專利名稱：振動微機械角速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量角速度的測量裝置，更具體地涉及一種振動微機械角速 度傳感器。本發(fā)明的目的是提供一種特別是在用于角速度傳感器的小型振動微機械方案 中，能夠以良好的性能實現(xiàn)可靠測量的改進的傳感器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在角速度的測量中，基于振動角速度傳感器的測量方法的原理已證實是簡單且 可靠的。在振動角速度傳感器中，在傳感器中激發(fā)并保持某種已知的主運動(primary motion)。于是，想要借助于傳感器測量的運動被檢測為主運動的偏差。在與諧振器的作用于傳感器的運動方向垂直的方向上的外部角速度在測震質(zhì)量 塊(seismic mass)中垂直于測震質(zhì)量塊運動方向的方向上激發(fā)科里奧利力(Coriolis force)。例如，從質(zhì)量塊的振動中以電容方式檢測與角速度成比例的科里奧利力。微機械振動角速度傳感器中的一個最重要的問題是所謂的正交信號，該正交信號 由結(jié)構(gòu)中的尺寸精度不良而導(dǎo)致。在利用微機械方法制造的諧振器中，在與運動方向垂直 的方向上可能存在容許誤差，其在角速度傳感器的檢測中產(chǎn)生一個信號，稱為正交信號，在 最壞的情況下，其幅值比輸出標度的最大值所對應(yīng)的角速度信號大幾百倍。待測量的角速度信號相對于正交信號碰巧相移90度，從而在理想的解調(diào)中正交 信號會消失，所述角速度信號與質(zhì)量塊的速度成比例。然而，由于顯著大于待測量的信號， 故正交信號限制了待測信號的動態(tài)。正交信號的另一個嚴重缺點是，如果得不到補償，則由 于電子信號隨著例如溫度變化而相移，所述正交信號會顯著降低傳感器的零點的穩(wěn)定性。在傳感器中，正交信號可通過使用電場力(electric force)來補償。一種已知的 技術(shù)例如是前饋補償，在該技術(shù)中，將由被檢測的主運動進行調(diào)制的力以與正交信號相反 的相位反饋到檢測諧振器中。電氣補償?shù)奶娲绞嚼绨ㄍㄟ^靜電力或者通過由運動調(diào) 制的靜態(tài)實體而產(chǎn)生的力來校正運動方向，所述力可以補償由于剩余彈力而導(dǎo)致的正交信 號。借助于電場力的補償構(gòu)成了對傳感器的電子器件的挑戰(zhàn)。在該傳感器中，要么需 要精確的相位控制，要么可能需要大的電壓和獨立的結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明的目的是提供一種振動角速度傳感器的結(jié)構(gòu)，其中直接通過機械設(shè) 計來實施對正交信號的補償，而不需要電場力。參照現(xiàn)有技術(shù)，芬蘭專利公報FI-116543B1描述了一種根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的角速度傳 感器，其中測震質(zhì)量塊由彈性結(jié)構(gòu)和/或剛性輔助結(jié)構(gòu)而連接到支撐區(qū)域，彈性結(jié)構(gòu)和/或 剛性輔助結(jié)構(gòu)為質(zhì)量塊提供了與垂直于它們所形成的盤的平面的旋轉(zhuǎn)軸以及至少一個在 盤的平面方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的自由度。而且，參照現(xiàn)有技術(shù)，芬蘭專利公報 -116544B1描述了一種根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的角 速度傳感器，其中與測震質(zhì)量塊的邊緣關(guān)聯(lián)形成有至少一對電極，這對電極與質(zhì)量塊的表 面形成兩個電容，從而，作為質(zhì)量塊的主運動的旋轉(zhuǎn)角的函數(shù)，該對電極的一個電容增加，且該對電極的另一個電容減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供這樣一種改進的振動角速度傳感器，尤其在小型振動角速度 傳感器的方案中，其能夠以良好的性能實現(xiàn)可靠測量，其中對正交信號的補償通過機械設(shè) 計來實施，而不需要電氣補償，或者，可選地，與上述的電氣補償方法相結(jié)合。本發(fā)明的第一方面，提供了一種振動微機械角速度傳感器，其包括至少一個測震 質(zhì)量塊以及與該質(zhì)量塊相關(guān)聯(lián)的活動電極，所述質(zhì)量塊具有要被激發(fā)的主運動，并且不僅 具有主運動，還具有與基本垂直于所述主運動的一個檢測軸或多個檢測軸有關(guān)的至少一個 自由度，并且所述一個或多個質(zhì)量塊借助于彈性結(jié)構(gòu)支撐于傳感器元件的框架處，以使得 彈性結(jié)構(gòu)是非對稱的，從而由彈性結(jié)構(gòu)傳遞的從一種運動模式到另一種運動模式的耦合使 得由于彈性結(jié)構(gòu)或其支撐部中的偏斜造成的不理想性而導(dǎo)致的耦合消除或減少。優(yōu)選地，將彈性結(jié)構(gòu)的一個角蝕刻掉?；蛘?，在彈性結(jié)構(gòu)中蝕刻有一個或多個補償 槽。再或者，在彈性結(jié)構(gòu)中蝕刻有一個或多個補償腔。又或者，在彈性結(jié)構(gòu)的至少一個附著 點中蝕刻有一個或多個補償槽或補償腔。而且，優(yōu)選地，通過恰當?shù)卦O(shè)計補償槽或補償腔的 尺寸，以使所述補償槽或補償腔有效地校正偏斜的彈性結(jié)構(gòu)的端部。或者，彈性結(jié)構(gòu)的一個邊緣是鋸齒狀的。再或者，彈性結(jié)構(gòu)的兩個邊緣都是鋸齒狀的。而且，優(yōu)選地，將鋸齒狀的尺寸恰當?shù)卦O(shè)計為單側(cè)的或非對稱的，以使得鋸齒狀將彈性 結(jié)構(gòu)的彎曲軸扭轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，將彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計為非對稱的，從而由彈性結(jié)構(gòu)傳遞的從一種運動模式到 另一種運動模式的耦合使得由于不理想性而導(dǎo)致的耦合消除或減少，其中不理想性是由于 相對于DRIE蝕刻處理的槽的盤的垂線的傾斜而產(chǎn)生的。本發(fā)明的第二方面，提供了 一種借助于微機械盤結(jié)構(gòu)的振動微機械角速度傳感器 的制造方法，該振動微機械角速度傳感器包括至少一個質(zhì)量塊以及與該質(zhì)量塊相關(guān)聯(lián)的活 動電極，所述質(zhì)量塊具有要被激發(fā)的主運動，并且不僅具有主運動，還具有與基本垂直于所 述主運動的一個檢測軸或多個檢測軸有關(guān)的至少一個自由度，并且所述一個或多個質(zhì)量塊 借助于彈性結(jié)構(gòu)支撐于傳感器元件的框架處，使得角速度傳感器的彈性結(jié)構(gòu)通過蝕刻而制 造成非對稱的。優(yōu)選地，通過設(shè)計蝕刻掩模，以使所述蝕刻掩模補償在盤表面上發(fā)生的由制造 工藝導(dǎo)致的不理想性。優(yōu)選地，在制造中使用DRIE蝕刻技術(shù)(DRIE，De印Reactive Ion Etching,深反應(yīng)離子蝕刻)。優(yōu)選地，在制造中利用DRIE蝕刻處理的不理想性，例如利用 ARDE效應(yīng)(ARDE, AspectRatio Dependent Etch rate，縱橫比決定蝕刻率)。優(yōu)選地，在制 造中使用兩級DRIE蝕刻處理，借助于該處理，被蝕刻的槽或腔的深度可具有恰當?shù)某叽纭?br>

下面，示例性地參照附圖，詳細描述本發(fā)明及其優(yōu)選實施例，在附圖中圖1表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的彈性結(jié)構(gòu)的截面，圖2表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的彈性結(jié)構(gòu)的立體 圖，
圖3表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的可選彈性結(jié)構(gòu)的 截面，圖4表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的可選彈性結(jié)構(gòu)的 立體圖，圖5表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的第二可選彈性結(jié) 構(gòu)的立體圖，圖6表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的第三可選彈性結(jié) 構(gòu)的立體圖，圖7表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的第四可選彈性結(jié) 構(gòu)的立體圖，圖8表示本發(fā)明的振動角速度傳感器的結(jié)構(gòu)的立體圖，圖9表示本發(fā)明的具有兩個軸的振動角速度傳感器的結(jié)構(gòu)的立體圖，圖10表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的第五可選彈性結(jié) 構(gòu)的立體圖，圖11表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的第六可選彈性結(jié) 構(gòu)的立體圖。
具體實施例方式在本發(fā)明的振動角速度傳感器中，要被激發(fā)的主運動是至少一個測震質(zhì)量塊和相 關(guān)聯(lián)的活動電極的振動。測震質(zhì)量塊不僅具有主運動，還具有與基本垂直于主運動的檢測 軸相關(guān)的另一自由度。而且，本發(fā)明的角速度傳感器包括測震質(zhì)量塊和相關(guān)聯(lián)的活動電極，所述質(zhì)量塊 借助于彈性結(jié)構(gòu)支撐于傳感器元件的框架處。處于本發(fā)明的振動角速度傳感器的主運動模式中的活動電極被激發(fā)以進行振動。 于是，由科里奧利力導(dǎo)致的耦合激活檢測運動模式。主運動模式的運動軸與一個或多個檢 測運動模式的運動軸基本互相垂直。由于已知的不理想性，在沒有角速度激發(fā)時，模式之間 會存在耦合。在本發(fā)明的振動角速度傳感器的一種結(jié)構(gòu)中，要被激發(fā)的主運動是至少一個測震 質(zhì)量塊和相關(guān)聯(lián)的活動電極的振動。相應(yīng)地，檢測運動模式的運動于是例如可基本在盤的 平面內(nèi)發(fā)生。或者，檢測運動模式的運動可在基本垂直于盤的平面內(nèi)發(fā)生。本發(fā)明的振動角速度傳感器通常通過盤結(jié)構(gòu)進行制造。通常例如借助于蝕刻技 術(shù)，將多個角速度傳感器的結(jié)構(gòu)制造在中央盤上，然后該中央盤例如被上方和下方的盤密 封。從已完成的盤封裝結(jié)構(gòu)中切出角速度傳感器。在具有振動角速度傳感器的結(jié)構(gòu)的傳感器中，所述傳感器用DRIE蝕刻技術(shù) (DRIE，深反應(yīng)離子蝕刻)制造，在這些傳感器中，一種運動模式處于盤的平面內(nèi)，而另一種 運動模式垂直于盤的平面，正交信號是由DRIE槽相對于盤的法線的傾斜造成的。該現(xiàn)象可 重復(fù)性好，并且其在盤上的分布是已知的。 根據(jù)本發(fā)明，由于在盤上的分布是已知的，故可借助于制造掩模來實施對振動角 速度傳感器的結(jié)構(gòu)的補償，從而，不需要對角速度傳感器的結(jié)構(gòu)進行個別機械調(diào)諧。
導(dǎo)致本發(fā)明的振動角速度傳感器的結(jié)構(gòu)中的正交信號這一現(xiàn)象是已知的，例如正 交信號是由DRIE蝕刻處理槽相對于盤的法線的傾斜而導(dǎo)致的，所以正交信號在盤上的分 布也是已知的且可重復(fù)的。在本發(fā)明的方案中，通過將彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計為非對稱的，從而由彈性結(jié)構(gòu)傳遞的從 一種運動模式到另一種運動模式的耦合使得由于正交信號造成的不理想性而導(dǎo)致的耦合 消除或顯著減少，以使正交信號得到補償。根據(jù)本發(fā)明，作為所述方案的具體情況，振動角速度傳感器的結(jié)構(gòu)中的非對稱彈 性結(jié)構(gòu)可通過使用DRIE蝕刻處理的其它不理想性來制作。作為這種不理想性DRIE蝕刻處 理的例子，可使用ARDE效應(yīng)(ARDE，縱橫比決定蝕刻率)和輪廓的楔狀特性。因此，可在不 需要任何額外的處理步驟的情況下完成本發(fā)明的補償。圖1至11表示本發(fā)明的振動角速度傳感器的結(jié)構(gòu)的彈性結(jié)構(gòu)的例子，正交信號可 借助于這些彈性結(jié)構(gòu)而得到補償。圖1表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的彈性結(jié)構(gòu)的截面。 本發(fā)明的角速度傳感器的彈性結(jié)構(gòu)以附圖標記1表示。將本發(fā)明的彈性結(jié)構(gòu)1的一個角蝕 刻掉。本發(fā)明的彈性結(jié)構(gòu)是非對稱的，從而由彈性結(jié)構(gòu)傳遞的從一種運動模式到另一種運 動模式的耦合使得由于正交信號造成的不理想性而導(dǎo)致的耦合消除或顯著減少。圖2表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的彈性結(jié)構(gòu)的立體 圖。本發(fā)明的角速度傳感器的彈性結(jié)構(gòu)以附圖標記1表示。將本發(fā)明的彈性結(jié)構(gòu)1的一個 角蝕刻掉。在制造如圖1 圖2所示的本發(fā)明的彈性結(jié)構(gòu)時，可設(shè)計蝕刻掩模，以使其補償在 盤上發(fā)生的由制造工藝造成的不理想性。這些不理想性的一種情況例如是由于DRIE蝕刻 處理的槽相對于盤的法線的傾斜而導(dǎo)致的不理想性。于是，本發(fā)明的彈性結(jié)構(gòu)1的切掉的 角的尺寸在整個盤上是變化的。圖3表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的可選彈性結(jié)構(gòu)的 截面。本發(fā)明的角速度傳感器的可選彈性結(jié)構(gòu)以附圖標記2表示。在本發(fā)明的可選的彈性 結(jié)構(gòu)2中蝕刻有一個或多個補償槽。本發(fā)明的可選彈性結(jié)構(gòu)2是非對稱的，從而由彈性結(jié) 構(gòu)傳遞的從一種運動模式到另一種運動模式的耦合使得由于正交信號造成的不理想性而 導(dǎo)致的耦合消除或顯著減少。圖4表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的可選彈性結(jié)構(gòu)的 立體圖。本發(fā)明的角速度傳感器的可選彈性結(jié)構(gòu)以附圖標記2表示。在本發(fā)明的可選彈性 結(jié)構(gòu)2中蝕刻有一個或多個補償槽。在制造如圖3 圖4所示的本發(fā)明的彈性結(jié)構(gòu)2時，可設(shè)計蝕刻掩模，以使所述蝕 刻掩模補償在盤上發(fā)生的由制造工藝導(dǎo)致的不理想性。這些不理想性的一種情況例如是由 于DRIE蝕刻處理的槽相對于盤的法線的傾斜而導(dǎo)致的不理想性。于是，本發(fā)明的可選彈性 結(jié)構(gòu)2的補償槽的尺寸在整個盤上是變化的。本發(fā)明的可選彈性結(jié)構(gòu)2的補償槽可與其它結(jié)構(gòu)在同一個DRIE蝕刻中進行蝕刻。 在制造本發(fā)明的可選彈性結(jié)構(gòu)2時，由于ARDE效應(yīng)，補償槽不會一直蝕刻到貫穿所述盤，而 是，可恰當?shù)卦O(shè)計槽的深度尺寸?；蛘?，例如可通過兩級蝕刻處理以蝕刻出具有恰當深度的槽。
圖5表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的第二可選彈性結(jié)構(gòu)的立體圖。本發(fā)明的角速度傳感器的第二可選彈性結(jié)構(gòu)以附圖標記3表示。在本發(fā)明的 第二可選彈性結(jié)構(gòu)3中蝕刻有一個或多個補償腔。本發(fā)明的第二可選彈性結(jié)構(gòu)3是非對稱 的，從而由彈性結(jié)構(gòu)傳遞的從一種運動模式到另一種運動模式的耦合使得由于正交信號造 成的不理想性而導(dǎo)致的耦合消除或顯著減少。在制造如圖5所示的本發(fā)明的彈性結(jié)構(gòu)3時，可設(shè)計蝕刻掩模，以使其補償在盤上 發(fā)生的由制造工藝導(dǎo)致的不理想性。這些不理想性的一種情況例如是由于DRIE蝕刻處理 的槽相對于盤的法線的傾斜而導(dǎo)致的不理想性。于是，本發(fā)明的第二可選彈性結(jié)構(gòu)3的補 償腔的尺寸在整個盤上是變化的。本發(fā)明的第二可選彈性結(jié)構(gòu)3的補償腔可與其它結(jié)構(gòu)在同一個DRIE蝕刻中進行 蝕刻。在制造本發(fā)明的第二可選彈性結(jié)構(gòu)3時，由于ARDE效應(yīng)，補償腔不會一直蝕刻到貫 穿所述盤，而是，可恰當?shù)卦O(shè)計腔的深度尺寸。或者，例如可通過兩級蝕刻處理以蝕刻出具 有恰當深度的腔。圖6表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的第三可選彈性結(jié) 構(gòu)的立體圖。本發(fā)明的角速度傳感器的第三可選彈性結(jié)構(gòu)以附圖標記4表示。本發(fā)明的第 三可選彈性結(jié)構(gòu)包括附著點5、6。在彈性結(jié)構(gòu)4的至少一個附著點5、6中蝕刻有一個或多 個補償槽或補償腔。本發(fā)明的第三可選彈性結(jié)構(gòu)4是非對稱的，從而由彈性結(jié)構(gòu)傳遞的從 一種運動模式到另一種運動模式的耦合使得由于正交信號造成的不理想性而導(dǎo)致的耦合 消除或顯著減少。圖7表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的第四可選彈性結(jié) 構(gòu)的立體圖。本發(fā)明的角速度傳感器的第四可選彈性結(jié)構(gòu)以附圖標記7表示。本發(fā)明的第 四可選彈性結(jié)構(gòu)7包括附著點8、9。在彈性結(jié)構(gòu)7的至少一個附著點8、9中蝕刻有一個或 多個補償槽或補償腔。本發(fā)明的第四可選彈性結(jié)構(gòu)7是非對稱的，從而由彈性結(jié)構(gòu)傳遞的 從一種運動模式到另一種運動模式的耦合使得由于正交信號造成的不理想性而導(dǎo)致的耦 合消除或顯著減少。在制造如圖6 圖7所示的所介紹的彈性結(jié)構(gòu)4、7時，可設(shè)計蝕刻掩模，以使其補 償在盤上發(fā)生的由制造工藝導(dǎo)致的不理想性。這些不理想性的一種情況例如是由于DRIE 蝕刻處理的槽相對于盤的法線的傾斜而導(dǎo)致的不理想性。于是，所介紹的彈性結(jié)構(gòu)4、7的 補償槽或補償腔的尺寸在整個盤上是變化的。圖6 圖7中所示的彈性結(jié)構(gòu)4、7的補償槽或補償腔可與其它結(jié)構(gòu)在同一個DRIE 蝕刻中進行蝕刻。在制造所介紹的彈性結(jié)構(gòu)4、7時，由于ARDE效應(yīng)，補償槽或補償腔不會 一直蝕刻到貫穿所述盤，而是，可恰當?shù)卦O(shè)計槽或腔的深度尺寸?；蛘撸缈赏ㄟ^兩級蝕 刻處理以蝕刻出具有恰當深度的槽或腔。在所介紹的彈性結(jié)構(gòu)4、7中，具有恰當尺寸的補 償槽或補償腔可以有效地校正偏斜的彈性結(jié)構(gòu)的端部。圖8表示本發(fā)明的振動角速度傳感器的結(jié)構(gòu)的立體圖。本發(fā)明的角速度傳感器的 振動質(zhì)量塊以附圖標記10和11表示。角速度傳感器的振動質(zhì)量塊10、11通過彈性結(jié)構(gòu)支 撐于它們的附著點12、13處。在角速度傳感器的彈性結(jié)構(gòu)的附著點12的質(zhì)量塊側(cè)的相對端 14處，或者，在彈性結(jié)構(gòu)的附著點13側(cè)的端15處，蝕刻有一個或多個補償槽或補償腔14、 15。本發(fā)明的彈性結(jié)構(gòu)是非對稱的，從而由彈性結(jié)構(gòu)傳遞的從一種運動模式到另一種運動模式的耦合使得由于正交信號造成的不理想性而導(dǎo)致的耦合消除或顯著減少。圖9表示本發(fā)明的具有兩個軸的振動角速度傳感器的結(jié)構(gòu)的立體圖。本發(fā)明的具 有兩個軸的角速度傳感器的振動質(zhì)量塊以附圖標記16表示。具有兩個軸的角速度傳感器 的質(zhì)量塊16通過彈性結(jié)構(gòu)支撐于其附著點17處。在具有兩個軸的角速度傳感器的彈性結(jié) 構(gòu)的端18、20處，與附著點17相對，或者，在彈性結(jié)構(gòu)的附著點17側(cè)的端19、21處，蝕刻有 一個或兩個補償槽或補償腔18 21。本發(fā)明的彈性結(jié)構(gòu)是非對稱的，從而由彈性結(jié)構(gòu)傳遞 的從一種運動模式到另一種運動模式的耦合使得由于正交信號造成的不理想性而導(dǎo)致的 耦合消除或顯著減少。圖10表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的第五可選彈性結(jié) 構(gòu)的立體圖。本發(fā)明的角速度傳感器的第五可選彈性結(jié)構(gòu)以附圖標記22表示。本發(fā)明的 第五可選彈性結(jié)構(gòu)22的一個邊緣是鋸齒狀23。本發(fā)明的第五可選彈性結(jié)構(gòu)22是非對稱 的，從而由彈性結(jié)構(gòu)傳遞的從一種運動模式到另一種運動模式的耦合使得由于正交信號造 成的不理想性而導(dǎo)致的耦合消除或顯著減少。在制造圖10所示的本發(fā)明的第五可選彈性結(jié)構(gòu)22時，可設(shè)計蝕刻掩模，以使其補 償在盤上發(fā)生的由制造工藝導(dǎo)致的不理想性。這些不理想性的一種情況例如是由于DRIE 蝕刻處理的槽相對于盤的法線的傾斜而導(dǎo)致的不理想性。于是，本發(fā)明的第五可選彈性結(jié) 構(gòu)22的鋸齒狀23的尺寸在整個盤上是變化的。本發(fā)明的第五可選彈性結(jié)構(gòu)22的鋸齒狀 23可與其它結(jié)構(gòu)在同一個DRIE蝕刻中進行蝕刻。圖11表示本發(fā)明的用于支撐振動角速度傳感器的測震質(zhì)量塊的第六可選彈性結(jié) 構(gòu)的立體圖。本發(fā)明的角速度傳感器的第六可選彈性結(jié)構(gòu)以附圖標記24表示。本發(fā)明的 第六可選彈性結(jié)構(gòu)24的兩個邊緣都是鋸齒狀25、26。本發(fā)明的第六可選彈性結(jié)構(gòu)24是非 對稱的，從而由彈性結(jié)構(gòu)傳遞的從一種運動模式到另一種運動模式的耦合使得由于正交信 號造成的不理想性而導(dǎo)致的耦合消除或顯著減少。在制造圖11中所示的本發(fā)明的第六可選彈性結(jié)構(gòu)24時，可設(shè)計蝕刻掩模，以使其 補償在盤上發(fā)生的由制造工藝導(dǎo)致的不理想性。這些不理想性的一種情況例如是由于DRIE 蝕刻處理的槽相對于盤的法線的傾斜而導(dǎo)致的不理想性。于是，本發(fā)明的第六可選彈性結(jié) 構(gòu)24的鋸齒狀25、26的尺寸在整個盤上是變化的。本發(fā)明的第六可選彈性結(jié)構(gòu)24的鋸齒 狀25、26可與其它結(jié)構(gòu)在同一個DRIE蝕刻中進行蝕刻。如圖10 圖11所示的彈性結(jié)構(gòu)22、24中的DRIE蝕刻輪廓，實際上不僅傾斜，而 且稍微呈楔形，即槽在深度方向上變寬，從而，鋸齒圖案在彈性結(jié)構(gòu)的上部表面和下部表面 之間是不同的。在本發(fā)明的方案中，可將鋸齒狀23、25、26的尺寸恰當?shù)卦O(shè)計為單側(cè)的或非 對稱的，從而，鋸齒狀23、25、26使彈性結(jié)構(gòu)22、24的彎曲軸扭轉(zhuǎn)。本發(fā)明的方案可用于補償所有這種角速度傳感器的正交信號，在所述角速度傳感 器中，主運動是至少一個測震質(zhì)量塊和相關(guān)聯(lián)的活動電極的振動，并且所述角速度傳感器 中，質(zhì)量塊不僅具有主運動，還具有與基本垂直于主運動的一個檢測軸或多個檢測軸相關(guān) 的第二自由度。
權(quán)利要求
一種振動微機械角速度傳感器，其包括至少一個測震質(zhì)量塊和相關(guān)聯(lián)的活動電極，所述質(zhì)量塊具有必須被激發(fā)的主運動，并且不僅具有所述主運動，還具有與基本垂直于所述主運動的一個或多個檢測軸相關(guān)的至少一個自由度，并且所述一個或多個質(zhì)量塊借助于彈性結(jié)構(gòu)支撐于所述傳感器元件的框架處，其特征在于，所述彈性結(jié)構(gòu)(1)、(2)、(3)、(4)、(22)、(24)是非對稱的，從而由所述彈性結(jié)構(gòu)(1)、(2)、(3)、(4)、(22)、(24)傳遞的從一種運動模式到另一種運動模式的耦合使得由于所述彈性結(jié)構(gòu)或所述彈性結(jié)構(gòu)的支撐部中的偏斜造成的不理想性而導(dǎo)致的耦合消除或減少。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于，所述彈性結(jié)構(gòu)(1)的一個角被蝕 刻掉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于，在所述彈性結(jié)構(gòu)(2)中蝕刻有一 個或多個補償槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于，在所述彈性結(jié)構(gòu)(3)中蝕刻有一 個或多個補償腔(14)、(15)、(18) (21)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于，在所述彈性結(jié)構(gòu)(4)的至少一個 附著點(5)、(6)中蝕刻有一個或多個補償槽或補償腔(14)、(15)、(18) (21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的角速度傳感器，其特征在于，通過恰當?shù)卦O(shè)計所述補償槽或 補償腔(14)、(15)、(18) (21)的尺寸，以使所述補償槽或補償腔有效地校正偏斜的彈性 結(jié)構(gòu)⑷的端部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于，所述彈性結(jié)構(gòu)(22)的一個邊緣 是鋸齒狀的(23)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于，所述彈性結(jié)構(gòu)(24)的兩個邊緣 都是鋸齒狀的(25)、(26)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的角速度傳感器，其特征在于，通過將所述鋸齒狀(23)、 (25)、(26)的尺寸恰當?shù)卦O(shè)計為單側(cè)的或非對稱的，使得所述鋸齒狀(23)、(25)、(26)將所 述彈性結(jié)構(gòu)(22)、(24)的彎曲軸扭轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求1至9的任何一項所述的角速度傳感器，其特征在于，通過非對 稱地設(shè)計所述彈性結(jié)構(gòu)(1)、(2)、(3)、(4)、(22)、(24)，使得由所述彈性結(jié)構(gòu)(1)、(2)、(3)、 (4)、(22)、(24)傳遞的從一種運動模式到另一種運動模式的所述耦合使得由于DRIE蝕刻 處理的槽相對于盤的法線的傾斜造成的所述不理想性而導(dǎo)致的所述耦合消除或減少。
11.一種借助于微機械盤結(jié)構(gòu)的振動微機械角速度傳感器的制造方法，所述角速度傳 感器包括至少一個測震質(zhì)量塊和相關(guān)聯(lián)的活動電極，所述質(zhì)量塊具有必須被激發(fā)的主運 動，并且不僅具有所述主運動，還具有與基本垂直于所述主運動的一個或多個檢測軸有關(guān) 的至少一個自由度，并且所述一個或多個質(zhì)量塊借助于彈性結(jié)構(gòu)支撐于所述傳感器元件的 框架處，其特征在于，通過蝕刻將所述角速度傳感器的所述彈性結(jié)構(gòu)(1)、(2)、(3)、(4)、 (22)、(24)制造成非對稱的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，通過設(shè)計蝕刻掩模，以使所述蝕刻掩模 補償在所述盤上發(fā)生的由所述制造工藝而導(dǎo)致的不理想性。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，在所述制造中使用DRIE蝕刻技術(shù) (DRIE，深反應(yīng)離子蝕刻)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求11至13中的任何一項所述的方法，其特征在于，在制造中利用 了諸如ARDE效應(yīng)(ARDE，縱橫比決定蝕刻率)的所述DRIE蝕刻處理的不理想性。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求11至14中的任何一項所述的方法，其特征在于，在制造中，通過 利用兩級DRIE蝕刻處理，要蝕刻的槽或腔的深度可以具有恰當?shù)某叽纭?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及用于測量角速度的測量裝置，更具體地，涉及振動微機械角速度傳感器。在本發(fā)明的角速度傳感器中，質(zhì)量塊借助于非對稱的彈性結(jié)構(gòu)(1)、(2)、(3)、(4)、(22)、(24)支撐于傳感器元件的框架處，以此方式，由彈性結(jié)構(gòu)(1)、(2)、(3)、(4)、(22)、(24)傳遞的從一種運動模式到另一種運動模式的耦合使得由于彈性結(jié)構(gòu)中或其支撐部中的偏斜造成的不理想性而導(dǎo)致的耦合消除或減少。特別是在用于角速度傳感器的小型振動微機械方案中，本發(fā)明的角速度傳感器結(jié)構(gòu)能夠以良好的性能實現(xiàn)可靠測量。
文檔編號G01C19/5712GK101815949SQ200880109941
公開日2010年8月25日 申請日期2008年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月5日
發(fā)明者凱薩·內(nèi)拉, 安斯·布盧姆奎斯特, 安蒂·利普薩內(nèi)恩, 彼得里·克萊默提, 阿爾蒂·托爾克里 申請人:Vti技術(shù)有限公司