MEMS三轴磁传感器设备和电子装置制造方法及图纸

本公开涉及一种具有改进配置的MEMS三轴磁传感器设备和电子装置。例如，一种MEMS三轴磁传感器设备(51)设置有感应结构(2)，该感应结构具有：衬底(6)；外部框架(4)，该外部框架内部地限定窗口(5)并且弹性地耦合至第一锚定件(7)，该第一锚定件借助于第一弹性元件(8)相对于该衬底固定；可移动结构(10)，该可移动结构被安排在悬置在该衬底上方的该窗口中、借助于第二弹性元件(12)弹性地耦合至该外部框架并且承载用于流过电流(I)的导电路径(P)；以及弹性安排(22，24)，该弹性安排操作性地耦合至该可移动结构。

【技术实现步骤摘要】
MEMS三轴磁传感器设备和电子装置
本技术涉及一种具有改进配置的MEMS三轴磁传感器设备和电子装置。
技术介绍
众所周知，当前的微加工技术使得能够从半导体材料层开始制造MEMS(微机电系统)，这些半导体材料层已经沉积(例如，多晶硅层)或者生长(例如，外延层)在牺牲层上，这些牺牲层经由化学蚀刻而被移除。例如，利用这种技术制成的惯性传感器、加速度计和陀螺仪现今广泛地用在例如汽车领域、惯性导航、便携式设备领域或者医学领域中。具体地，MEMS磁传感器(也定义为“磁力计”)是已知的，其利用洛伦兹力来获得磁场测量结果。在这些传感器中，使电流循环通过相应感应结构的可移动部分，该可移动部分适当地悬置在衬底上方、通过弹性元件耦合至该衬底。在存在待检测磁场的情况下，由于洛伦兹力，生成了可移动部分的移动；可以例如利用电容技术检测到的此移动的延伸指示磁场值。传感器的感应结构在此情况下不包括任何磁性材料并且可以通过普通的半导体微加工技术来制造。具体地，在若干应用中，需要检测在多个感应方向上(例如，在与三个正交笛卡尔轴相对应的三个感应方向上)起作用的磁场。例如在所谓的“传感器融合”应用中例如针对罗盘或导航设备的要求也是已知的，以便提供传感器设备，这些传感器设备以集成和组合的方式包括加速度计、陀螺仪和三轴磁力计(针对总共九个感应轴)以及相应的电子电路(所谓的ASIC——应用专用集成电路)，以用于检测和读取检测到的加速度信号、角速度信号和磁场信号。从这个要求中显然地获得尽可能地减小尺寸和消耗的相应要求，因此需要减小上述传感器并且具体为MEMS三轴磁传感器的尺寸。当前，大多数MEMS三轴磁传感器包括多个感应结构，通常是每个磁场感应轴一个感应结构。此解决方案具有以下优点：使得能够设计出具有针对性并且特定用于对应感应方向上的检测要求的各个感应结构(以及耦合的感应电极以及锚定和悬置结构)。然而，此解决方案不能使能减少面积占用并且通常需要高成本、功耗和制造复杂性。用于提供MEMS三轴磁传感器的一些已知的解决方案例如在以下文献中加以描述：J.Kyynarainen、J.Saarilahti、H.Kattelus、A.Karkkainen、T.Meinander、A.Oja、P.Pekko、H.Seppa,M.Suhonen、H.Kuisma、S.Ruotsalainen、M.Tilli，“3D微机械罗盘(A3Dmicromechanicalcompass)”，传感器和执行器A物理学期刊(Sens.ActuatorsA,Phys.)，142，2，561-568，2008年4月；G.Langfelder、G.Laghi、P.Minotti、A.Tocchio、A.Longoni，“洛伦兹力MEMS磁力计的非谐振低压操作(Off-ResonanceLow-PressureOperationofLorentzForceMEMSMagnetometers)”，IEEE工业电子学汇刊(IEEETransactionsonIndustrialElectronics)，第61卷，第12期，2014年12月，7124-7130；M.Li、S.Sonmezoglu、D.A.Horsley、“基于正交频率调制的扩展带宽洛伦兹力磁力计(ExtendedBandwidthLorentzForceMagnetometerBasedonQuadratureFrequencyModulation)”，微机电系统期刊(JournalofMicroelectromechanicalSystems)，第24卷，第2期，第333-342页，2015年4月。以本申请人的名义在美国专利申请2015/0035526A1中描述了另外已知的解决方案。上文中已知的解决方案通常要求集成实现方式中较大的占用面积以及较高的电力消耗，并且不具有优化的电气性能(例如，关于对由操作传感器设备的环境的加速或振动所生成的干扰的敏感性、抵消和抑制)。
技术实现思路
本技术的目的是至少部分地解决之前所强调的问题，以便提供MEMS三轴磁传感器的优化配置(具体地，在面积占用、电能消耗和感应性能方面)。根据本技术，因此提供了一种MEMS三轴磁传感器设备(51)，所述MEMS三轴磁传感器设备设置有感应结构(2)，所述感应结构包括：衬底(6)；外部框架(4)，所述外部框架内部地限定窗口(5)并且弹性地耦合至第一锚定件(7)，所述第一锚定件借助于第一弹性元件(8)相对于所述衬底(6)固定；可移动结构(10)，所述可移动结构被安排在悬置在所述衬底(6)上方的所述窗口(5)中、借助于第二弹性元件(12)弹性地耦合至所述外部框架(4)并且承载用于流过电流(I)的导电路径(P)；以及弹性安排(22，24)，所述弹性安排在所述窗口(5)内、操作性地耦合至所述可移动结构(10)，其中，所述可移动结构(10)由于所述第一弹性元件(8)和所述第二弹性元件(12)以及所述弹性安排(22，24)而被配置成用于执行：响应于源自第一磁场分量(Bx)的洛伦兹力(FL)的第一感应移动；响应于源自第二磁场分量(By)的洛伦兹力(FL)的第二感应移动；以及在所述导电路径(P)中存在所述电流(I)的情况下，响应于源自第三磁场分量(Bz)的洛伦兹力(FL)的第三感应移动；其中，所述第一、第二和第三感应移动是不同的并且与彼此去耦。在某些实施例中，所述感应结构(2)具有平行于第一水平轴(x)的第一对称轴(A)和平行于第二水平轴(y)的第二对称轴(A’)，所述第一水平轴(x)和所述第二水平轴(y)限定水平平面(xy)；其中，所述第一感应移动是所述可移动结构(10)绕所述第二对称轴(A’)固定地相对于所述外部框架(4)进行的旋转移动，并且由所述第一弹性元件(8)限定；所述第二感应移动是所述可移动结构(10)绕所述第一对称轴(A)与所述外部框架(4)去耦地进行的旋转移动，并且由所述第二弹性元件(12)和所述弹性安排(22，24)限定；并且第三感应移动是在所述水平平面(xy)内进行的平移移动并且由所述弹性安排(22，24)限定。在某些实施例中，所述第一弹性元件(8)和所述第二弹性元件(12)属于扭转型。在某些实施例中，所述可移动结构(10)由一组嵌套框架构成，并且所述感应结构(2)进一步包括相对于所述可移动结构(10)的最内侧框架内部地安排的电极框架(20)；所述电极框架(20)耦合至所述弹性安排的第一弹性结构(22)，并且通过所述弹性安排的第二弹性结构(24)进一步弹性地耦合至所述可移动结构(10)。在某些实施例中，所述可移动结构(10)通过第三弹性元件(18)弹性地耦合至第二锚定件(17)，所述第二锚定件相对于所述衬底(6)固定并且相对于所述可移动结构(10)的所述最内侧框架内部地安排；并且其中，所述第一弹性结构(22)耦合至所述第二锚定件(17)。在某些实施例中，所述电极框架(20)包括第一半框(20a)和第二半框(20b)；并且其中，所述第一弹性结构(22)包括音叉型弹性耦合元件(28)，所述音叉型弹性耦合元件被配置成用于弹性地耦合所述第一半框(20a)和所述第二半框(20b)以响应于源自所述第三磁场分量(Bz)的所述洛伦兹力(FL)生成相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS三轴磁传感器设备(51)，所述MEMS三轴磁传感器设备设置有感应结构(2)，其特征在于，所述感应结构包括：衬底(6)；外部框架(4)，所述外部框架内部地限定窗口(5)并且弹性地耦合至第一锚定件(7)，所述第一锚定件借助于第一弹性元件(8)相对于所述衬底(6)固定；可移动结构(10)，所述可移动结构被安排在悬置在所述衬底(6)上方的所述窗口(5)中、借助于第二弹性元件(12)弹性地耦合至所述外部框架(4)并且承载用于流过电流(I)的导电路径(P)；以及弹性安排(22，24)，所述弹性安排在所述窗口(5)内、操作性地耦合至所述可移动结构(10)，其中，所述可移动结构(10)由于所述第一弹性元件(8)和所述第二弹性元件(12)以及所述弹性安排(22，24)而被配置成用于执行：响应于源自第一磁场分量(Bx)的洛伦兹力(FL)的第一感应移动；响应于源自第二磁场分量(By)的洛伦兹力(FL)的第二感应移动；以及在所述导电路径(P)中存在所述电流(I)的情况下，响应于源自第三磁场分量(Bz)的洛伦兹力(FL)的第三感应移动；其中，所述第一、第二和第三感应移动是不同的并且与彼此去耦。

【技术特征摘要】
2016.12.29 IT 1020160001324081.一种MEMS三轴磁传感器设备(51)，所述MEMS三轴磁传感器设备设置有感应结构(2)，其特征在于，所述感应结构包括：衬底(6)；外部框架(4)，所述外部框架内部地限定窗口(5)并且弹性地耦合至第一锚定件(7)，所述第一锚定件借助于第一弹性元件(8)相对于所述衬底(6)固定；可移动结构(10)，所述可移动结构被安排在悬置在所述衬底(6)上方的所述窗口(5)中、借助于第二弹性元件(12)弹性地耦合至所述外部框架(4)并且承载用于流过电流(I)的导电路径(P)；以及弹性安排(22，24)，所述弹性安排在所述窗口(5)内、操作性地耦合至所述可移动结构(10)，其中，所述可移动结构(10)由于所述第一弹性元件(8)和所述第二弹性元件(12)以及所述弹性安排(22，24)而被配置成用于执行：响应于源自第一磁场分量(Bx)的洛伦兹力(FL)的第一感应移动；响应于源自第二磁场分量(By)的洛伦兹力(FL)的第二感应移动；以及在所述导电路径(P)中存在所述电流(I)的情况下，响应于源自第三磁场分量(Bz)的洛伦兹力(FL)的第三感应移动；其中，所述第一、第二和第三感应移动是不同的并且与彼此去耦。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述感应结构(2)具有平行于第一水平轴(x)的第一对称轴(A)和平行于第二水平轴(y)的第二对称轴(A’)，所述第一水平轴(x)和所述第二水平轴(y)限定水平平面(xy)；其中，所述第一感应移动是所述可移动结构(10)绕所述第二对称轴(A’)固定地相对于所述外部框架(4)进行的旋转移动，并且由所述第一弹性元件(8)限定；所述第二感应移动是所述可移动结构(10)绕所述第一对称轴(A)与所述外部框架(4)去耦地进行的旋转移动，并且由所述第二弹性元件(12)和所述弹性安排(22，24)限定；并且第三感应移动是在所述水平平面(xy)内进行的平移移动并且由所述弹性安排(22，24)限定。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一弹性元件(8)和所述第二弹性元件(12)属于扭转型。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述可移动结构(10)由一组嵌套框架构成，并且所述感应结构(2)进一步包括相对于所述可移动结构(10)的最内侧框架内部地安排的电极框架(20)；所述电极框架(20)耦合至所述弹性安排的第一弹性结构(22)，并且通过所述弹性安排的第二弹性结构(24)进一步弹性地耦合至所述可移动结构(10)。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述可移动结构(10)通过第三弹性元件(18)弹性地耦合至第二锚定件(17)，所述第二锚定件相对于所述衬底(6)固定并且相对于所述可移动结构(10)的所述最内侧框架内部地安排；并且其中，所述第一弹性结构(22)耦合至所述第二锚定件(17)。6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述电极框架(20)包括第一半框(20a)和第二半框(20b)；并且其中，所述第一弹性结构(22)包括音叉型弹性耦合元件(28)，所述音叉型弹性耦合元件被配置成用于弹性地耦合所述第一半框(20a)和所述第二半框(20b)以响应于源自所述第三磁场分量(Bz)的所述洛伦兹力(FL)生成相应的反相移动，所述电极框架(20)在所述第三感应移动期间固定地耦合至所述可移动结构(10)。7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·拉吉，G·兰格弗尔德，G·加特瑞，A·托齐奥，D·帕希，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利,IT