專利名稱：具有旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)和改善的電性質(zhì)的微電子機(jī)械陀螺儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微電子機(jī)械(microelectromechanical)結(jié)構(gòu)，尤其是一種雙軸 或三軸陀螺儀，其具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)(rotary driving movement)和改善的電特性，特別是 在角速度檢測(cè)的靈敏度方面。
背景技術(shù)：
眾所周知，微機(jī)械加工技術(shù)能夠制造半導(dǎo)體材料層中的微電子機(jī)械結(jié)構(gòu)或系統(tǒng) (MEMS)，該半導(dǎo)體材料沉積(例如，多晶硅層)或生長(zhǎng)(例如，外延層)在犧牲層上，該犧牲 層通過(guò)化學(xué)蝕刻移除。由這種技術(shù)獲得的慣性傳感器、加速計(jì)和陀螺儀在例如汽車領(lǐng)域、在慣性導(dǎo)航領(lǐng) 域、或者在便攜設(shè)備領(lǐng)域越來(lái)越成功。尤其是，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是用MEMS技術(shù)獲得的由半導(dǎo)體材料制成的集成 陀螺儀。這些陀螺儀基于相對(duì)加速度定理操作，利用了科里奧利(Coriolis)加速度。當(dāng) 對(duì)以線性速度運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)物質(zhì)施加角速度時(shí)，該移動(dòng)物質(zhì)“感受”到表觀力(apparent force)，這就是“科里奧利力”，其導(dǎo)致了在與該線性速度的方向和施加該角速度所圍繞的 軸相垂直的方向上發(fā)生移動(dòng)物質(zhì)的位移。通過(guò)彈簧支撐該移動(dòng)物質(zhì)，彈簧使得能夠在表觀 力的方向上發(fā)生移動(dòng)物質(zhì)的位移?；贖ooke法則，該位移與該表觀力成比例，從該移動(dòng)物 質(zhì)的位移能夠檢測(cè)科里奧利力以及產(chǎn)生該力的角速度的值。例如，通過(guò)在諧振條件下確定 由移動(dòng)電極的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的電容的變化，來(lái)以電容方法來(lái)檢測(cè)該移動(dòng)物質(zhì)的位移，所述移 動(dòng)電極相對(duì)于移動(dòng)物質(zhì)固定，并與固定電極成叉指狀(combfingered)。由本申請(qǐng)的申請(qǐng)人提交的已公開(kāi)的歐洲專利申請(qǐng)EP A-1832841以及美國(guó)專利申 請(qǐng)US2009/0064780和US2009/0100930，公開(kāi)了一種具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的集成微電子機(jī)械 傳感器，其對(duì)圍繞相應(yīng)檢測(cè)軸的俯仰(Pitch)、翻滾(roll)和偏轉(zhuǎn)(yaw)的角速度敏感。這種微電子機(jī)械傳感器具有單個(gè)驅(qū)動(dòng)塊，其在單個(gè)中心點(diǎn)錨定(anchor)到襯底， 并被激勵(lì)圍繞通過(guò)該中心點(diǎn)并垂直于該驅(qū)動(dòng)塊的平面的軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)塊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 使其能夠在該塊的平面獲得彼此垂直的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)速度分量。在該驅(qū)動(dòng)塊中設(shè)置通孔，并在 該通孔中設(shè)置相應(yīng)的傳感塊；該傳感塊封裝在該驅(qū)動(dòng)塊的全部范圍內(nèi)，相對(duì)于襯底懸起來(lái)， 并且通過(guò)柔性元件與所述驅(qū)動(dòng)塊連接。每個(gè)傳感塊都相對(duì)于驅(qū)動(dòng)塊在其轉(zhuǎn)動(dòng)期間固定，并 且還具有根據(jù)外應(yīng)力(external stress)，特別是作用于該傳感器的科里奧利力，而運(yùn)動(dòng)的 自由度。該柔性元件，由于其特別的配置，能夠分別響應(yīng)于沿垂直于傳感器平面的方向作用 的科里奧利加速度以及沿屬于該平面方向作用的科里奧利加速度，使該傳感塊執(zhí)行圍繞屬 于該傳感器平面的軸的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，或是可選的沿著屬于該傳感器平面的軸執(zhí)行進(jìn)行檢 測(cè)的線性運(yùn)動(dòng)。在任何情況下，該檢測(cè)運(yùn)動(dòng)都與該驅(qū)動(dòng)塊的激勵(lì)(actuation)運(yùn)動(dòng)基本去 耦(decouple)。這種微電子機(jī)械結(jié)構(gòu)，除緊湊(只要看到在單個(gè)驅(qū)動(dòng)塊的全部范圍內(nèi)封裝 了多個(gè)傳感塊)之外，還能夠獲得小的結(jié)構(gòu)變化，單軸、雙軸、或三軸陀螺儀(和/或根據(jù)實(shí) 施的電連接可以是加速計(jì))，同時(shí)確保驅(qū)動(dòng)動(dòng)力學(xué)與檢測(cè)動(dòng)力學(xué)極好的去耦。
圖1示出根據(jù)前述專利申請(qǐng)的教導(dǎo)，由1表示的三軸微電子機(jī)械陀螺儀的示例性 實(shí)施例。在芯片(die)2中制造陀螺儀1，其包括由半導(dǎo)體材料(例如，硅)制成的襯底2a， 以及在內(nèi)部限定開(kāi)口區(qū)域2c的框架2b;該開(kāi)口區(qū)域2c位于該襯底2a上面，并且設(shè)計(jì)成容 納陀螺儀1的檢測(cè)結(jié)構(gòu)(在下文詳細(xì)描述)。該開(kāi)口區(qū)域2c具有由第一水平軸χ和第二水 平軸y限定的水平面(下文中的傳感器平面xy)內(nèi)的大體正方形或長(zhǎng)方形配置，并相對(duì)于 芯片2固定?？蚣?b的側(cè)邊，基本上平行于水平軸x、y。接觸墊2d(稱為“芯片墊”)沿著 框架2b的側(cè)邊，例如，沿著第一水平軸χ，對(duì)齊排列。以一種未圖示的方法，該芯片墊2d能 夠從陀螺儀1的檢測(cè)結(jié)構(gòu)的外側(cè)實(shí)現(xiàn)電接觸。該芯片墊2d具有對(duì)稱軸，在這種情況下，與 第二水平軸y —致(與他們的對(duì)齊方向垂直)，并且在第二水平軸y的相對(duì)側(cè)數(shù)量相等并鏡 像設(shè)置。特別是，該第一和第二水平軸χ、y與陀螺儀1的第一檢測(cè)軸和第二檢測(cè)軸相對(duì)應(yīng) (更準(zhǔn)確的，與俯仰(Pitch)軸和翻滾(roll)軸相對(duì)應(yīng))，圍繞著這些軸檢測(cè)對(duì)應(yīng)的俯仰和 翻滾角速度和。具體的，陀螺儀1具有驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，容納在開(kāi)口區(qū)域2c中并包括驅(qū)動(dòng)塊 3和驅(qū)動(dòng)組件4。該驅(qū)動(dòng)塊3具有徑向?qū)ΨQ的大體圓形幾何形狀，具有基本上的平面配置，該平面 配置主要在傳感器平面xy內(nèi)延伸，在平行于垂直軸ζ的方向上相對(duì)于主要延伸尺寸可忽 略，垂直軸ζ與第一和第二水平軸χ、y形成一組三個(gè)垂直軸，其相對(duì)于芯片2固定。例如， 驅(qū)動(dòng)塊3在傳感器平面xy內(nèi)具有基本環(huán)形的形狀，并且在中心限定空間(empty space) 6, 該中心0與整個(gè)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱中心和重心相一致。驅(qū)動(dòng)塊3通過(guò)設(shè)置在與中心0相對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)的第一錨具(anchorage) 7a錨定到 襯底2a，并通過(guò)第一彈性錨定元件8a與第一錨具7a連接。在該實(shí)例中，該第一彈性錨定元 件(anchorage element) 8a從中心0出發(fā)(depart)，形成平行于該第一和第二水平軸x，y 的十字。該驅(qū)動(dòng)塊3通過(guò)設(shè)置在相同驅(qū)動(dòng)塊3外側(cè)的另外的錨具7b錨定到襯底2a，并通過(guò) 另外的彈性錨定元件8b與錨具7b連接。例如，該另外的彈性錨定元件8b為折疊型，具有 四個(gè)，并沿著該第一和第二水平軸X，y成對(duì)對(duì)齊設(shè)置；因此，在驅(qū)動(dòng)塊3的相對(duì)于空間6的 相對(duì)側(cè)，中心在中心0的十字的端部，成對(duì)設(shè)置另外的錨具7b。該第一和另外的彈性錨定元 件8a、8b能夠使驅(qū)動(dòng)塊3圍繞通過(guò)中心0的激勵(lì)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該激勵(lì)軸平行于垂直軸 ζ并垂直于傳感器平面xy。該驅(qū)動(dòng)塊3具有第一對(duì)第一通孔9a、9b，沿第一水平軸x(俯仰軸)在直徑方向 (diametric direction)對(duì)齊(align)，并相對(duì)于空間6設(shè)置在相對(duì)側(cè)；以及第二對(duì)第一通 孔9c、9d，沿第二水平軸y (翻滾軸)在直徑方向?qū)R，并相對(duì)于空間6設(shè)置在相對(duì)側(cè)。尤其 是，第一通孔9a-9d的每一個(gè)在傳感器平面xy內(nèi)都具有環(huán)形徑向扇形(radial sector)形 狀，具有弧形內(nèi)側(cè)和外側(cè)以及徑向延伸的橫側(cè)邊(lateral side)。另外，第一對(duì)通孔9a_9b 相對(duì)于第二水平軸1對(duì)稱，第二對(duì)通孔9c-9d相對(duì)于第一水平軸χ對(duì)稱。而且，驅(qū)動(dòng)塊3具 有一對(duì)第二通孔26a、26b，在平面圖中基本為矩形形狀，在徑向方向?qū)R(在圖1的實(shí)例中， 在相對(duì)于第一水平軸χ或第二水平軸1傾斜45°的方向)，并且主要在相同徑向方向上延 伸。驅(qū)動(dòng)組件4具有多個(gè)從動(dòng)臂10，從驅(qū)動(dòng)塊3在徑向方向向外延伸并且以相等的角距離分離設(shè)置，并且驅(qū)動(dòng)組件4具有多個(gè)第一和第二驅(qū)動(dòng)臂12a、12b，它們?cè)谙鄳?yīng)從動(dòng)臂10 的相對(duì)側(cè)并平行于相應(yīng)從動(dòng)臂10延伸。每個(gè)從動(dòng)臂10帶有多個(gè)第一電極13，它們垂直于 相同的從動(dòng)臂延伸并位于該從動(dòng)臂的任一側(cè)。另外，每個(gè)第一和第二驅(qū)動(dòng)臂12a、12b帶有 相應(yīng)的第二電極14a、14b，它們朝相應(yīng)從動(dòng)臂10延伸并且與相應(yīng)的第一電極13成叉指狀。 該第一驅(qū)動(dòng)臂12a都設(shè)置在相應(yīng)從動(dòng)臂10的一側(cè)并在同側(cè)，并且都被偏置到一個(gè)相同的第 一電壓。同樣的，該第二驅(qū)動(dòng)臂12b都設(shè)置在相應(yīng)從動(dòng)臂10的相對(duì)側(cè)，并且都被偏置到一個(gè) 相同的第二電壓。驅(qū)動(dòng)電路(未示出)連接到該第二電極14a、14b，以施加第一和第二電壓 并通過(guò)電極相互和交替的吸引確定驅(qū)動(dòng)塊3以給定振動(dòng)頻率圍繞激勵(lì)軸的振動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該陀螺儀1進(jìn)一步包括第一對(duì)加速度傳感器，該傳感器具有平行于垂直軸ζ的軸， 以及尤其具有第一對(duì)第一傳感塊16a、16b，它們?cè)O(shè)置在相應(yīng)第一通孔9a、9b內(nèi)，以便于在傳 感器平面xy內(nèi)完全封裝并包含在驅(qū)動(dòng)塊3的全部范圍內(nèi)。該第一傳感塊16a、16b的每一 個(gè)具有與相應(yīng)通孔相對(duì)應(yīng)的形狀，并且最終在平面圖中，具有大體徑向環(huán)形扇形形狀。具體 的，該第一傳感塊16a、16b的每一個(gè)具有更寬的第一部分17，以及更窄的第二部分18 (沿第 一水平軸X)，這些部分通過(guò)連接部分19連接，連接部分19比第一和第二部分17、18更短 (在平行于第二水平軸y的方向)，并最終重心G位于相應(yīng)的第一部分17內(nèi)。更具體的，該 第一部分17具有弧形且凸出的外側(cè)，以及徑向延伸的橫側(cè)邊，該第二部分18具有弧形且凹 進(jìn)的外側(cè)以及徑向延伸的橫側(cè)邊，并沿著第一部分17的橫側(cè)邊對(duì)齊。第一傳感塊16a、16b 的每一個(gè)由一對(duì)第一彈性支撐元件20支撐，第一彈性支撐元件20平行于第二水平軸y從 連接部分19向驅(qū)動(dòng)塊3延伸并與之連接。該第一彈性支撐元件20在凹槽21中延伸，凹槽 21設(shè)置在相應(yīng)的第一傳感塊16a、16b的相對(duì)側(cè)，距離重心G —定距離。該第一彈性支撐元 件20形成扭轉(zhuǎn)彈簧，其對(duì)于驅(qū)動(dòng)塊3的轉(zhuǎn)動(dòng)為剛性(以便于該第一傳感塊16a、16b跟隨驅(qū) 動(dòng)塊3的激勵(lì)動(dòng)作)，并且另外，使得第一傳感塊能夠圍繞平行于第二水平軸y并屬于傳感 器平面xy的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并由此，它們的運(yùn)動(dòng)離開(kāi)傳感器平面xy (替代的，對(duì)該驅(qū)動(dòng)塊3不 允許的運(yùn)動(dòng))。該陀螺儀1進(jìn)一步包括第二對(duì)加速度傳感器，該傳感器具有平行于垂直軸ζ的軸， 并且尤其具有第二對(duì)第一傳感塊16c、16d，它們?nèi)菁{在通孔9c、9d內(nèi)，并且被驅(qū)動(dòng)塊3完全 封裝并包含。該第一傳感塊16c、16d由第一傳感塊16a、16b相對(duì)于中心0旋轉(zhuǎn)90°得至丨」， 并且最終，相應(yīng)的彈性支撐元件20平行于第一水平軸χ延伸，并能夠離開(kāi)傳感器平面xy，圍 繞平行于第一水平軸χ的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。一對(duì)第一和第二傳感電極22、23設(shè)置在每個(gè)第一和第二傳感塊16a_16d的第一和 第二部分17、18的下面。該第一和第二傳感電極22、23由形成在襯底2a上的多晶硅區(qū)域 構(gòu)成，并具有大體為梯形的形狀，且其尺寸基本與第二部分18的相對(duì)應(yīng)。該第一和第二傳 感電極22、23通過(guò)空隙(air gap)分別與第一和第二部分17、18分離，并由此與第一和第 二部分17、18—起，形成了相應(yīng)的傳感電容器。該第一和第二傳感電極22、23通過(guò)連接墊 2d連接到陀螺儀1的讀取電路(read circuit)(未示出)。該陀螺儀1進(jìn)一步包括容納在第二通孔26a、26b內(nèi)的一對(duì)第二傳感塊25a、25b。 該第二傳感塊25a、25b大體為矩形形狀，其側(cè)邊平行于第二通孔26a、26b的相應(yīng)側(cè)邊，并相 對(duì)于襯底2a懸起來(lái)，通過(guò)第二彈性支撐元件28連接到驅(qū)動(dòng)塊3。例如，該第二彈性支撐元 件28在徑向方向從設(shè)置在大約第二傳感塊的次邊中心的點(diǎn)出發(fā)。尤其是，該第二彈性支撐元件28關(guān)于驅(qū)動(dòng)塊3的激勵(lì)動(dòng)作為剛性的(以這種方式，第二傳感塊25a、25b跟隨驅(qū)動(dòng)塊 3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))，并且能夠使相應(yīng)的第二傳感塊在前述的徑向方向進(jìn)行線性運(yùn)動(dòng)。另外，該 第二傳感塊25a、25b具有延長(zhǎng)部(prolongation) 29，例如，從設(shè)置在大約相應(yīng)主邊中心的 點(diǎn)開(kāi)始，在垂直于徑向方向的方向延伸。這些延長(zhǎng)部29形成具有平面的傳感電容器，并且 傳感電容具有與錨定到襯底上的固定電極平行的面，該固定電極被設(shè)置成面對(duì)并平行于該 延長(zhǎng)部29。例如，從每個(gè)第二傳感塊25a、25b的每個(gè)主邊出發(fā)的相應(yīng)延長(zhǎng)部29，面對(duì)并設(shè) 置在兩個(gè)固定電極之間。以與上述相似的方法，設(shè)置在相對(duì)于中心0徑向更向外的位置的 固定電極定義為“第一傳感電極22”，設(shè)置在徑向更向內(nèi)的位置的固定電極定義為“第二傳 感電極23”。在使用中，該陀螺儀1能夠作為三軸陀螺儀來(lái)操作，并且能夠檢測(cè)圍繞第一水平 軸X的俯仰角速度、圍繞第二水平軸y的翻滾角速度以及圍繞垂直軸Z的偏轉(zhuǎn)角速度 Ωζ ο參見(jiàn)圖2，該驅(qū)動(dòng)塊3和第一傳感塊16a_16d圍繞激勵(lì)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以用驅(qū)動(dòng)速 度矢量(^0)表示，其與描述其路徑的圓周相切。尤其是，圍繞第一水平軸X或第二水平軸y 的角速度為j^、Av的轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生了作用在整個(gè)結(jié)構(gòu)上的科里奧利力(由戶e表示)，其與角 速度 ,、^和驅(qū)動(dòng)速度之間的矢量積。成比例，并且由此方向沿垂直軸ζ。由此，在作為 單個(gè)剛性體的整個(gè)結(jié)構(gòu)上，能夠識(shí)別(identify)科里奧利力的分布，科里奧利力的值隨與 中心0的距離的增加而增加。在相應(yīng)的重心G處作用在第一傳感塊16a-16d上的科里奧利 力&的合力導(dǎo)致了第一傳感塊的旋轉(zhuǎn)，第一傳感塊圍繞平行于第一水平軸χ或第二水平軸 y并且通過(guò)第一彈性支撐元件20的軸運(yùn)動(dòng)，離開(kāi)傳感器平面xy。這個(gè)運(yùn)動(dòng)是第一彈性支撐 元件20的扭轉(zhuǎn)所允許的。代替的，第一和另外的彈性錨定元件8a、8b的配置，非常近似地， 抑制驅(qū)動(dòng)塊3離開(kāi)傳感器平面xy的運(yùn)動(dòng)，以這種方法，使得傳感塊的檢測(cè)動(dòng)作能夠相對(duì)于 激勵(lì)動(dòng)作有效地去耦。第一傳感塊16a-16d離開(kāi)傳感器平面xy的位移導(dǎo)致了傳感電容器 的微分電容變化，其值與角速度 Λ、辦成比例，其能夠以實(shí)際上已知的方式，通過(guò)根據(jù)微 分方案操作的合適的讀取電路來(lái)確定。尤其是，由于讀取方案是微分的，成對(duì)的第一傳感塊16a_16d的配置能夠自動(dòng)排 除沿著垂直軸ζ的線性偽加速度(spurious acceleration)。另外，圍繞第一水平軸χ的旋 轉(zhuǎn)沒(méi)有被第二對(duì)第一傳感塊16c、16d感覺(jué)到，使得科里奧利力戶。合力為零(因?yàn)榻撬俣?和相應(yīng)驅(qū)動(dòng)速度&之間的矢量積為零)。同樣，因?yàn)橄嗨频脑颍瑖@第二水平軸y的旋轉(zhuǎn) 沒(méi)有被第一對(duì)第一傳感塊16a、16b感覺(jué)到，使得兩個(gè)檢測(cè)軸不被影響并且基本去耦。參見(jiàn)圖3，要被檢測(cè)的角速度，圍繞垂直軸ζ作用，在設(shè)置在徑向方向上的第二 傳感塊25a、25b上產(chǎn)生了科里奧利力& (因此定向?yàn)樽饔迷谙嗤瑝K上的離心力)，導(dǎo)致了第 二傳感塊的位移以及相應(yīng)傳感電容器的電容變化。該電容變化的值與角速度Gz成比例，從 而能夠以實(shí)際上已知的方式，通過(guò)根據(jù)微分方案操作的合適的讀取電路來(lái)確定。有利的是，第一傳感塊16a_16d的特別構(gòu)造使得陀螺儀1的靈敏度增加(相比于 相同的第一傳感塊采用其他幾何形狀)。尤其是，相應(yīng)的重心G位于離第一彈性支撐元件 20(以及相應(yīng)的離開(kāi)傳感器平面xy旋轉(zhuǎn)的軸)一定距離處，該距離比任何矩形塊相同的重心的都長(zhǎng)，該矩形塊內(nèi)接(inscribe)在驅(qū)動(dòng)塊3的一個(gè)相同的扇形內(nèi)并由沿著相同旋轉(zhuǎn)軸 延伸的彈性支撐元件支撐。結(jié)果，能夠獲得更高的扭矩，并由此獲得離開(kāi)傳感器平面xy的 更大的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且以這種方法，獲得更高靈敏度的傳感器。另外，存在另外的彈性錨定元件8b，位于驅(qū)動(dòng)塊3的外側(cè)，使得與離開(kāi)傳感器平面 xy的運(yùn)動(dòng)有關(guān)的驅(qū)動(dòng)塊3的剛度增加，并且由此使得驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)與檢測(cè)運(yùn)動(dòng)之間去耦的增 加。即使上述陀螺儀代表了其它已知類型的陀螺儀的一種相當(dāng)可觀的改進(jìn)，本申請(qǐng)人 發(fā)現(xiàn)，在制造工藝簡(jiǎn)化、尺寸減小、關(guān)于電特性的效率、以及抗干擾性方面，這并不都是最優(yōu) 的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是進(jìn)一步改進(jìn)微電子機(jī)械陀螺儀的結(jié)構(gòu)，尤其關(guān)于對(duì)外應(yīng)力的靈敏 度和對(duì)干擾的魯棒性。最終，一種微電子機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于包括芯片，包括襯底和框架，框架在其內(nèi)限定檢測(cè)區(qū)域并具有沿第一水平軸延伸的第 一側(cè)邊；驅(qū)動(dòng)塊，通過(guò)彈性錨定元件錨定到所述襯底，設(shè)置在所述檢測(cè)區(qū)域中，并被設(shè)計(jì)成 在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行圍繞垂直軸的激勵(lì)運(yùn)動(dòng)；第一對(duì)和第二對(duì)第一傳感塊，通過(guò)相應(yīng)彈性支撐元件懸在所述驅(qū)動(dòng)塊內(nèi)并與所述 驅(qū)動(dòng)塊耦合，以在所述激勵(lì)運(yùn)動(dòng)中相對(duì)于所述驅(qū)動(dòng)塊固定并響應(yīng)于第一角速度執(zhí)行離開(kāi)所 述平面的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)；所述第一對(duì)第一傳感塊和所述第二對(duì)第一傳感塊在相應(yīng)方向上對(duì)齊，相對(duì)于所述 第一水平軸具有相反符號(hào)的非零傾斜。


為了更好的理解本發(fā)明，現(xiàn)在通過(guò)非限定性的例子，并結(jié)合所附附圖來(lái)說(shuō)明優(yōu)選 實(shí)施例，其中圖1示出一種公知的微電子機(jī)械陀螺儀的頂視圖；圖2和3分別示出在存在科里奧利力的情況下，圖1的陀螺儀的部分的截面圖和 頂視圖；圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的微電子機(jī)械陀螺儀的頂視圖；圖5顯示了該微電子機(jī)械陀螺儀的第二實(shí)施例的頂視圖；圖6顯示了進(jìn)一步變形的實(shí)施例的微電子機(jī)械陀螺儀的一部分，與公知的傳感器 的相應(yīng)部分之間的對(duì)比；以及圖7顯示了設(shè)置有本發(fā)明的微電子機(jī)械陀螺儀的電子裝置的簡(jiǎn)化框圖。
具體實(shí)施例方式下文將詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的一個(gè)方面構(gòu)思是提供一種微電子機(jī)械陀螺儀，其傳感 塊設(shè)置使得能夠增加傳感器的靈敏度，同時(shí)總體上能夠改進(jìn)其電學(xué)性能。如圖4所示，這里相同的附圖標(biāo)記用來(lái)指示與其他的已經(jīng)在圖1中描述的元件相似的元件，標(biāo)記30所指示的微電子機(jī)械陀螺儀與圖1的陀螺儀1的不同，主要是由于由 16a’ -16d’指示的第一傳感塊的不同設(shè)置以及由于由25a’，25b’指示的第二傳感塊的不同設(shè)置。更具體的，第一對(duì)第一傳感塊16a’、16b’在第一直徑方向X1上對(duì)齊，該第一直徑 方向相對(duì)于芯片2的第一水平軸χ傾斜了傾角α (以逆時(shí)針?lè)较?，其值優(yōu)選是45°。同 樣的，第二對(duì)第一傳感塊16c’、16d’在第二直徑方向X2上對(duì)齊，該第二直徑方向X2與第一 直徑方向X1基本垂直，并且相對(duì)于第一水平軸Χ傾斜了相同的傾角α (在這種情況中是以 相反方向，即順時(shí)針)。因此，第一傳感塊16a’ -16d’在相應(yīng)的直徑方向上對(duì)齊，該直徑方 向相對(duì)于施加俯仰角速度Ojc和翻滾角速度所圍繞的俯仰軸和翻滾軸傾斜，此外，它們相 對(duì)于芯片2的邊傾斜(并且相對(duì)于水平軸X，y傾斜)。另外，相對(duì)于芯片墊2d的對(duì)稱軸(與第二水平軸y —致)，第一對(duì)第一傳感塊 16a，、16b，與相應(yīng)的第二對(duì)傳感塊16d，、16c，對(duì)稱。第二傳感塊25a’ -25b‘設(shè)置在由第一傳感塊16a’ _16d’留下的可用自由空間中， 而且，例如沿著第二水平軸y對(duì)齊(如圖4所示)。因此注意到，與圖1的相同塊的設(shè)置相 比，圖4的第一和第二傳感塊的設(shè)置由圍繞中心0逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)傾角α得到。本發(fā)明的申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了前述的第一和第二傳感塊16a，-16d，、25a，-25b‘的 設(shè)置，能夠獲得一系列的優(yōu)點(diǎn)，尤其是相應(yīng)的第一和第二傳感電極22、23朝向芯片墊2d的 連接簡(jiǎn)化了。尤其是，在一種實(shí)際上公知的方法中(在此不做詳細(xì)說(shuō)明)，在電子讀取接口 (electronic read interface)中的第一處理通道和到連接墊2d的相應(yīng)電連接，與第一對(duì) 第一傳感塊16a’ -16b’相關(guān)聯(lián)，而與此同時(shí)，在相同的電子讀取接口，不同的第二處理通道 和到相應(yīng)連接墊2d的相應(yīng)電連接，與第二對(duì)第一傳感塊16c’-16d’相關(guān)聯(lián)。本發(fā)明的申請(qǐng) 人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在圖1所示的公知的設(shè)置里，相對(duì)于芯片2的連接墊2d，第一傳感塊16a-16d 的位置明顯缺乏均勻性(與相同的連接墊2d的相應(yīng)電連接也是這樣)。實(shí)際上，相對(duì)于連 接墊2d的對(duì)稱軸，這兩對(duì)第一傳感塊16a-16d是以一種不對(duì)稱的方式相互定位的，因此，需 要兩個(gè)處理通道電連接的不同設(shè)計(jì)。因此，與兩個(gè)檢測(cè)軸(俯仰和翻滾)有關(guān)的讀取性能 可能會(huì)不同，并且可能必須由電子讀取接口(因而它會(huì)更復(fù)雜)補(bǔ)償。代替的，圖4描述的相對(duì)于連接墊2d的第一傳感塊16a’ _16d’的設(shè)置，使得可能 實(shí)現(xiàn)兩個(gè)處理通道到連接墊2d的電連接基本對(duì)稱(實(shí)際上，相對(duì)于連接墊2d的對(duì)稱軸，這 兩對(duì)第一傳感塊以完全對(duì)稱的方式設(shè)置)。電連接的對(duì)稱性，以一種實(shí)際上公知的方式，在 電特性的均勻性方面(例如，在活性電容(activecapacitance)和寄生電容或者漏泄電流 方面)和生產(chǎn)過(guò)程引起的參數(shù)擴(kuò)散的魯棒性(robustness)方面，能夠獲得相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)。有利地，所述設(shè)置能夠增加與第二傳感塊25a’ -25b‘相關(guān)的電連接的對(duì)稱性，因 此，會(huì)引起相應(yīng)的讀取電路的電特性的均勻性的增加。特別是，第二傳感塊25a’-25b’的設(shè) 置保證了相對(duì)于連接墊2d的對(duì)稱軸的總體結(jié)構(gòu)的基本對(duì)稱，因此，進(jìn)一步簡(jiǎn)化電連接的設(shè) 計(jì)。圖5示出了陀螺儀30的變形實(shí)施例，它與圖4所示的陀螺儀的不同在于，第二傳 感塊25a’ -25b’沿著第一水平軸χ而不是沿著第二水平軸y對(duì)齊。在這種情況下，以前的 同樣的考慮仍然適用。尤其是，這種配置能夠直觀地進(jìn)一步增加檢測(cè)結(jié)構(gòu)相對(duì)于芯片墊2d的對(duì)稱軸的對(duì)稱性。本發(fā)明的申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，前述的第一和第二傳感塊16a，-16d，、25a，-25b‘的設(shè) 置，也會(huì)允許最優(yōu)地開(kāi)發(fā)陀螺儀中可用于角速度檢測(cè)的空間?？捎糜谔峁z測(cè)結(jié)構(gòu)的區(qū)域，與由芯片2的框架2b限定的開(kāi)口區(qū)域2c —致，實(shí)際 上通常具有正方形的形狀(如圖4和圖6所示)或者矩形的形狀。第一傳感塊16a’-16d’ 的設(shè)置在相對(duì)于框架2b的邊和相對(duì)于水平軸x、y傾斜的方向，能夠使第一傳感塊的敏感度 最大化并增加其大小，為檢測(cè)利用離激勵(lì)旋轉(zhuǎn)軸更大的距離處的區(qū)域。更具體地，如圖6所示，其以一種簡(jiǎn)化的方式表示第一傳感塊(例如，第一傳感塊 16a’ )和陀螺儀30的可用區(qū)域(開(kāi)口區(qū)域2c)，在這種情況下，第一傳感塊16a’ _16d’的 構(gòu)造能夠改變以使徑向可用空間的利用得到改善，直到趨近框架2b的內(nèi)部邊緣。以一種未 示出的方式，在這種情況下在容納傳感塊的全部范圍內(nèi)，驅(qū)動(dòng)塊3的構(gòu)造也改變了。尤其是，實(shí)線表示第一傳感塊16a’的變形實(shí)施例，在這種情況下它具有朝框架2b 的內(nèi)邊緣延伸的大體的長(zhǎng)菱形(rhomboidal)形狀，并且它的重心G位于離第一彈性支撐元 件20的臂be’處。在相同的圖6中，純粹為了便于在不同的解決分案之間進(jìn)行比較，傳統(tǒng) 類型的第一傳感塊(例如，圖1所示的第一傳感塊16b)用虛線表示，它具有前述的徑向扇 形的形狀。傳統(tǒng)類型的第一傳感塊16b，其重心G位于離第一彈性支撐元件20的臂be處。 示出的這兩個(gè)第一傳感塊位于一個(gè)相同的徑向距離d處，即在相應(yīng)第一彈性支撐元件20和 中心0之間徑向距離d。這個(gè)對(duì)照關(guān)系強(qiáng)調(diào)了這樣一個(gè)事實(shí)，傳統(tǒng)傳感塊的臂be具有比新配置中可獲得 的臂be’的值明顯更小的值。特別是，第一傳感塊16a’ -16d’的重心G’離中心0的距離的
增加能夠增加由相同的第一傳感塊感受到的驅(qū)動(dòng)速度& (假設(shè)驅(qū)動(dòng)塊3的旋轉(zhuǎn)角相同)，
而且因此，也能夠增加科里奧利力Fe’，假定這個(gè)力與驅(qū)動(dòng)速度Pa成正比。此外，既然科里
奧利力Fe’施加在更大的臂be’，那么得到的扭矩的值增加了。此外，這個(gè)配置允許具有用于傳感電極22，23更大的表面。總體上，這樣就很清 楚，進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)選擇，這個(gè)配置能夠極大增加檢測(cè)靈敏度。本發(fā)明的申請(qǐng)人也發(fā)現(xiàn)，前述的第一和第二傳感塊16a，-16d，，25a，-25b，的設(shè)置， 能夠使用電子讀取接口的適當(dāng)配置，獲得陀螺儀30的靈敏度進(jìn)一步的增加。具體地，圖4和5所示的陀螺儀30具有檢測(cè)軸在傳感器平面xy內(nèi)的特性(與第 一傳感塊16a’ -16d’所對(duì)齊的第一和第二直徑方向χι、χ2 —致)，該檢測(cè)軸相對(duì)于俯仰角速 度^^和翻滾角速度Gy所圍繞的水平軸χ和y傾斜了角α。代替地，構(gòu)思芯片2的組件在封裝或板級(jí)別(level)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角α，這會(huì)明顯 地能夠根據(jù)俯仰和翻滾的原始方向(即，水平軸χ和y)重新定位檢測(cè)軸，本發(fā)明的更進(jìn)一 步的方面是構(gòu)思在電子讀取接口級(jí)別合適地組合來(lái)自第一傳感塊16a’ -16d’的檢測(cè)信號(hào)。 特別地，組合檢測(cè)信號(hào)，從而從與第一傳感塊16a’ -16d’的位移相關(guān)聯(lián)的電容變化，重新獲 得與原始俯仰和翻滾方向(即，水平軸χ和y)對(duì)應(yīng)的電壓輸出。具體地，有一個(gè)例子，要檢測(cè)的圍繞第一水平軸χ或第二水平軸y的角速度具有單 位值，這個(gè)例子可以簡(jiǎn)單考慮為Ωχ =1° /s ;Ωγ = 1° /s
并且每一對(duì)第一傳感塊16a’ _16d’都有單位靈敏度s
, mVη mV直觀地，在傳統(tǒng)配置的例子中(比如，圖1所示的構(gòu)造的例子，第一傳感塊16a_16d 沿著水平軸X、y對(duì)齊)，下面的電壓值會(huì)在電子讀取接口的輸出獲得Vout, x = ImV ；Vout, y = ImV在這里，V。ut,x是對(duì)應(yīng)于沿著第一水平軸χ對(duì)齊的第一對(duì)第一傳感塊16a_16b的輸 出電壓，Vout, y是對(duì)應(yīng)于沿著第二水平軸y對(duì)齊的第二對(duì)第一傳感塊16c-16d的輸出電壓 (在傳統(tǒng)方案中)。尤其，正如之前說(shuō)明的，圍繞水平軸x、y之一的角速度(俯仰或者翻滾的)確定單 對(duì)第一傳感塊16a-16d(尤其關(guān)于相同水平軸對(duì)齊的一對(duì))的電容失衡。代替的，在圖4或圖5所示的新配置中，圍繞水平軸x、y之一的角速度(俯仰或翻 滾的)確定兩對(duì)第一傳感塊16a’ -16b’和16c’ _16d’的電容失衡，這樣它們對(duì)于沿著直徑 方向X1和X2的俯仰和翻滾角速度分量敏感，這些分量對(duì)于這兩對(duì)都具有非零值。給定相同 的幾何形狀和離第一傳感塊16a’ -16d’的中心0距離，在這種情況下能夠得到下面的水平 軸x、y的總輸出電壓Vout(X =Vout(Xl +Vout(X2 =-^mV+-^mV=λ/2 ItiV
1 1 _Voutiy =Voutrxl +Voutfx2+-J^mV=^mV在這里，Vout,χ1和V。ut,x2是與分別在第一和第二直徑方向Xl、X2上對(duì)齊的第一對(duì)和 第二對(duì)第一傳感塊16a’ -16d’分別對(duì)應(yīng)的輸出電壓。因此，盡管關(guān)于給定角速度的單個(gè)第一傳感塊的電容失衡，相對(duì)于傳統(tǒng)配置的相 應(yīng)失衡，小了因子1/λ/ ，能夠(通過(guò)特地配置的讀取接口)總計(jì)關(guān)于相同角速度所有四個(gè)第 一傳感塊的貢獻(xiàn)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)使陀螺儀30的敏感度總的增加因子^。圖7示出電子裝置40，它包括之前說(shuō)明的微電子機(jī)械陀螺儀30。電子裝置40能 夠有利地用于多種電子系統(tǒng)，比如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、自動(dòng)系統(tǒng)、或便攜式系統(tǒng)，例如PDA(個(gè) 人數(shù)字助理)；便攜計(jì)算機(jī)；手機(jī)(cellphone)；數(shù)字音頻播放器；照相機(jī)或可攜式攝像機(jī)； 或能夠處理、存儲(chǔ)、傳輸和接收信號(hào)和信息的其他系統(tǒng)。電子裝置40還包括驅(qū)動(dòng)電路41、工作時(shí)耦合到用于給予驅(qū)動(dòng)塊3旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng) 的驅(qū)動(dòng)組件4，并且向微電子機(jī)械結(jié)構(gòu)提供偏置信號(hào)(以一種實(shí)際上已知的方式，這里不詳 細(xì)展開(kāi)說(shuō)明)；讀取電路42、工作時(shí)耦合到第一和第二傳感塊的傳感電極22、23，用于檢測(cè) 相同傳感塊位移量并且從而確定作用于結(jié)構(gòu)的角速度；以及電子控制單元44，例如微處理 器類型的，與讀取接口 42連接并且設(shè)計(jì)來(lái)基于例如檢測(cè)和確定的角速度監(jiān)督(supervise) 電子裝置40的整體操作。特別地，讀取電路42包括之前提到的電子讀取接口，其設(shè)計(jì)為恰 當(dāng)?shù)亟M合與單獨(dú)的第一傳感塊對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，以如前所述增加檢測(cè)靈敏度。從之前的說(shuō)明可清楚的了解到本發(fā)明的微電子機(jī)械陀螺儀的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論怎樣，再次強(qiáng)調(diào)傳感塊的配置使得能夠?qū)捎糜跈z測(cè)的區(qū)域的利用最優(yōu)化， 并能夠增加傳感器的靈敏度并且改善電特性的均勻性和系統(tǒng)對(duì)干擾的魯棒性。更概括地，這個(gè)配置允許改善微電子機(jī)械陀螺儀的特性和電學(xué)性能。最后，清楚的是對(duì)于這里已經(jīng)描述和說(shuō)明的事物能夠進(jìn)行的調(diào)整和改變，不會(huì)脫 離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。特別地，很明顯的是第一傳感塊的新配置能夠有利地用于只是雙軸的陀螺儀，即， 對(duì)偏轉(zhuǎn)角速度不敏感(并且因此沒(méi)有第二傳感塊25a’ -25b’ )。對(duì)于具體的設(shè)計(jì)要求，角α的值可能會(huì)不同于之前描述的值，并且可以是比如在 40°和50°之間。兩對(duì)第一傳感塊16a’-16d’相對(duì)于第一水平軸χ的傾角也可能不同，在 任何情況下這兩對(duì)第一傳感塊相對(duì)于第一水平軸χ都相反傾斜，但是在這種情況下相對(duì)于 第二水平軸y不再對(duì)稱。此外，這兩個(gè)直徑方向X1和X2可以彼此不垂直。另外，芯片墊2d能夠在不同的方向延伸，比如沿著第二水平軸y。以一種實(shí)際上公 知的方式，能夠利用一種不同于電容技術(shù)的技術(shù)，比如通過(guò)檢測(cè)磁力，決定傳感塊的位移。另外，能夠以一種不同的方式，比如通過(guò)平行板電極或通過(guò)磁激勵(lì)，產(chǎn)生用于使旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)塊振動(dòng)的扭矩。更概括地，很明顯陀螺儀的一些結(jié)構(gòu)元件的配置可以不同。比如，驅(qū)動(dòng)塊3可以具 有不同于圓形的形狀，例如總體上閉合的多邊形形狀，同樣地，芯片2的框架2b的形狀也可 以不同?？蛇x擇地，能夠構(gòu)思一種驅(qū)動(dòng)塊3的第一彈性錨定元件的不同設(shè)置(其必須在任何 情況下都能夠執(zhí)行驅(qū)動(dòng)塊與檢測(cè)動(dòng)作的去耦)或者第二彈性支撐元件28的不同設(shè)置(其 必須在任何情況下能實(shí)現(xiàn)第二類型的傳感塊的徑向運(yùn)動(dòng))。此外，能夠構(gòu)思與第一和第二類 型的傳感塊相關(guān)聯(lián)的傳感電極的不同配置。
權(quán)利要求
一種集成的微電子機(jī)械結(jié)構(gòu)(30)，其特征在于包括芯片(2)，包括襯底(2a)和框架(2b)，框架(2b)在其內(nèi)限定檢測(cè)區(qū)域(2c)并具有沿第一水平軸(x)延伸的第一側(cè)邊；驅(qū)動(dòng)塊(3)，通過(guò)彈性錨定元件(8a，8b)錨定到所述襯底(2)，設(shè)置在所述檢測(cè)區(qū)域(2c)中，并被設(shè)計(jì)成在平面(xy)內(nèi)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行圍繞垂直軸(z)的激勵(lì)運(yùn)動(dòng)；第一對(duì)(16a’、16b’)和第二對(duì)(16c’、16d’)第一傳感塊，通過(guò)相應(yīng)彈性支撐元件(20)懸在所述驅(qū)動(dòng)塊(3)內(nèi)并與所述驅(qū)動(dòng)塊(3)耦合，以在所述激勵(lì)運(yùn)動(dòng)中相對(duì)于所述驅(qū)動(dòng)塊(3)固定，并響應(yīng)于第一角速度()執(zhí)行離開(kāi)所述平面(xy)的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)；所述第一對(duì)(16a’、16b’)第一傳感塊和所述第二對(duì)(16c’、16d’)第一傳感塊在相應(yīng)方向(x1，x2)上對(duì)齊，所述方向(x1，x2)相對(duì)于所述第一水平軸具有相反符號(hào)的非零傾斜。F2009102584730C00011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1的所述結(jié)構(gòu)，其中所述第一對(duì)(16a’、16b’)第一傳感塊在第一方向 (X1)對(duì)齊，所述第一方向(X1)相對(duì)于所述第一水平軸(X)傾斜一定角度(α )，并且所述第 二對(duì)(16c’、16d’ )第一傳感塊在第二方向(X2)對(duì)齊，所述第二方向(X2)相對(duì)于所述第一 水平軸(X)在相對(duì)側(cè)傾斜同樣的角度(α)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的所述結(jié)構(gòu)，其中所述角度(α)的值基本上等于45°，并且所述第 一方向(X1)和所述第二方向(X2)彼此基本垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的所述結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括多個(gè)芯片墊(2d)，其以相對(duì)于第二水平軸 (y)對(duì)稱的方式沿著所述框架(2b)的第一側(cè)邊延伸；其中，所述第一對(duì)(16a’、16b’ )第一 傳感塊的每一個(gè)，相對(duì)于所述第二水平軸(y)，與所述第二對(duì)(16c’、16d’)第一傳感塊的相 應(yīng)的一個(gè)對(duì)稱設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的所述結(jié)構(gòu)，其中傳感電極(22，23)與所述第一對(duì)(16a’、16b’)和 所述第二對(duì)(16c’、16d’ )第一傳感塊的每一個(gè)相關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)為形成傳感電容器，以及在所 述相應(yīng)傳感電極(22，23)和相應(yīng)的一個(gè)所述芯片墊(2d)之間的電連接；其中，與所述第一 對(duì)(16a’、16b’)第一傳感塊相關(guān)聯(lián)的電連接，相對(duì)于所述第二水平軸(y)，和與所述第二對(duì) (16c’、16d’ )第一傳感塊相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)電連接，對(duì)稱設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的所述結(jié)構(gòu)，其中，所述框架(2b)具有沿著第二水平軸(y)延伸的 第二側(cè)邊，其與所述第一側(cè)邊限定出邊界；其中，所述第一對(duì)和第二對(duì)中的至少一個(gè)第一傳 感塊(16a’)的形狀是，沿著在所述第一方向(X1)和所述第二方向(X2)之間的相應(yīng)的一個(gè) 方向延伸至直到接近所述邊界。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的所述結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個(gè)第一傳感塊(16a’)具有沿著所述 第一方向(X1)和所述第二方向(X2)之間的所述相應(yīng)的一個(gè)方向伸長(zhǎng)的大體長(zhǎng)菱形形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的所述結(jié)構(gòu)，其中，使用時(shí)，圍繞所述第一水平軸(χ)施加所述第一角速度()，所述第一水平軸U)與所述結(jié)構(gòu)(30)的第一檢測(cè)軸一致。χy
9.根據(jù)權(quán)利要求8的所述結(jié)構(gòu)，是雙軸類型的，其中，所述第一對(duì)(16a’、16b’)和第二 對(duì)(16c’、16d’ )第一傳感塊也設(shè)計(jì)成，響應(yīng)于使用時(shí)圍繞第二水平軸(y)施加的第二角速度()，執(zhí)行離開(kāi)所述平面(xy)的所述旋轉(zhuǎn)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，所述第二水平軸(y)與所述第一水平軸(χ)垂直并與所述結(jié)構(gòu)(30)的第二檢測(cè)軸一致。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的所述結(jié)構(gòu)，是三軸類型的，還包括一對(duì)第二傳感塊(25a’、25b’)， 其通過(guò)相應(yīng)彈性支撐元件(28)懸在所述驅(qū)動(dòng)塊(3)內(nèi)并與所述驅(qū)動(dòng)塊(3)耦合，以在所述 激勵(lì)運(yùn)動(dòng)中相對(duì)于所述驅(qū)動(dòng)塊(3)固定并響應(yīng)于使用時(shí)圍繞所述垂直軸(ζ)施加的另外的 角速度(Ciz )在所述平面(xy)內(nèi)執(zhí)行線性檢測(cè)運(yùn)動(dòng)；其中所述第二傳感塊(25a’，25b’ )沿著在所述第一水平軸(χ)和所述第二水平軸(y)之間的一個(gè)對(duì)齊。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的所述結(jié)構(gòu)，其中，所述框架(2b)具有大體上的正方形或長(zhǎng)方形形 狀，第一側(cè)邊與所述第一水平軸(χ)平行，第二側(cè)邊與第二水平軸(y)平行，所述第二水平 軸(y)與所述第一水平軸(χ)垂直。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的所述結(jié)構(gòu)，其中，所述驅(qū)動(dòng)塊(3)在中心限定出空間(6)，并通 過(guò)在所述空間(6)內(nèi)延伸的第一彈性錨定元件(8a)，在設(shè)置在所述空間(6)的中心(0)的 第一錨具(7a)處，錨定到所述襯底(2)，并且通過(guò)另外的彈性錨定元件(8b)，在設(shè)置在所述 驅(qū)動(dòng)塊⑶外側(cè)的另外的錨具(7b)處，錨定到所述襯底(2)；其中，配置所述彈性支撐元件 (6)和所述第一(8a)和另外的(8b)彈性錨定元件，使得所述驅(qū)動(dòng)塊(3)在離開(kāi)所述平面 (xy)的所述旋轉(zhuǎn)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)中，與所述第一傳感塊(16a’ -16d’ )去耦。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的所述結(jié)構(gòu)，其中所述第一傳感塊(16a’-16d’)具有這樣的構(gòu)造， 所述構(gòu)造的重心(G’ )位于離開(kāi)所述平面(xy)的所述旋轉(zhuǎn)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸一定距離處， 該距離大于具有矩形形狀的任意傳感塊的重心(G)的相應(yīng)距離，所述任意傳感塊內(nèi)接在所 述驅(qū)動(dòng)塊(3)內(nèi)并由相應(yīng)彈性支撐元件支撐，以圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
14.一種電子裝置(40)，包括根據(jù)權(quán)利要求1的集成的微電子機(jī)械結(jié)構(gòu)(30)，以及讀取 級(jí)(42)，所述讀取級(jí)(42)工作時(shí)耦合到所述結(jié)構(gòu)(30)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的所述裝置，其中，所述讀取級(jí)(42)連接到所述芯片墊(2d)，以 接收來(lái)自每個(gè)所述第一傳感塊(16a’-16d’)的電信號(hào)，并配置成組合所述電信號(hào)并產(chǎn)生第 一電輸出量和第二電輸出量(V。ut,x，V。ut,y)，它們分別是圍繞所述第一水平軸(χ)施加的第一角速度(Gx )和圍繞第二水平軸(y)施加的第二角速度( )的函數(shù)，所述第二水平軸(y)垂直于所述第一水平軸(χ)。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)和改善的電性質(zhì)的微電子機(jī)械陀螺儀，其具有芯片(2)，具有襯底(2)和框架(2b)，其內(nèi)限定檢測(cè)區(qū)域(2c)并具有沿第一水平軸(x)延伸的第一側(cè)邊；驅(qū)動(dòng)塊(3)，錨定到襯底(2)，設(shè)置在檢測(cè)區(qū)域(2c)中，并設(shè)計(jì)成在平面(xy)內(nèi)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行圍繞垂直軸(z)的激勵(lì)運(yùn)動(dòng)；第一對(duì)(16a’、16b’)和第二對(duì)(16c’、16d’)第一傳感塊，通過(guò)彈性支撐元件(20)懸在驅(qū)動(dòng)塊(3)內(nèi)，以在激勵(lì)運(yùn)動(dòng)中相對(duì)于驅(qū)動(dòng)塊(3)固定并響應(yīng)第一角速度()執(zhí)行離開(kāi)平面(xy)的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)；第一對(duì)(16a’、16b’)和第二對(duì)(16c’、16d’)第一傳感塊在方向(x1，x2)上對(duì)齊，相對(duì)于第一水平軸(x)具有相反符號(hào)的非零傾斜。
文檔編號(hào)G01C19/02GK101920927SQ20091025847
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者G·卡扎尼加, L·科羅納托, S·澤比尼 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體股份有限公司