CN101842313A - 微机械*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微机械***(1)，其包括基板(100)、悬挂装置(130)、基底(140)和微机械传感器(150)，该悬挂装置(130)将该基底(140)可运动地支承在该基板(100)上方，并且，该微机械传感器(150)被设置在该基底(140)上。
Description
技术领域
本发明涉及一种微机械***。
背景技术
微机械***，例如微机械的换能器、惯性传感器、加速度传感器、低g加速度传感器、转速传感器和相关的部件现在被广泛应用。因此这些***例如用于启动车辆(KFZ)中的安全气囊或者也用于检测计算机硬盘中的振动。在此，微机械传感器通常包括微机械地构造的可运动的质量块，所述质量块的由于加速度、振动或运动而引起的运动被检测。此外尤其可以持续地测量质量块和参考电极之间的电容，因为该电容与质量块到参考电极的距离有关。
此外，微机械***由于其广泛的应用范围而苛求部分地要求高的使用环境。使用环境包括温度波动、振动、机械应力和冲击。这些影响可能不利地作用在微机械传感器上，并且降低其可靠性和/或使用寿命。此外，这类与实际上要检测的运动没有关系的影响(例如车辆中的振动)在许多应用中是不可避免的。
为了保护微机械***免受这类不利的影响并且为了保持***的可靠性，可以采取一定的措施。在此，这类方案包括传感器的专门设计、***壳体的专门构造，甚至还包括模块中和/或控制装置中的措施。一般而言，这些措施增加了微机械***的生产、安装和/或运行中的耗费。这还可能以不利方式导致成本增加。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种经改进的微机械***，该微机械***一方面对于起干扰作用的影响、尤其是对于机械应力和振动是尽可能不敏感的，并且另一方面能够尽可能成本有利地被制造。此外，这类微机械***特别是可以在芯片平面或者晶片平面上提供。
该任务通过根据权利要求1的微机械***解决。本发明的其它有利的构造在从属权利要求中说明。
据本发明的一个方面，设计了一种微机械***，该微机械***包括基板、悬挂装置、基底和微机械传感器，其中，该悬挂装置将基底可运动地支承在基板上方，其中，该微机械传感器被设置在该基底上。根据本发明的微机械***具有以下优点：实际上的微机械传感器可以通过悬挂装置与基板或者与微机械***的其它部分机械地解耦。然后，该悬挂装置的机械特性可以决定：该基板的何种运动被传递到微机械传感器上以及何种运动被阻隔开或者只能被减弱地传递到微机械传感器上。因此，例如该悬挂装置可被理解为机械式滤波器，该机械式滤波器例如衰减特定频带中的振动。此外，通过悬挂装置也能够使基板的例如由温度引起的机械变形保持远离微机械传感器。
据本发明的一种实施方式，该微机械传感器包括微机械的加速度传感器，其中，该微机械的加速度传感器可以包括可运动的质量块并能将质量块的运动转化为电容的变化。
根据本发明的另一种实施方式，第一消耗层设置在基板上，第一功能层设置在第一消耗层上，第二消耗层设置在第一功能层上并且第二功能层设置在第二消耗层上，在此第一功能层包括基底，而第二功能层包括微机械传感器。此外，这些消耗层可以具有二氧化硅，而这些功能层可以具有硅。此外，例如由多晶硅构成的布线层可以设置在第一功能层和第二消耗层之间用于微机械传感器的电接触。因此，根据本发明的微机械***可以利用标准的制造过程和/或原材料尽可能成本有利地被制造。
根据本发明的另一种实施方式，该悬挂装置包括弹簧单元并且弹性地支承基底。因此，基板或微机械***的其它部件的和/或外部元件的应力和/或变形被保持远离微机械传感器。在此，其它的和外部的元件可以包括壳体、填料、固定装置和/或印刷电路。
根据本发明的另一种实施方式，该悬挂装置包括阻尼单元，其中，该悬挂装置阻尼基底的运动。阻尼单元可以附加于弹簧元件地设置。在此，该阻尼单元可以包括第一组指形件和第二组指形件，其中第一组指形件相对于基板位置固定地设置，而第二组指形件与基底连接，并且其中第一组指形件可以与第二组指形件相互交错，此外第一组指形件可以与第一电位连接，而第二组指形件可以与第二电位连接，以便有效地阻尼基底的运动。
因此能够以有效的方式有针对性地调节悬挂装置的机械性能，特别是其振荡特性，以便例如使一定频带中的振动保持远离微机械传感器。此外通过电位的变化能够使性能动态地适应不同的使用条件。
附图说明
下面根据附图详细地描述本发明的优选实施方式。图1A和1B示出根据本发明的第一和第二实施方式的微机械***的示意性侧向图，而图2A，2B和2C示出根据本发明的第三、第四和第五实施方式的微机械***的示意性俯视图。
具体实施方式
图1A在沿横截面的示意性侧视图中示出根据本发明的第一实施方式的微机械***。第一微机械***1在此呈层状堆栈地制造在基板100上。该层状堆栈包括第一消耗层111、第一功能层121、第二消耗层112和第二功能层122。该基板100可以包括半导体基板，例如硅基板，其中，第一和第二消耗层111，112可以包括半导体氧化物，例如二氧化硅，并且其中第一和第二功功能层121，122可以包括半导体，例如硅。此外，第一和第二功功能层121，122的半导体可以包括硅、多晶硅、非晶硅和/或外延生长的多晶硅(EPI)。这类微机械***，例如第一微机械***1，可以通过本身已知的消耗层工艺进行制造。根据本发明的这种实施方式，从第一功能层121加工出基底140。在此，该基底140由悬挂装置130可运动地支承在基板100上方。该悬挂装置130可以包括柔性的和/或阻尼的单元，这些单元在此通过示意的弹簧134和示意的阻尼单元135示出。因此，基板100和/或微机械***1的其它部分受到的机械应力、振动或其它的干扰影响能够以有利的方式通过悬挂装置130与基底140解耦。该悬挂装置130的机械特性，例如阻尼性能和/或特有的机械固有振动，可以这样地设置，使得该基底140与有可能的或预期的干扰影响解耦。因此，在设计悬挂装置时允许考虑例如在车辆中经常出现的振动，因为这类振动通常可以通过有限的频带描述。
该基底140还作为微机械传感器150的载体使用，该微机械传感器通过另外的悬挂装置131可运动地固定在基底140上。这里示出呈微机械传感器150的两个质量块1501形式的双振荡器，在这里也可以代表通常的微机械***和/或传感器。因此，该微机械传感器150例如可以包括膜振荡器、蹦床振荡器、等臂梁振荡器、梁谐振器或相关的机械***。有利的是，悬挂装置130的机械特性这样地适配于另外的悬挂装置131和微机械传感器150的机械特性，使得不希望的基板100运动被从微机械传感器150阻挡开，而希望的基板100运动基本上不受阻尼地传送到微机械传感器150上。
图1B在沿横截面的示意性侧视图中示出根据本发明的第二实施方式的微机械***。根据该实施方式，第二微机械***2包括层状堆栈，该层状堆栈由基板100上的第一消耗层111、第一功能层121、第二消耗层112和第二功能层122组成。基底140通过悬挂装置130可运动地设置在基板100上方。该基底140还支承微机械传感器150，该微机械传感器通过另外的悬挂装置131可运动地悬挂在基底140上。
根据本发明的该实施方式，该微机械***2具有位于第一功能层121和第二消耗层112之间的布线层160。该布线层160可以设置在悬挂装置130的区域中，成为悬挂装置130的一部分或者通过足够薄的结构以有利方式使悬挂装置130的机械特性基本上保持不变。该布线层160能够以有利方式实现微机械传感器150在基底140上的电触点接通。为此，该微机械***2此外可以包括另外的机械元件和/或电子元件，这些元件将电信号传送到微机械传感器150上或者从微机械传感器150接收电信号。该布线层160可以以有利方式包括导电材料。为此例如包括金属、铝、铜、金、掺杂的和/或非掺杂的半导体、硅、多晶硅和非晶硅。
图2A在示意性俯视图中示出根据本发明的第三实施方式的微机械***。根据该实施方式，第三微机械***3的悬挂装置1301包括弹簧元件136，该弹簧元件136将基底140可运动地支承在基板100上方。为此，至少相应地构造在图2A的视图中位于顶部的第二功能层122。在基底140上或在基底140中设置微机械传感器151，例如与图1A、1B或2C相联系地描述的微机械传感器150或微机械传感器152。
该弹簧元件136能够以有利方式均衡基板100的机械应力并且使这些应力基本上与基底140解耦。因此例如基板100和/或微机械***3的其它部分能够在平面中变形，然而该变形只以不显著的幅度传送到基底140上。这类变形例如可以通过微机械***3的运行温度的改变引起，因为，例如该微机械***3在第一温度下与一个另外的电路固定连接，而该微机械***3在第二温度下被运行。这里第一温度和第二温度之间的温差可能通常高于50℃、高于100℃或高于200℃。
图2B在示意性俯视图中示出根据本发明的第四实施方式的微机械***。根据该实施方式，第四微机械***4的基底140通过悬挂装置1302可运动地悬挂在基板100上方。在此该悬挂装置1302包括弹簧元件138，例如与图2A相联系地描述的弹簧元件136。根据该实施方式，该悬挂装置1302附加地包括阻尼单元137，该阻尼单元阻尼基底140相对于基板100的运动。该阻尼单元137还可以包括第一组第一指形件1371和第二组第二指形件1372。在此，第一指形件1371例如通过第一消耗层、第一功能层、第二消耗层和/或第二功能层与基板100位置固定连接，而第二指形件1372与基底140固定连接。
此外，第一指形件1371和第二指形件1372相互交错。第一指形件1371和第二指形件1372之间的阻尼例如可以通过直接接触、粘附、摩擦、粘性介质中的摩擦和/或电场产生和/或调整。尤其是，第一指形件1371可以与第一电位连接，而第二指形件1372可以与第二电位连接。此外控制和/或调节第一电位与第二电位之间的电位差，从而符合目的地影响、控制或动态地调节阻尼单元137的阻尼特性。因此根据该实施方式能够改变、调节和/或预先确定包括弹簧元件138和阻尼单元137的悬挂装置1302的机械传动。因此优选确定悬挂装置1302的机械特性，使得作用在基板100或微机械***4的其它部分上的应力和/或振动基本上有针对性地与基底140解耦。
图2C在示意性俯视图中示出根据本发明的第五实施方式的微机械***。根据该实施方式，在第五微机械***5中，在第二功能层122下面设置布线层161。为了解释说明，在悬挂装置1303的上半部分中剖开地示出第二功能层122。该悬挂装置1303可以如与本发明的实施例相联系地描述的悬挂装置130、1201或1302一样包括弹簧元件和/或阻尼单元。
在基底140上还设置有微机械传感器152。该传感器例如可以包括弛张振荡器1502，该弛张振荡器被构造在功能层121中并且通过布线层161的第一区域1601、布线层161的第二区域1602以及布线层161的第三区域1603触点接通。根据该实施方式，能够以有利方式通过悬挂装置1303实现微机械传感器152的电触点接通。
Claims (10)
1.微机械***(1，2，3，4，5)，包括：
基板(100)；
悬挂装置(130，1301，1302，1303)，
基底(140)，其中，该悬挂装置(130，1301，1302，1303)将该基底(140)可运动地支承在该基板(100)上方，和
微机械传感器(150，151，152)，其特征在于，该微机械传感器(150，151，152)被设置在该基底(140)上。
2.根据权利要求1的微机械***，其特征在于，所述微机械传感器(150，151，152)包括微机械的加速度传感器。
3.根据权利要求2的微机械***，其特征在于，所述微机械的加速度传感器包括可运动的质量块(1501，1502)并且将所述质量块(1501，1502)的运动转化为电容的变化。
4.根据权利要求1至3之一的微机械***，其特征在于，第一消耗层(111)设置在所述基板(100)上，第一功能层(121)设置在该第一消耗层(111)上，第二消耗层(112)设置在该第一功能层(121)上并且第二功能层(122)设置在该第二消耗层(112)上，其中，该第一功能层(121)包括所述基底(140)，而该第二功能层(122)包括所述微机械传感器(150，151，152)。
5.根据权利要求4的微机械***，其特征在于，所述第一和第二消耗层(111，112)具有二氧化硅，而所述第一和第二层功能层(121，122)具有硅。
6.根据权利要求4或5的微机械***，其特征在于，一个布线层(160)设置在所述第一功能层(121)和所述第二消耗层(112)之间。
7.根据权利要求1至6之一的微机械***，其特征在于，所述悬挂装置(130，1301，1302，1303)包括弹簧元件(134，136，138)，并且，所述悬挂装置(130，1301，1302，1303)弹性地支承所述基底(140)。
8.根据权利要求1至7之一的微机械***，其特征在于，所述悬挂装置(130，1301，1302，1303)包括阻尼单元(135，137)，并且，所述悬挂装置(130，1301，1302，1303)阻尼所述基底(140)的运动。
9.根据权利要求8的微机械***，其特征在于，所述阻尼单元(135，137)包括第一和第二组指形件(1371，1372)，其中，所述第一组指形件相对于所述基板(100)位置固定地设置，所述第二组指形件与所述基底(140)连接，并且，所述第一和第二组指形件(1371，1372)相互交错。
10.根据权利要求9的微机械***，其特征在于，所述第一组指形件与第一电位连接，而所述第二组指形件与第二电位连接，并且，调节所述第一和第二电位，以便阻尼所述基底(140)的运动。
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