)的耦聯(lián)部位處將一對(duì)錨固部連接至檢驗(yàn)質(zhì)量塊。
[0028]X軸線在檢驗(yàn)質(zhì)量塊上連接耦聯(lián)部位208A和208B，并且將可移動(dòng)的檢驗(yàn)質(zhì)量塊202分成兩個(gè)面板202A和202B。x軸線構(gòu)成了可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線，檢驗(yàn)質(zhì)量塊可相對(duì)于該可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線傾斜。兩個(gè)分開(kāi)的電極212A和212B在基材上形成，并且相應(yīng)地在面板202A和202B下方耦聯(lián)。在本發(fā)明的不同的實(shí)施例中，面板202A和202B可以根據(jù)加速度計(jì)200的需求具有相同的或不同的尺寸。同樣，電極212A和212B也可以采用相同的或不同的尺寸，其中它們的尺寸不必等于面板202A和202B的尺寸。兩個(gè)分開(kāi)的電容器相應(yīng)地在電極212A與面板202A之間并在電極212B與面板202B之間形成。在一個(gè)實(shí)施例中，電極212A和212B具有相同的尺寸，從而與面板的尺寸無(wú)關(guān)地，如果電容器間隙是相同的則這兩個(gè)電容器具有相匹配的電容值。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，面外加速度計(jì)200由表面微機(jī)加工工藝生產(chǎn)。考慮到線A處的橫截面(圖2B)，基材250由硅制成，并且一層導(dǎo)電膜在基材250上沉積。該層膜是多晶硅或金屬制成的，并且電極212A和212B都在該層膜上形成。犧牲層然后被沉積以覆蓋電極212A和212B，并且在犧牲層上蝕刻出開(kāi)口以為錨固部2IOA至2IOD保留部位。當(dāng)附加層的質(zhì)量材料被沉積在犧牲層的頂部上后，這些開(kāi)口被填充。檢驗(yàn)質(zhì)量塊202、彈性元件204A和204B、以及錨固部210A至210D隨后自該層質(zhì)量材料被造型出。表面微機(jī)加工過(guò)程以去除犧牲層并釋放加速度計(jì)200的最終步驟結(jié)束，并且檢驗(yàn)質(zhì)量塊202經(jīng)由錨固部210A至210D被懸置且錨固于基材250。
[0030]在特定的實(shí)施例中，附加層的質(zhì)量材料可以被沉積在面板202A和202B上，并且檢驗(yàn)質(zhì)量塊202可以具有與彈性元件厚度不同的厚度。這些附加層的質(zhì)量材料并不必與用于彈性元件的質(zhì)量材料是相同的。
[0031]這種加速度計(jì)200必須在檢測(cè)系統(tǒng)中被電連接、安全地包裝并組裝。在不同的實(shí)施例中，加速度計(jì)200是在套接包裝(socket package)或氣密包裝中被保護(hù)的獨(dú)立裝置。氣密包裝能夠以晶片鍵合工藝被制造。在不同的實(shí)施例中，晶片鍵合依賴于基材250與包裝套之間的玻璃至硅、硅至硅、金屬至金屬或硅至金屬鍵合。電極212A至212B與檢驗(yàn)質(zhì)量塊202都在氣密包裝以外被連接。在特定的實(shí)施例中，加速度計(jì)200是與在同一基材250上形成的讀取電路集成的裝置。集成的加速度計(jì)200必須在包裝內(nèi)被類似地保護(hù)并且在包裝以外被電連接。
[0032]在上述制造、包裝和組裝過(guò)程中，熱力學(xué)應(yīng)力被引入。電極和檢驗(yàn)質(zhì)量塊可以在增高溫度的環(huán)境中被形成。氣密包裝和鍵合過(guò)程也可以與增高溫度相關(guān)。在加速度計(jì)200被冷卻并在室溫操作時(shí)，熱力學(xué)應(yīng)力產(chǎn)生，同時(shí)造成了輕微的基材卷邊以及檢驗(yàn)質(zhì)量塊變形。在檢驗(yàn)質(zhì)量塊的可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線、即X軸線的兩側(cè)由熱力學(xué)應(yīng)力造成了位移。
[0033]圖3A至3C示出了根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的基材卷邊對(duì)電容器間隙的影響。由于理想的制造與包裝工藝，兩個(gè)電容器220A和220B的間隙是相同的，并且因而它們的電容彼此相互匹配(圖3A)。在很少的情況中，基材卷邊相對(duì)于X軸線是對(duì)稱的，并且間隙gl和g2沿相同的方向偏移(圖3B)。盡管電容器220A和220B的電容偏差碰巧抵消，但是加速度計(jì)的靈敏度由于間隙變化而變化。
[0034]在大多數(shù)情況中，與電容器的變化是多小無(wú)關(guān)地，電容器220A和220B的電容變化是不匹配的(圖3C)。偏移以及靈敏度偏差可以被結(jié)合到所檢測(cè)的面外加速度中，這是因?yàn)檫@種加速度源自于電容變化。
[0035]在本發(fā)明的不同實(shí)施例中，彈性元件204A和204B被構(gòu)造成補(bǔ)償熱力學(xué)應(yīng)力。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)彈性元件204A和204B沿著y軸線、即相對(duì)于x軸線非對(duì)稱地被主要地調(diào)整，從而補(bǔ)償熱力學(xué)應(yīng)力在這兩個(gè)電容器上的影響。這主要是由于以下原因，即電容器220A和220B在X軸線的兩個(gè)相反側(cè)布置。
[0036]圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的T形彈性元件400的示意圖。除了長(zhǎng)度L1、L2、L3以外，每個(gè)單獨(dú)的臂或腿的寬度(Wl、W2、W3)也是可調(diào)節(jié)的。凹部208A至208B以及錨固部210A至210D的位置相應(yīng)地被調(diào)整，從而適應(yīng)期望的長(zhǎng)度和寬度。此外，T形彈性元件400的厚度也可以被全面地改變。這些幾何參數(shù)與彈性元件400的剛度相關(guān)，并且這些幾何參數(shù)的調(diào)整可以影響相應(yīng)的傳感器性能、例如靈敏度以及全刻度量程。
[0037]為了高效地補(bǔ)償熱力學(xué)應(yīng)力，T形的兩個(gè)臂的寬度和長(zhǎng)度必須被特別地構(gòu)造。兩個(gè)彈性元件400被應(yīng)用以支承加速度計(jì)200，并且這兩個(gè)彈性元件是相對(duì)于y軸線彼此鏡像的相同的彈性元件。每個(gè)彈性元件必須采用兩個(gè)臂，以補(bǔ)償熱力學(xué)應(yīng)力，并且這兩個(gè)臂不必是對(duì)稱的。在一個(gè)實(shí)施例中，相應(yīng)地與臂404的寬度W2和長(zhǎng)度L2相比，臂402具有更大的寬度Wl但是更短的長(zhǎng)度LI。圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的T形彈性元件的另一示意圖450。臂402和404具有呈錐形的寬度，其中所述寬度以不同的角度被加寬。
[0038]圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的T形彈性元件的示意圖480，其中所述T形彈性元件在一個(gè)臂上采用了迂回部。迂回部482被用于調(diào)節(jié)源自基材變形的間隙變化。迂回部的尺寸、位置和形狀根據(jù)基材變形程度以及彈性元件的結(jié)構(gòu)被確定。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，另一個(gè)臂還采用了可以具有不同尺寸、形狀或位置的另一迂回部。在特定的實(shí)施例中，不止一個(gè)迂回部可以沿著一個(gè)臂或沿著兩個(gè)臂被應(yīng)用。迂回部的數(shù)量也根據(jù)基材變形程度以及彈性元件的結(jié)構(gòu)被確定。在特定的實(shí)施例中，一個(gè)臂的相應(yīng)區(qū)段由迂回部整個(gè)替代，并且臂采用蛇形(蜿蜒)的形狀。
[0040]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的面外加速度計(jì)500的示意圖，該面外加速度計(jì)節(jié)省芯片面積(chip estate)。錨固部210A至210D也朝向y軸線凹設(shè)并且在檢驗(yàn)質(zhì)量塊202的輪廓覆蓋區(qū)內(nèi)被完全包圍。彈性元件204A和204B被構(gòu)造成補(bǔ)償在制造、包裝和組裝過(guò)程中產(chǎn)生的熱力學(xué)應(yīng)力。檢驗(yàn)質(zhì)量塊202的幾何形狀被調(diào)整以適應(yīng)彈性元件的結(jié)構(gòu)。因此，芯片面積可以被節(jié)約，同時(shí)檢驗(yàn)質(zhì)量塊的尺寸為了提高的靈敏度也被最大化。
[0041]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的補(bǔ)償在MEMS裝置中累積的熱力學(xué)應(yīng)力的方法的示意性流程圖600。熱力學(xué)應(yīng)力造成了檢驗(yàn)質(zhì)量塊兩側(cè)的位移，其中所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊通過(guò)相對(duì)于可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線、即X軸線的平移和傾斜而對(duì)加速度作出響應(yīng)。在步驟602，熱力學(xué)應(yīng)力的程度針對(duì)不同的裝置被記錄，其中所述不同的裝置根據(jù)特定的生產(chǎn)被制造、包裝和組裝。這些根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的熱力學(xué)應(yīng)力程度利用Monte Carlo方法被分析，以提供可以用于構(gòu)造彈性元件的標(biāo)稱應(yīng)力級(jí)別。
[0042]在步驟604，熱力學(xué)應(yīng)力程度被轉(zhuǎn)換成偏移值和靈敏度偏差。在一個(gè)實(shí)施例中，偏移值和靈敏度偏差與所檢測(cè)的面外加速度相關(guān)，并且因此以g (即重力加速度)單位被表示。在步驟606，多個(gè)彈性元件被采用以支承檢驗(yàn)質(zhì)量塊，并且各元件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)被調(diào)整以補(bǔ)償偏移和靈敏度偏差。彈性元件在檢驗(yàn)質(zhì)量塊的兩個(gè)相反側(cè)上對(duì)稱設(shè)置的耦聯(lián)部位處被連接。在本發(fā)明的不同實(shí)施例中，彈性元件的臂可以采用不同的寬度、長(zhǎng)度和形狀，或者彈性元件的臂上可以采用一個(gè)或多個(gè)迂回部。
[0043]本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚面外加速度計(jì)200被用作為基于可移動(dòng)的檢驗(yàn)質(zhì)量塊的MEMS裝置的實(shí)例。該MEMS裝置可以被應(yīng)用成檢測(cè)除了加速度以外的其它參數(shù)。MEMS依賴于檢驗(yàn)質(zhì)量塊以對(duì)任何其它參數(shù)作出響應(yīng)，并且檢驗(yàn)質(zhì)量塊通過(guò)彈性元件連接于至少一個(gè)錨固部。在這種MEMS裝置中產(chǎn)生的熱力學(xué)應(yīng)力可以通過(guò)根據(jù)本發(fā)明詳述的方法調(diào)整彈性元件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)被補(bǔ)償，其中所述彈性元件被用于支承檢驗(yàn)質(zhì)量塊。[0044] 盡管本發(fā)明適于不同的改型和替代形式，但是它們的實(shí)例已經(jīng)在附圖中示出并且在此被詳細(xì)說(shuō)明。然而，應(yīng)當(dāng)清楚本發(fā)明并不限于所述的特定形式，相反地，本發(fā)明將覆蓋落入權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)的所有改型、等價(jià)物和替代例。
【權(quán)利要求】
1.一種微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其包括: 基材； 在所述基材上方懸置的檢驗(yàn)質(zhì)量塊，所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊通過(guò)相對(duì)于位于其所在平面中的可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線平移和傾斜而對(duì)加速度作出響應(yīng)； 至少一個(gè)在所述基材上固定的錨固部，所述至少一個(gè)錨固部被連接成支承所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊；以及 多個(gè)彈性元件，所述彈性元件在所述至少一個(gè)錨固部與所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊之間連接，所述多個(gè)彈性元件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)被調(diào)整成減少由熱力學(xué)應(yīng)力導(dǎo)致的檢驗(yàn)質(zhì)量塊的位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括兩個(gè)在可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線的兩側(cè)連接至基材的電極，所述兩個(gè)電極與所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊形成兩個(gè)單獨(dú)的電容器，這兩個(gè)電容器的電容之間的不匹配與加速度和熱力學(xué)應(yīng)力這兩者相關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)彈性元件中的第一組彈性元件與第二組彈性元件被布置成從兩個(gè)相反側(cè)支承所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊，所述第一組彈性元件和所述第二組彈性元件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)相對(duì)于一中心線彼此鏡像，其中所述中心線垂直于所述可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線并經(jīng)過(guò)所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊的中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述微機(jī)電結(jié)構(gòu)被應(yīng)用成檢測(cè)垂直所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊所在平面的面外加速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)彈性元件中的至少一個(gè)彈性元件是T形元件,該T形元件的腿在所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊上相連,并且該T形元件的臂在所述至少一個(gè)錨固部上錨固。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述·的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述T形元件的臂位于所述可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線的相反兩側(cè)，并且彼此采用不同的寬度和長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述T形元件的臂位于所述可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線的相反兩側(cè)，并且采用呈錐形的寬度，其中所述呈錐形的寬度與有區(qū)別的錐角相關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述T形元件的至少一個(gè)臂包括至少一個(gè)迂回結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊沿著所述可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線在所述多個(gè)彈性元件所連接的耦聯(lián)部位處凹設(shè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊在針對(duì)所述至少一個(gè)錨固部的部位處被進(jìn)一步凹設(shè)，以使得所述至少一個(gè)錨固部和所述多個(gè)彈性元件都被包含在所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊的輪廓內(nèi)。
11.一種補(bǔ)償微機(jī)電結(jié)構(gòu)內(nèi)累積的熱力學(xué)應(yīng)力的方法，其包括以下步驟: 確定在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)累積的熱力學(xué)應(yīng)力的程度，所述熱力學(xué)應(yīng)力使得檢驗(yàn)質(zhì)量塊出現(xiàn)位移，其中所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊通過(guò)相對(duì)于可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線平移和傾斜而對(duì)加速度作出響應(yīng)； 確定與根據(jù)熱力學(xué)應(yīng)力的程度的輸出相關(guān)的偏移值和靈敏度偏差，所述輸出通過(guò)所述結(jié)構(gòu)響應(yīng)于所述加速度而產(chǎn)生；以及 調(diào)整多個(gè)彈性元件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)，以補(bǔ)償所述偏移值和靈敏度偏差，所述多個(gè)彈性元件在至少一個(gè)錨固部與所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊之間連接，應(yīng)用成支承所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)彈性元件中的至少一個(gè)彈性元件是T形元件,該T形元件的腿在所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊上相連,并且該T形元件的臂在所述至少一個(gè)錨固部上錨固。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述T形元件的臂位于所述可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線的相反兩側(cè)，并且彼此采用不同的寬度和長(zhǎng)度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述T形元件的臂位于所述可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線的相反兩側(cè)，并且采用呈錐形的寬度，其中所述呈錐形的寬度與有區(qū)別的錐角相關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述T形元件的兩個(gè)臂中的至少一個(gè)臂包括至少一個(gè)迂回結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊沿著所述可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線在所述多個(gè)彈性元件所連接的耦聯(lián)部位處凹設(shè)。
17.一種面外加速度計(jì)，其包括: 基材； 在所述基材上方懸置的檢驗(yàn)質(zhì)量塊，所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊通過(guò)相對(duì)于位于其所在平面中的可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線平移和傾斜而對(duì)沿z軸線的加速度作出響應(yīng)； 至少一個(gè)在所述基材上固定的錨固部，所述至少一個(gè)錨固部被連接成支承所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊；以及 多個(gè)彈性元件，所述彈性·元件在所述至少一個(gè)錨固部與所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊之間連接，所述多個(gè)彈性元件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)被調(diào)整成減少在檢驗(yàn)質(zhì)量塊的兩側(cè)由熱力學(xué)應(yīng)力導(dǎo)致的位移。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的面外加速度計(jì)，其特征在于，所述多個(gè)彈性元件中的第一組彈性元件與第二組彈性元件被布置成從檢驗(yàn)質(zhì)量塊的相反兩側(cè)支承所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊，所述第一組彈性元件和所述第二組彈性元件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)相對(duì)于一中心線彼此鏡像，其中所述中心線垂直于所述可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線并經(jīng)過(guò)所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊的中心。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的面外加速度計(jì)，其特征在于，所述多個(gè)彈性元件中的至少一個(gè)彈性元件是T形元件,該T形元件的腿在所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊上相連,并且該T形元件的臂在所述至少一個(gè)錨固部上錨固。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的面外加速度計(jì)，其特征在于，所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊沿著所述可移動(dòng)的質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)軸線在所述多個(gè)彈性元件所連接的耦聯(lián)部位處并在針對(duì)所述至少一個(gè)錨固部的部位處都被凹設(shè)，以使得所述至少一個(gè)錨固部和所述多個(gè)彈性元件都被包含在所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊的輪廓內(nèi)。
【文檔編號(hào)】B81B7/00GK103852598SQ201310651898
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月5日
【發(fā)明者】B·西蒙尼, L·科洛納多, G·卡薩尼卡 申請(qǐng)人:馬克西姆綜合產(chǎn)品公司