微機械結構制造技術

本發明專利技術涉及一種微機械結構，特別是轉速傳感器，其具有襯底，襯底具有主延伸平面，微機械機構用于探測繞垂直于主延伸平面延伸的第一方向的第一轉速、用于探測繞平行于主延伸平面延伸的第二方向的第二轉速并且用于探測繞平行于主延伸平面并且垂直于第二方向延伸的第三方向的第三轉速，微機械結構具有被驅動繞平行于第一方向的旋轉軸線進行扭轉振動的扭轉振動元件，微機械結構還具有用于探測第一轉速的轉速傳感器裝置，扭轉振動元件在平行于主延伸平面的平面中完全環繞轉速傳感器裝置，微機械結構具有轉速傳感器裝置在扭轉振動元件處的至少一個第一連接件，其特征在于，微機械結構具有轉速傳感器裝置在襯底處的至少一個第二連接件。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及一種微機械結構，特別是轉速傳感器，其具有襯底，襯底具有主延伸平面，微機械機構用于探測繞垂直于主延伸平面延伸的第一方向的第一轉速、用于探測繞平行于主延伸平面延伸的第二方向的第二轉速并且用于探測繞平行于主延伸平面并且垂直于第二方向延伸的第三方向的第三轉速，微機械結構具有被驅動繞平行于第一方向的旋轉軸線進行扭轉振動的扭轉振動元件，微機械結構還具有用于探測第一轉速的轉速傳感器裝置，扭轉振動元件在平行于主延伸平面的平面中完全環繞轉速傳感器裝置，微機械結構具有轉速傳感器裝置在扭轉振動元件處的至少一個第一連接件，其特征在于，微機械結構具有轉速傳感器裝置在襯底處的至少一個第二連接件。【專利說明】微機械結構
本專利技術從一種按照獨立權利要求的前序部分的微機械結構出發。
技術介紹
由現有技術已知了微機械結構或者轉速傳感器。這樣的裝置多年以來在批量生產中制造用于多種應用，例如在汽車領域中和在消費電子裝置領域中。近期多軸轉速傳感器明顯最多。在消費電子裝置領域中這尤其涉及三軸的或三通道的轉速傳感器或者微機械結構。在此，除關于微機械結構的精度和其他性能的方面以外，這樣的微機械轉速傳感器的小的結構尺寸以及所伴隨的低成本也是決定性的。在此在技術上能夠將三通道轉速傳感器(即具有典型地分別相互垂直地設置的三個感測軸線或者感測方向的轉速傳感器)或者三個單通道轉速傳感器設置在一個殼體中或者一個裝置中，例如放置在一個芯片上。除此以外已知其他解決方案，其中三軸性(例如至少相對于兩個轉速軸線的轉速靈敏性，即繞平行于和垂直于襯底的主延伸平面延伸的軸線)通過復雜耦合的結構以共同的驅動模式示出。最后的變型方案能夠實現微機械結構或者微機械的或者微機電的構件的減小的結構尺寸，從而可減小結構尺寸并且可實現更簡單的分析處理電路，這尤其對于消費電子裝置應用而言是有利的。文獻DE102008042369A1公開了例如三個并排設置的傳感器結構，其中各一個傳感器結構覆蓋轉速傳感器的一個測量軸線或者一個感測方向，其中這些相互并排設置的傳感器結構通過一個共同的驅動梁相互連接。由于所述設置，微機械結構或者轉速傳感器的面積需求相對較高。因此，在盡可能最大程度的微型化方面，這些方案看起來是充滿希望的，其中可以應用用于探測繞多個軸線的轉速的各個質量。其示例是具有旋轉盤的微機械結構或者執行扭轉振動的盤，但其功能首先限于兩個平行于襯底的主延伸平面的感測旋轉軸線，這通常以下方式表示:感測的旋轉軸線或者繞其可以探測轉速的旋轉軸線以X方向和以y方向識別，其中X方向和I方向相應于傳感器襯底的平面并且繞這兩個相互垂直的軸線的相應轉速通常以Qy表示。這樣的微機械結構的繞第三空間方向的附加敏感性——通常稱為Ωζ靈敏度或者Ωζ功能性，即在微機械結構繞垂直于傳感器襯底的平面的Z軸線旋轉時的靈敏性——必須通過附加結構確保。為此，文獻ΕΡ1832841Α1和US2010/0154541A1提出一種直線振動器，其設置在盤或者扭轉振動裝置的空缺中并且通過彈簧可運動地耦合到所述盤。這樣的結構的重要缺點在于，不僅科里奧利力而且強烈的離心力作用到用于Ωζ探測的探測質量上，所述離心力嚴重疊加有用信號一即科里奧利信號。科里奧利力的值與震動質量的質量、垂直于旋轉軸線的速度和轉速的乘積的兩倍成比例。離心力的值與震動質量的質量、角頻率的平方以及繞旋轉軸線的半徑成比例。如果速度(垂直于旋轉軸線)作為較頻率和半徑的積，則作為離心力與科里奧利力的比值得出轉速Ω與角頻率的兩倍的比值，即例如在20kHz的驅動頻率以及已經選擇的相當較大的1000度每秒的轉速的情況下產生離心力的值與科里奧利力的值的比值為7200。雖然在雙倍頻率下出現離心信號，然而為了避免過調必須在分析處理電路中維持輸入級的相應較大的動態范圍，從而由此使傳感器的分辨率惡化。
技術實現思路
因此，本專利技術的任務是提供一種微機械結構或者一種轉速傳感器，其不具有現有技術的缺點并且——在或者三軸轉速傳感器或者具有平行于襯底的主延伸平面的感測方向和垂直于襯底的主延伸平面的感測方向的兩軸轉速傳感器的情況下一尤其具有在繞垂直于主延伸平面的軸線旋轉時相對于離心力的更大不敏感性。根據獨立權利要求的按照本專利技術的微機械結構或者按照本專利技術的轉速傳感器相對于現有技術具有以下優點，在繞垂直于主延伸平面的旋轉軸線旋轉時可以實現相對于離心力的更大不敏感性。由此，按照本專利技術有利地能夠得到傳感器或者微機械結構相對于繞垂直于微機械結構的襯底的主延伸平面的旋轉軸線(以下也稱為第一旋轉軸線)的旋轉的更大敏感性。此外按照本專利技術有利地能夠連同三通道(或者兩通道)轉速傳感器或者相應的微機械結構的非常緊湊的實現來實現所述優點，從而用于實現微機械結構的空間需求特別小并且因此成本可極大地最小化。按照本專利技術，由此實現離心力的更小依賴性，即設置在扭轉振動元件的內部的轉速傳感器裝置不僅通過至少一個第一連接件與扭轉振動元件連接而且也通過至少一個第二連接件與襯底連接。由此可以決定性地減小或者甚至避免傳感器有用信號(科里奧利信號)通過離心信號或者通過離心加速度效果的影響或者疊加，從而按照本專利技術能夠實現轉速信號的更好且更精確的分析處理并且特別是傳感器裝置或者微機械結構具有更高性能。本專利技術的構型和擴展方案可以由從屬權利要求以及參照附圖的描述得出。按照本專利技術的一種優選擴展方案，轉速傳感器裝置具有第一轉速傳感器元件和第二轉速傳感器元件，其中微機械結構配置成驅動第一轉速傳感器元件和第二轉速傳感器元件平行于驅動方向進行反向的驅動運動，其中為了實現所述驅動運動扭轉振動元件借助于第一連接件與第一轉速傳感器元件連接并且借助于另一第一連接件與第二轉速傳感器元件連接。由此按照本專利技術有利地能夠實現繞垂直于傳感器襯底平面(襯底的主延伸平面)的軸線的旋轉運動的特別精確的探測。按照本專利技術的另一種優選擴展方案，所述第一連接件具有第一彈簧并且所述另一第一連接件具有第二彈簧，其中第一彈簧和第二彈簧分別沿平行于第一方向的方向并且沿垂直于轉速傳感器裝置的驅動運動的方向具有相比于沿平行于轉速傳感器裝置的驅動運動的方向更小的彈簧剛性。由此按照本專利技術有利地能夠通過扭轉振動元件的扭轉振動運動可實現扭轉振動元件內部的轉速傳感器裝置的可靠驅動并且盡管如此不僅垂直于轉速傳感器裝置的驅動方向(即不僅平行于主延伸平面垂直于驅動方向而且沿垂直于襯底的主延伸平面的方向)的運動分量的耦合是可避免的并且因此轉速傳感器裝置的盡可能純粹的直線驅動(即使通過扭轉振動元件和所伴隨的旋轉運動的驅動并且即使由于平行于主延伸平面出現的轉速分量引起的扭轉振動元件垂直于主延伸平面的偏移)是可能的。按照本專利技術尤其提出，第一彈簧和第二彈簧分別沿平行于第一方向的方向并且沿垂直于轉速傳感器裝置的驅動運動的方向具有相比于沿平行于轉速傳感器裝置的驅動方向的方向更小的彈簧剛性，特別是具有以因數10或以因數50或以因數100相比于沿平行于轉速傳感器裝置的驅動方向的方向更小的彈簧剛性。按照本專利技術的另一種優選擴展方案，第一轉速傳感器元件借助于第二連接件與襯底連接，并且第二轉速傳感器元件借助于另一第二連接件與襯底連接。由此按照本專利技術以特別有利的方式能夠減少離心力對轉速傳感器或者微機械結構的分析處理的影響本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微機械結構（1），特別是轉速傳感器，其具有襯底（110），所述襯底具有主延伸平面（100），所述微機械機構用于探測繞垂直于所述主延伸平面（100）延伸的第一方向（101）的第一轉速并且用于探測繞平行于所述主延伸平面（100）延伸的第二方向（102）的第二轉速，其中，所述微機械結構（1）具有被驅動繞平行于所述第一方向（101）的旋轉軸線進行扭轉振動的扭轉振動元件（10），其中，所述微機械結構（1）還具有用于探測所述第一轉速的轉速傳感器裝置（12），其中，所述扭轉振動元件（10）在平行于所述主延伸平面（100）的平面中完全環繞所述轉速傳感器裝置（12），其中，所述微機械結構（1）具有所述轉速傳感器裝置（12）在所述扭轉振動元件（10）處的至少一個第一連接件（31，31’），其特征在于，所述微機械結構（1）具有所述轉速傳感器裝置（12）在所述襯底（110）處的至少一個第二連接件（32，32’）。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：J·克拉森，R·舍本，
申請(專利權)人：羅伯特·博世有限公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE