專利名稱：微機械結(jié)構(gòu)元件和用于運行微機械結(jié)構(gòu)元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的微機械結(jié)構(gòu)元件。
技術(shù)背景 這樣的微機械結(jié)構(gòu)元件已普遍公知。例如，由文獻DE 19817 357 Al公開了一種 加速度傳感器，該加速度傳感器具有載體基板和振動質(zhì)量，其中，平行于基板的主延伸平面 的加速度引起振動質(zhì)量相對于載體基板的偏移，該偏移通過固定地與振動質(zhì)量連接的電極 和固定地與載體基板連接的反電極電容式地實現(xiàn)。運動質(zhì)量的基本電容與振動質(zhì)量的偏移 運動的衰減一樣取決于電極的數(shù)量，因此基本電容與偏移運動的衰減相互耦合。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)并列的權(quán)利要求，按本發(fā)明的微機械結(jié)構(gòu)元件和按本發(fā)明的用于運行微機械 結(jié)構(gòu)元件的方法具有以下優(yōu)點與現(xiàn)有技術(shù)相比，實現(xiàn)了電極的基本電容與通過電極的頻 帶調(diào)節(jié)的解耦?；倦娙莼旧贤ㄟ^運動的反電極與相應(yīng)的或者說相對置的固定電極之 間的單個電容的累加形成。小的基本電容在此是有利的，其中，尤其是能夠使用更小的參 考電容，更小的參考電容允許在相對小的載體基板面積上實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的微機械結(jié)構(gòu)元 件，優(yōu)選加速度傳感器。同時，反電極的數(shù)量決定了振動質(zhì)量的機械偏移的頻帶，特別有利 的是該振動質(zhì)量視對微機械結(jié)構(gòu)元件的要求而定在制造過程中相應(yīng)地適配?；倦娙菖c頻 帶的解耦根據(jù)本發(fā)明通過以下方式實現(xiàn)僅僅使固定電極的一部分被電接觸并且作為測量 電極起作用。這些測量電極基本上決定了振動質(zhì)量的基本電容，而振動質(zhì)量上的與解耦的 電極相對置的反電極僅作為改變頻帶的機械元件起作用，因為解耦的電極例如與振動質(zhì)量 短接，因此在解耦的電極和振動質(zhì)量之間沒有任何電容起作用。在其它條件保持不變的情 況下，在載體基板平面中出現(xiàn)加速度力時振動質(zhì)量相對于載體基板的位置變化和/或相對 運動的頻帶的帶寬調(diào)節(jié)通過改變振動質(zhì)量的總質(zhì)量實現(xiàn)，該總質(zhì)量通過改變與解耦的電極 相對置的反電極的數(shù)量來改變，其中，所述反電極數(shù)量的改變通過解耦的電極的數(shù)量的適 配來實現(xiàn)。因此，在不改變基本電容的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)對于載體基板平面中期望的、待測 量的加速度力的頻率特性的優(yōu)化。優(yōu)選的是，振動質(zhì)量的頻率特性的進一步調(diào)節(jié)通過與解 耦的電極相對置的反電極和微機械結(jié)構(gòu)元件中的氣態(tài)介質(zhì)之間的摩擦力實現(xiàn)，其中，特別 優(yōu)選的是，通過微機械結(jié)構(gòu)元件中的適當(dāng)氣壓能夠進一步調(diào)節(jié)所述頻率特性。尤其地，由此 實現(xiàn)微機械結(jié)構(gòu)元件的衰減特性的適配。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過基本電容與頻帶的按 本發(fā)明的解耦能夠特別有利地實現(xiàn)小基本電容以及振動質(zhì)量的偏移頻帶的可變調(diào)節(jié)。尤其 地，電極的小基本電容能夠?qū)崿F(xiàn)小的參考電容，因此所需的載體基板面積相對小，并且由此 顯著地節(jié)約了制造中的成本和極大地簡化微機械結(jié)構(gòu)元件的微電子的實施。根據(jù)一種優(yōu)選的擴展結(jié)構(gòu)，至少一個測量電極具有一個電極副，其中，所述反電極 設(shè)置在所述電極副的電極之間，并且，所述電極副的這些電極設(shè)置成位于不同的電勢上。有 利的是，該結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)對電極副的電壓的差動式分析處理，具有差動式電路技術(shù)的所有已知優(yōu)點，尤其是提高了測量精度和改善了面對電的或電磁的干擾時的噪聲靈敏度。根據(jù)一種優(yōu)選的擴展結(jié)構(gòu)，所述電極副具有一個第一電極和一個第二電極，其中， 多個電極副的所述第一電極和所述第二電極設(shè)置成分別通過第三和第四導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)相 互連接。因此，多個第一和第二電極的電容有利地累加，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對這些電極副的共同 的分析處理。根據(jù)另一種優(yōu)選的擴展結(jié)構(gòu)，所述解耦的電極設(shè)置成至少部分地通過第五導(dǎo)電連 接結(jié)構(gòu)相互連接。這樣的導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)特別是在寄生電容方面是有利的，尤其是因為它們 可以單義地定義并且因此是可補償?shù)?。根?jù)一種優(yōu)選的擴展結(jié)構(gòu)，在所述第五導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)與所述反電極之間附加地設(shè) 置第六導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)，使得尤其是所述解耦的電極與振動質(zhì)量電連接。因此，特別有利的 是，在所述解耦的電極與所述振動質(zhì)量之間沒有電容起作用。
本發(fā)明的另一個主題是一種用于運行微機械結(jié)構(gòu)元件的方法，其中，僅借助測量 電極執(zhí)行對所述反電極相對于所述測量電極的相對運動的電分析處理，并且，借助與所述 解耦的電極相對置的所述反電極實現(xiàn)對所述相對運動的機械衰減，尤其是頻帶的移位、擴 展和/或縮減。因此，有利地實現(xiàn)了反電極相對于固定電極的基本電容與振動質(zhì)量的通過 反電極的衰減的解耦。根據(jù)一種有利的擴展結(jié)構(gòu)，通過電極副的多個相互連接的第一和第二電極對所述 相對運動進行電分析處理。有利地，通過這樣的分析處理能夠?qū)崿F(xiàn)多個第一和第二電極的 電容的累加，這能夠?qū)崿F(xiàn)對電極副的共同的分析處理。


本發(fā)明的實施例在附圖中示出并且在下面的說明書中闡述。附圖示出圖1是根據(jù)示例性的實施方式的按本發(fā)明的微機械結(jié)構(gòu)元件的部分區(qū)域的示意 性俯視圖；和圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的微機械結(jié)構(gòu)元件的電極副的和反電極的 等效電路圖。
具體實施例方式在圖1中示出根據(jù)一種示例性實施方式的按本發(fā)明的微機械結(jié)構(gòu)元件的部分區(qū) 域的示意性俯視圖。該視圖示出一個微機械結(jié)構(gòu)元件1，尤其是加速度傳感器的一個部分區(qū) 域，其中，該微機械結(jié)構(gòu)元件1具有一些固定電極和一個振動質(zhì)量19，該振動質(zhì)量19通過懸 掛元件5與載體基板18連接并且可相對于該載體基板運動，該振動質(zhì)量19具有反電極4， 這些反電極通過第一導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)8相互連接，這些固定電極3包括測量電極7和與這些 測量電極7不通過導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)連接的、解耦的電極6。這些測量電極7各包括一個電極副 11，其中，該電極副11各具有一個第一電極12和一個第二電極13，并且，所有電極副11的 第一電極12和第二電極13分別通第三和第四導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)14，16相互連接。所述解耦的 電極6至少部分地通過第五導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)15相互連接。在圖2中示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的微機械結(jié)構(gòu)元件的電極副和反電 極的等效電路圖。所示的是兩個平板電容器23，24，這些平板電容器分別包括一個測量電極和一個反電極4。短接的電容器板4是反電極4，而外部的電容器板12，13是電極副11的 第一和第二電極12，13，其中，該第一和第二電極12，13分別通過第三和第四導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu) 14，16與另外的未畫出的第一和第二電極連接。該反電極4是振動質(zhì)量的一部分并且通過 所述第一導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)8與另外的未畫出的反電極連接，其中，該振動質(zhì)量由于出現(xiàn)在載 體基板18的平面中的加速度力而從靜止位置偏移，這引起平板電容器23，24中的電容器板 的間距變化，使得其中一個平板電容器的電容增加，同時另一個平板電容器的電容減少。各 個平板電容器23，24中 的電容的變化通過導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)14，16上的電壓信號檢測。
權(quán)利要求
微機械結(jié)構(gòu)元件(1)，其中，該微機械結(jié)構(gòu)元件(1)具有一些固定電極(3)和一個振動質(zhì)量(19)，該振動質(zhì)量(19)通過懸掛元件(5)與載體基板(18)連接并且可相對于該載體基板運動，該振動質(zhì)量(19)具有反電極(4)，這些反電極通過第一導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)(8)相互連接，其特征在于，所述固定電極(3)具有測量電極(7)和解耦的電極(6)，其中，這些測量電極(7)設(shè)置成作為電分析處理器件起作用，而與所述解耦的電極(6)相對置的所述反電極(4)設(shè)置成作為改變頻帶的機械元件起作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的微機械結(jié)構(gòu)元件(1)，其特征在于，在一個測量電極(7)和一個解 耦的電極(6)之間僅設(shè)置一個高阻的連接。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的微機械結(jié)構(gòu)元件(1)，其特征在于，至少一個測量電極(7) 包括一個電極副(11)，其中，所述反電極(4)設(shè)置在該電極副(11)的電極之間，并且，該電 極副(U)的電極設(shè)置成位于不同的電勢上。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的微機械結(jié)構(gòu)元件(1)，其特征在于，至少兩個電極副(11) 各具有一個第一電極(12)和一個第二電極(13)，其中，多個電極副(11)的所述第一電極 (12)和所述第二電極(13)設(shè)置成分別通過第三和第四導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)(14，16)相互連接。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的微機械結(jié)構(gòu)元件(1)，其特征在于，所述解耦的電極(6)設(shè) 置成至少部分地通過第五導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)(15)相互連接。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的微機械結(jié)構(gòu)元件(1)，其特征在于，在所述第五導(dǎo)電連接 結(jié)構(gòu)(15)與所述反電極(4)之間附加地設(shè)置第六導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的微機械結(jié)構(gòu)元件(1)，其特征在于，所述微機械結(jié)構(gòu)元件 (1)設(shè)置成作為加速度傳感器起作用。
8.用于運行根據(jù)上述權(quán)利要求之一的微機械結(jié)構(gòu)元件(1)的方法，其特征在于，僅借 助所述測量電極(7)對所述反電極⑷相對于所述測量電極(7)的相對運動進行電分析處 理，并且，借助與所述解耦的電極(6)相對置的所述反電極(4)實現(xiàn)對所述相對運動的機械 衰減。
9.用于運行根據(jù)權(quán)利要求7的微機械結(jié)構(gòu)元件(1)的方法，其特征在于，通過至少一 個測量電極(7)借助一個電極副(11)對所述相對運動進行電分析處理，其中，所述反電極 (4)設(shè)置在所述電極副(11)的電極之間。
10.用于運行根據(jù)權(quán)利要求7或8的微機械結(jié)構(gòu)元件(1)的方法，其特征在于，通過所 述電極副(11)的多個相互連接的第一和第二電極(12，13)對所述相對運動進行電分析處 理。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種微機械結(jié)構(gòu)元件(1)，其中，該微機械結(jié)構(gòu)元件具有一些固定電極(3)和一個振動質(zhì)量(19)，該振動質(zhì)量通過懸掛元件(5)與載體基板(18)連接并且可相對于該載體基板運動，該振動質(zhì)量具有反電極，這些反電極通過第一導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)(8)相互連接，并且所述固定電極此外具有測量電極(7)和解耦的電極，其中，這些測量電極設(shè)置成作為電分析處理器件起作用，而與所述解耦的電極(6)相對置的所述反電極(4)設(shè)置成作為改變頻帶的機械元件起作用。
文檔編號G01C19/56GK101842709SQ200880114316
公開日2010年9月22日 申請日期2008年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者F·本尼尼, L·特伯杰, W·菲爾斯特 申請人:羅伯特·博世有限公司