多軸速度傳感器的制造方法
【專利摘要】一種微機電系統(tǒng)（MEMS）裝置，包括至少兩個懸掛在襯底（30）之上的速度傳感器（20、50），并且被配置為平行于所述襯底（30）的表面（40）振蕩。與所述速度傳感器（20、50）中的至少一個通信的驅(qū)動元件（156、158）提供顯示驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號(168)。一個或多個耦合彈簧結(jié)構(gòu)（80、92、104、120）互連所述速度傳感器（20、50）。所述耦合彈簧結(jié)構(gòu)在由所述耦合彈簧結(jié)構(gòu)決定的驅(qū)動方向啟動速度傳感器（20、50）的振蕩。用于速度傳感器（20）的所述驅(qū)動方向是與第一軸（28）相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向（43），以及用于速度傳感器（50）的所述驅(qū)動方向是與垂直于所述第一軸（28）的第二軸（24、26）相關(guān)聯(lián)的平移驅(qū)動方向（64）。
【專利說明】多軸速度傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及速度傳感器。更具體地，本發(fā)明涉及用于感測繞至少兩個軸的角運動的微機電系統(tǒng)(MEMS)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)取得了廣泛的普及，因為它提供了一種方法，該方法能夠制作非常小的機械結(jié)構(gòu)，并且使用常規(guī)的批量半導體加工技術(shù)將這些結(jié)構(gòu)與電氣裝置集成在單個襯底上。MEMS的一個常見的應用是傳感器裝置的設(shè)計和制作。MEMS傳感器裝置被廣泛應用在諸如汽車、慣性制導系統(tǒng)、家用電器、游戲裝置、用于各種裝置的保護系統(tǒng)、以及許多其它工業(yè)、科學、以及工程系統(tǒng)的領(lǐng)域中。MEMS傳感器的一個例子是MEMS角速度傳感器，也稱為陀螺儀。角速度傳感器感測圍繞一個或多個軸的角速度或速率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0003]結(jié)合附圖(不一定按比例繪制)并參照詳細說明書和權(quán)利要求，可以更完整的理解本發(fā)明，其中附圖中相似的參考數(shù)字指相似的物件，以及:
[0004]圖1示出了示例性速度傳感器組件的頂視圖；
[0005]圖2示出了圖1的速度傳感器組件的側(cè)視圖；
[0006]圖3示出了圖1的速度傳感器組件的符號表征；
[0007]圖4示出了另一個示例性速度傳感器組件的頂視圖；
[0008]圖5示出了圖4的速度傳感器組件的側(cè)視圖；
[0009]圖6示出了圖4的速度傳感器組件的符號表征；
[0010]圖7示出了根據(jù)一個實施例的用于耦合一對速度傳感器組件的耦合彈簧結(jié)構(gòu)；
[0011]圖8示出了根據(jù)一個實施例的用于耦合一對速度傳感器組件的另一個耦合彈簧結(jié)構(gòu)；
[0012]圖9示出了根據(jù)一個實施例的用于耦合一對速度傳感器組件的另一個耦合彈簧結(jié)構(gòu)；
[0013]圖10示出了根據(jù)一個實施例的用于耦合一對速度傳感器組件的又一個耦合彈簧結(jié)構(gòu)；
[0014]圖11示出了根據(jù)一個示例實施例的微機電系統(tǒng)(MEMS)裝置；
[0015]圖12示出了根據(jù)一個示例實施例的MEMS裝置；
[0016]圖13示出了根據(jù)一個示例實施例的MEMS裝置；
[0017]圖14示出了根據(jù)一個示例實施例的MEMS裝置；
[0018]圖15示出了根據(jù)一個示例實施例的MEMS裝置；以及
[0019]圖16示出了根據(jù)一個示例實施例的MEMS裝置。

【具體實施方式】
[0020]角速度傳感器通過將傳感器驅(qū)動為第一運動并測量響應于第一運動和要被感測的角速度的傳感器的第二運動而廣泛地發(fā)揮作用。由于其低溫靈敏度、小尺寸、以及適于低成本批量生產(chǎn)，用于角速度傳感器的電容性傳感MEMS裝置設(shè)計非常期望用于在微型化裝置中的操作。
[0021]隨著對MEMS角速度傳感器的使用繼續(xù)增長和多樣化，越來越多的重點被放在能夠感測圍繞旋轉(zhuǎn)的多個軸的角速度的裝置的開發(fā)上。此外，越來越多的重點被放在用于MEMS角速度傳感器的制造方法上，其實現(xiàn)了多軸感測能力而沒有增加制作成本和復雜性，并且沒有犧牲部件性能。這些努力主要是由汽車、醫(yī)療、商業(yè)和消費產(chǎn)品中的現(xiàn)有的和潛在的大批量應用驅(qū)動的。
[0022]典型的多軸速度感測配置可以包括在同一襯底上的兩個或多個分立的速度傳感器，其以正交配置取向。這樣的多軸MEMS裝置可能需要多組驅(qū)動和監(jiān)測電極，其中驅(qū)動和監(jiān)測電極中的每一組與角速度傳感器中的一個相關(guān)聯(lián)。此外，這樣的配置可能要求具有多個頻率生成器的專用集成電路(ASIC)，其中每一個頻率生成器與角速度傳感器中的一個相關(guān)聯(lián)，使得每一個速度傳感器以不同的頻率被驅(qū)動。來自多個頻率生成器的被提供到速度傳感器的驅(qū)動信號的頻率應該隔開足夠遠，使得它們不會由于工藝變化而彼此重合。因此，具有分立速度傳感器的MEMS管芯和具有多個頻率生成器的相關(guān)聯(lián)的ASIC可能是不期望的大、復雜和昂貴的。
[0023]實施例涉及包括用于多軸感測的多個個體速度傳感器組件的MEMS裝置結(jié)構(gòu)。速度傳感器組件通過耦合彈簧結(jié)構(gòu)連接在一起，其中耦合彈簧結(jié)構(gòu)的配置決定用于速度傳感器組件中的每一個的驅(qū)動方向。此外，速度傳感器組件中的每一個以相同的驅(qū)動頻率被驅(qū)動進入振蕩。由于速度傳感器組件以相同的驅(qū)動頻率被驅(qū)動進入振蕩，因此需要對它們的運動進行同步。就是說，如果速度傳感器組件的驅(qū)動質(zhì)量塊沒有被機械地同步，驅(qū)動信號可能具有可以導致感測信號不準確的不同的相位和驅(qū)動振幅。因此，耦合彈簧結(jié)構(gòu)使速度傳感器組件以與同步運動相同的驅(qū)動頻率振蕩以在相關(guān)聯(lián)的ASIC中允許共同解調(diào)。
[0024]如在下面將要更詳細討論的，提供圖1-圖3來說明用于感測繞面內(nèi)軸的旋轉(zhuǎn)的示例速度傳感器組件，其中該面內(nèi)軸可以包含在結(jié)合圖11-圖16所討論的各種示例性多軸速度傳感器實施例中。同樣，提供圖4-圖6來說明用于感測面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的另一個示例速度傳感器組件，其中該面內(nèi)旋轉(zhuǎn)也可以包含在結(jié)合圖11-圖16所討論的各種示例性多軸速度傳感器實施例中。盡管這里示出了兩個速度傳感器組件，但應理解，實施例不限于這些特定速度傳感器設(shè)計。相反，實施例涉及包括多個速度傳感器設(shè)計，其中每一個均可以被優(yōu)化以感測特定角輸入。多個速度傳感器通過決定其驅(qū)動方向的耦合彈簧結(jié)構(gòu)(這里所描述的)而被適當?shù)剡B接。
[0025]現(xiàn)在參照圖1-圖3，圖1示出了示例速度傳感器組件20的頂視圖，圖2示出了速度傳感器組件20的側(cè)視圖，以及圖3示出了速度傳感器組件20的符號表征。通常，將角速度傳感器20示出為在X-Y平面22內(nèi)具有大致平面結(jié)構(gòu)，其中在三維坐標系中的X-軸24和Y-軸26平行于X-Y平面22，并且Z-軸28延伸到垂直于圖1中的X-Y平面22的頁外。在這個示例中，角速度傳感器20通常被配置為感測圍繞輸入軸(在這個示例中是X-軸24)發(fā)生的角速度。然而，這樣的設(shè)計可以很容易被實現(xiàn)為通過將其定向到與所示的配置正交來感測繞另一個輸入軸(即Y-軸26)發(fā)生的角速度。
[0026]速度傳感器組件20包括襯底30、懸掛質(zhì)量塊(這里稱為驅(qū)動質(zhì)量塊32 )、另一個懸掛質(zhì)量塊(這里稱為感測質(zhì)量塊34)、以及將在下文詳細描述的各種機械聯(lián)動。在圖1的示例中，感測質(zhì)量塊32存在于通過驅(qū)動質(zhì)量塊32延伸的中央開口 36中。這樣的配置有時被稱為“外部驅(qū)動、內(nèi)部感測”的傳感器設(shè)計。
[0027]以扭力彈簧38的形式的可變形支撐元件耦合至驅(qū)動質(zhì)量塊32的內(nèi)周。扭力彈簧38通過錨42將驅(qū)動質(zhì)量塊32連接到襯底30的平面表面40，錨42也存在于中央開口 36內(nèi)，使得驅(qū)動質(zhì)量塊32懸掛在襯底30之上。扭轉(zhuǎn)彈簧38主要在X-Y平面22中是可變形的，使得驅(qū)動質(zhì)量塊32在很大程度上受限于繞Z-軸28的面內(nèi)振蕩扭轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。就是說，驅(qū)動質(zhì)量塊32的驅(qū)動方向與Z-軸28相關(guān)聯(lián)。振蕩旋轉(zhuǎn)驅(qū)動運動由彎曲箭頭43 (圖1和圖3)表示，并且這里被稱為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43。感測質(zhì)量塊34通過耦合至驅(qū)動質(zhì)量塊32的內(nèi)周的扭轉(zhuǎn)梁44懸掛在襯底30之上。扭轉(zhuǎn)梁44平行于Y-軸26延伸并且約束感測質(zhì)量塊34用于繞Y-軸26的面外旋轉(zhuǎn)。再一次，通過將其定向使得扭轉(zhuǎn)梁44平行于X-軸24延伸并且約束感測質(zhì)量塊34用于繞X-軸24的面外旋轉(zhuǎn)，這樣的設(shè)計可以被實現(xiàn)為感測繞Y-軸26發(fā)生的角速度。
[0028]速度傳感器組件20的元件和其它示例實施例(下文討論的)被不同地描述為:“固定至”、“附接至”、“與…附接”、“耦合至” “連接至”或“與…互連”速度傳感器組件20的其它元件。應理解，這些術(shù)語指速度傳感器組件20的特定元件的直接或間接物理連接，所述連接發(fā)生在通過MEMS制作的圖案化和蝕刻工藝的特定元件的形成期間。此外，可以利用沉淀、圖案化、蝕刻等的現(xiàn)有的和未來的表面微加工技術(shù)生成速度傳感器組件20的各種元件和其它示例實施例(下文討論的)。因此，盡管在說明中可以利用不同的陰影和/或剖面線，但是結(jié)構(gòu)層內(nèi)的不同元件通常是由相同的材料(例如多晶硅、單晶硅等)形成的。
[0029]各種導電板或電極連同速度傳感器組件20的其它固定部件可以形成在襯底30的表面40上。在這樣的簡化說明中，電極包括用于感測速度傳感器20繞輸入軸(即，X-軸24 )的旋轉(zhuǎn)的感測電極46和48。導體(未示出)可以形成在襯底30上以提供從ASIC到電極46和48以及到感測質(zhì)量塊32的單獨的電連接。旋轉(zhuǎn)可以被感測為感測質(zhì)量塊32與電極46和48之間的電容中的變化，以監(jiān)測感測質(zhì)量塊32的面外運動。圖1中的電極46和48被上覆的感測質(zhì)量塊34遮住。因此，在圖1中，用虛線的形式表示電極46和48，以說明它們相對于感測質(zhì)量塊34的物理位置。
[0030] 通常，速度傳感器組件20可以包括具有與固定到驅(qū)動質(zhì)量塊32的電極板交錯的固定平行板驅(qū)動器的驅(qū)動致動單元(未示出)。通常，可以通過ASIC，即驅(qū)動電路(未示出)將交流電流(AC)驅(qū)動信號施加到平行板致動器。該驅(qū)動信號導致驅(qū)動質(zhì)量塊32在X-Y平面22內(nèi)繞Z-軸28振蕩，如由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43表示的。當速度傳感器組件20經(jīng)受輸入，即，繞X-軸24的角運動(由圖1中的箭頭50表示)時，由角運動50產(chǎn)生的科里奧利力(Cor1lisforce)導致感測質(zhì)量塊34繞Y-軸26旋轉(zhuǎn)(由圖1和圖2中的箭頭52表示)，并且在下文中被稱為感測運動52。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，通過感測電極46和48處的電容來檢測感測質(zhì)量塊34繞Y-軸26的面外感測運動52，以及因此速度傳感器組件20繞輸入軸(即X-軸24)的旋轉(zhuǎn)
[0031]圖3中所示的速度傳感器組件20的符號表征表示了速度傳感器組件，其中驅(qū)動質(zhì)量塊被驅(qū)動為繞Z-軸28的振蕩旋轉(zhuǎn)運動。速度傳感器組件20的符號表征中所示的彎曲箭頭表示振蕩旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43。如上面所討論的，速度傳感器組件20的感測質(zhì)量塊被配置為感測通過科里奧利力繞X-軸24或繞Y-軸26的角速度，如上面所討論的。因此，速度傳感器組件20在下文中將被稱為X-Y傳感器組件20。值得重申的是X-Y傳感器組件20表示任何各種速度傳感器設(shè)計，其中每一個均可以被優(yōu)化為在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43被驅(qū)動時感測繞X-軸24或Y-軸26發(fā)生的角速度。不管角速度傳感器20是被用于感測繞X-軸24還是Y-軸26的輸入角速度，圖3中所示的箭頭43都表示繞Z-軸28的振蕩旋轉(zhuǎn)驅(qū)動運動。
[0032]現(xiàn)在參照圖4-圖6，圖4示出了另一個示例速度傳感器組件50的頂視圖，圖5示出了速度傳感器組件50的側(cè)視圖，以及圖6示出了速度傳感器組件50的符號表征。如同速度傳感器組件20 (圖1)，速度傳感器組件50被示出為在X-Y平面22內(nèi)具有大致平面結(jié)構(gòu)。在該示例中，速度傳感器組件50通常被配置為感測由彎曲箭頭52表示的繞垂直于X-Y平面22的輸入軸(即，Z-軸28)的角運動。
[0033]速度傳感器組件50包括與襯底30存在間隔關(guān)系(即，懸掛在襯底30之上)的驅(qū)動質(zhì)量塊54和感測質(zhì)量塊56。在圖4的示例中，感測質(zhì)量塊56存在于通過驅(qū)動質(zhì)量塊54延伸的中央開口 58中。如同速度傳感器組件20，這樣的配置有時也被稱為“外部驅(qū)動、內(nèi)部感測”傳感器設(shè)計。
[0034]在一個實施例中，可變形支撐元件60耦合至驅(qū)動質(zhì)量塊54的外周?？勺冃沃卧?0通過錨62將驅(qū)動質(zhì)量塊54連接到襯底30的平面的表面40，使得驅(qū)動質(zhì)量塊54懸掛在襯底30之上?？勺冃沃卧?0縱向上定向為基本上平行于X-軸24?？勺冃沃卧?0主要在Y-方向是可變形的，即彈性的，使得驅(qū)動質(zhì)量塊54很大程度上受限于平行于Y-軸26的面內(nèi)平移運動。就是說，驅(qū)動質(zhì)量塊54的驅(qū)動方向與Y-軸26相關(guān)聯(lián)。振蕩平移驅(qū)動運動由平行于Y-軸26取向的直的箭頭64 (圖4和圖6)表不,并且這里被稱為平移驅(qū)動方向64。如這里所使用的，短語“平移驅(qū)動運動”指沒有旋轉(zhuǎn)的均勻驅(qū)動運動。
[0035]感測質(zhì)量塊56通過耦合至驅(qū)動質(zhì)量塊54的內(nèi)周的可變形支撐元件66懸掛在襯底30之上?？勺冃沃卧?6在縱向上基本上平行于Y-軸26取向。可變形支撐元件66主要在X-方向是可變形的(即，彈性的)，使得感測質(zhì)量塊56在很大程度上受限于平行于X-軸24的面內(nèi)振蕩平移運動。這樣的平移傳感方向由平行于X-軸24的雙向箭頭68 (圖4和圖5)表示，并且在這里被稱為感測運動68。
[0036]如本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員所知，可以形成各種固定電極，安裝到襯底30的表面40并連同速度傳感器組件50的其它固定部件一起位于與感測質(zhì)量塊56相同的水平。在該簡化說明中，電極包括感測電極70和72，其用于感測速度傳感器組件50繞輸入軸(S卩，Z-軸28 )的旋轉(zhuǎn)。具體的，感測電極70和72感測感測質(zhì)量塊56的平移運動，因為該運動導致感測質(zhì)量塊56與固定感測電極70和72之間的電容變化。因此，速度傳感器組件50繞輸入軸(SP，Z-軸28)的旋轉(zhuǎn)可以被感測為感測質(zhì)量塊56與固定感測電極70和72之間的電容中的變化。導體(未示出)可以形成在襯底30上以提供從ASIC到電極70和72以及到感測質(zhì)量塊56的單獨電連接。
[0037]通常，速度傳感器組件50可以包括具有與固定到驅(qū)動質(zhì)量塊54的電極板適當?shù)嘏帕械墓潭ㄆ叫邪逯聞悠鞯尿?qū)動致動單元(未示出)。通常，可以通過ASIC，即驅(qū)動電路(未示出)，將交流電流(AC)驅(qū)動信號施加到平行板致動器。該驅(qū)動信號導致驅(qū)動質(zhì)量塊54在X-Y平面22內(nèi)繞Y-軸26振蕩，如由平移驅(qū)動方向64表示的。當速度傳感器組件50經(jīng)受為正交于所示的速度傳感器組件50。在這
1軸26的面內(nèi)振蕩平移運動。
稱合彈簧設(shè)計將XI傳感器組件20 (圖1)匿置，其中耦合彈簧的配置決定每一個速度或平移驅(qū)動方向64〉。此外，耦合彈簧允許陂驅(qū)動為以相同的驅(qū)動頻率和同步的運動圈10示出了可以被實現(xiàn)為連接多個速度傳設(shè)計。
拖例的用于耦合一對速度傳感器組件20的合彈簧82，其中每個耦合彈簧82相對于第軸很大程度上是非可變形的(即，剛性的I勺各自折疊允許耦合彈簧82基本上平行于目折疊的配置通常防止耦合彈簧82平行于單簧結(jié)構(gòu)80將其互連的XI速度傳感器組x-軸24是彈性的并且相對于Y-軸26是剛性的。然而，耦合彈簧結(jié)構(gòu)80的雙耦合彈簧配置將在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43上將X-Y速度傳感器組件20A和20B的振蕩約束為反相運動。X-Y速度傳感器組件20A和20B中的任意一個可以被配置為根據(jù)感測質(zhì)量塊34的取向來感測繞X-軸24或Y-軸26的輸入角速度，如上面結(jié)合圖1-圖3所討論的。
[0043]圖8示出了根據(jù)另一個實施例的用于耦合一對速度傳感器組件20的耦合彈簧結(jié)構(gòu)92。耦合彈簧結(jié)構(gòu)92包括一對耦合彈簧94，其中每個耦合彈簧94相對于第一軸是可變形的(即，彈性的)，并且相對于第二軸很大程度上是非彈性的(即，剛性的)。在圖8中所示的特定方向中，每個耦合彈簧94的各自折疊允許耦合彈簧94基本上平行于X-軸24擴展和收縮。然而，耦合彈簧94的各自折疊的配置通常防止耦合彈簧94平行于Y-軸26擴展和收縮。
[0044]圖8還示出了設(shè)置在彼此旁邊的具有耦合彈簧結(jié)構(gòu)92將其互連的X-Y速度傳感器組件20。具體的，X-Y速度傳感器組件20中的一個(清楚起見稱為X-Y速度傳感器組件20A)的邊緣96鄰近于但不接觸另一個X-Y速度傳感器組件20 (清楚起見稱為X-Y速度傳感器組件20B)的邊緣98。耦合彈簧94中的一個的端部100耦合至X-Y速度傳感器組件20A的邊緣96的每個端部，并且同一耦合彈簧94的相對端部102耦合至X-Y速度傳感器組件20B的邊緣98的每個端部。在該實施例中，兩個耦合彈簧94的整體沒有被夾在X-Y速度傳感器組件20A和20B之間。相反，它們位于X-Y速度傳感器組件20A和20B之間的空間之外。
[0045]耦合彈簧結(jié)構(gòu)92的雙耦合彈簧配置和耦合彈簧94相對于X-方向(而不是Y-方向)的彈性將X-Y速度傳感器組件20A和20B的振蕩約束為同相運動，由在同一方向取向的箭頭43表示。就是說，當X-Y速度傳感器組件20A和20B被驅(qū)動繞Z-軸28在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43上運動時，它們在相同的方向振蕩并且驅(qū)動頻率是同步的。再次，X-Y速度傳感器組件20A和20B和耦合彈簧結(jié)構(gòu)92的配置可以正交于如圖8所示取向，使得耦合彈簧94相對于Y-軸26是彈性的并且相對于X-軸24是剛性的。然而，耦合彈簧結(jié)構(gòu)92的雙耦合彈簧配置將在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43將X-Y速度傳感器組件20A和20B的振蕩約束為同相運動。此外，X-Y速度傳感器組件20A和20B中的任意一個可以被配置為根據(jù)感測質(zhì)量塊34的取向來感測繞X-軸24或Y-軸26的輸入角速度，如上面結(jié)合圖1-圖3所討論的。
[0046]圖9示出了根據(jù)另一個實施例的用于耦合一對速度傳感器組件20、50的耦合彈簧結(jié)構(gòu)104。在該實施例中，稱合彈簧結(jié)構(gòu)104包括單個稱合彈簧106。稱合彈簧106相對于第一軸是可變形的(即，彈性的)，并且相對于第二軸基本上是非彈性的(即，剛性的)。在圖9中所示的特定方向中，耦合彈簧106的折疊允許耦合彈簧106基本上平行于Y-軸26擴展和收縮。然而，耦合彈簧106的配置通常防止耦合彈簧106平行于X-軸24擴展和收縮。
[0047]圖9還示出了設(shè)置在彼此旁邊具有耦合彈簧結(jié)構(gòu)104將其互連的X-Y速度傳感器組件20和Z-速度傳感器組件50。具體的，X-Y速度傳感器組件20的邊緣108鄰近于但不接觸Z-速度傳感器組件50的邊緣110。耦合彈簧106的端部112耦合至X-Y速度傳感器組件20的邊緣108的端部，并且耦合彈簧106的相對端部114耦合至Z-速度傳感器組件50的邊緣110的端部。就是說，耦合彈簧106從速度傳感器組件20、50中的每一個的中線116偏移地附接至速度傳感器組件20、50中的每一個。
[0048]耦合彈簧結(jié)構(gòu)104的單個耦合彈簧配置，耦合彈簧與速度傳感器組件20、50中的每一個的偏移連接，以及I禹合彈簧106相對于一個方向(例如,Y-方向)但不在相反方向(例如，X-方向)的彈性有助于X-Y速度傳感器組件20在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43上的振蕩驅(qū)動運動，而同時有助于Z-速度傳感器組件50在平移驅(qū)動方向64上的振蕩驅(qū)動運動。此外，通過X-Y速度傳感器組件20和Z-速度傳感器組件50經(jīng)由耦合彈簧結(jié)構(gòu)104的連接，它們經(jīng)歷以單驅(qū)動頻率的同步運動。應理解，速度傳感器組件20和50以及耦合彈簧結(jié)構(gòu)104的配置，可以取向為正交于所示的方向。
[0049]圖10示出了根據(jù)一個實施例的用于耦合一對速度傳感器組件(以虛線的形式示出)的又一耦合彈簧結(jié)構(gòu)120。彈簧結(jié)構(gòu)120通常包括第一彈簧元件122、第二彈簧元件124、以及樞軸桿126。第一彈簧元件122的端部128耦合至樞軸桿126，并且第一彈簧元件122的相對端部130被配置為與速度傳感器組件20、50中的一個互連。同樣，第二彈簧元件124的端部132耦合至樞軸桿126，并且相對端部134被配置為與速度傳感器組件20、50中的另一個互連。
[0050]在與圖12、圖13、圖15和圖16相關(guān)聯(lián)的討論中將變得明顯，耦合接彈簧結(jié)構(gòu)120可以適于互連X-Y速度傳感器組件20、Z-速度傳感器組件50、或具有Z-速度傳感器組件50的X-Y速度傳感器組件20。因此，速度傳感器組件20、50通常在圖10中以虛線形式表示，以表示耦合彈簧結(jié)構(gòu)120可以適于互連任何速度傳感器組件20、50。
[0051]在一個實施例中，樞軸桿126包括附接到下層襯底(未示出)的錨136、圍繞錨136的框架138、以及從框架138的相對側(cè)延伸的臂140、142。以扭轉(zhuǎn)彈簧144的形式的可變形支撐元件耦合至框架138的內(nèi)周。扭轉(zhuǎn)彈簧144通過錨136將框架138和臂140、142連接到下層襯底，使得樞軸桿126很大程度上懸掛在襯底之上。扭轉(zhuǎn)彈簧144主要在X-Y平面22是可變形的，使得樞軸桿126在很大程度上被限制用于繞以錨136為中心的樞軸(SP，Z-軸28)的面內(nèi)振蕩扭轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。樞軸桿126繞樞軸的振蕩旋轉(zhuǎn)運動由彎曲箭頭146表示。
[0052]第一和第二彈簧元件122和124相對于第一軸是可變形的(B卩，彈性的)，并且相對于第二軸很大程度上是非可變形的(即，非彈性的)。在圖10中所示的特定方向中，彈簧元件122和124中的每一個的各自折疊允許彈簧元件122和124基本上平行于Y-軸26擴展和收縮。然而，彈簧元件122和124的各自折疊的配置通常防止彈簧元件122、124平行于X-軸24擴展和收縮。應理解，圖10中所示的配置可以取向為正交于所示的方向。
[0053]耦合彈簧結(jié)構(gòu)80 (圖7)、92 (圖8)、104 (圖9)和120 (圖10)被選擇地實現(xiàn)以互連各種單個速度傳感器組件20、50。耦合彈簧結(jié)構(gòu)80、92、104和120在由具體耦合彈簧結(jié)構(gòu)80、92、104和120以及其具體彈性(即，可變形性)決定的驅(qū)動方向(例如，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43和/或平移驅(qū)動方向64)上允許互連的速度傳感器組件20、50以單個驅(qū)動頻率振蕩。此夕卜，速度傳感器組件20、50通過任何耦合彈簧結(jié)構(gòu)80、92、104和120的互連導致所有組件20、50的同步振蕩以限制感測信號不準確性。
[0054]通常,各種實施例涉及包括具有平面表面的襯底和與該襯底間隔開關(guān)系的至少兩個速度傳感器的MEMS裝置。速度傳感器被配置為平行于襯底的平面表面振蕩。該MEMS裝置還包括與至少一個速度傳感器通信的驅(qū)動元件，用于提供表現(xiàn)出驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號。至少一個耦合彈簧(例如，耦合彈簧結(jié)構(gòu)80、92、104和120)互連各速度傳感器。耦合彈簧在由耦合彈簧決定的驅(qū)動方向上以驅(qū)動頻率允許速度傳感器的振蕩。用于速度傳感器中的至少一個的驅(qū)動方向是與第一軸相關(guān)聯(lián)的第一驅(qū)動方向以及用于速度傳感器中的另一個“第二”、“第三”、“第四”等不指在可數(shù)的系論清楚，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”和“第和200兩者都可以被布置為感測繞軸24從被布置為感測繞卜軸26的角輸入，或者24的角輸入并且XI速度傳感器200可以-圖3所討論的。因此，1213裝置150可以；速度傳感器裝置。
3、2速度傳感器500、以及XI速度傳感器速度傳感器20八、2速度傳感器508、2速度士底30的中央位置152周圍。中央位置152,30的中心。相反，中央位置152通常指襯卜211速度傳感器508、2速度傳感器500、I向間隔處于大致相等的距離。
8被設(shè)置在彼此旁邊，并通過耦合彈簧結(jié)構(gòu)I速度傳感器50(:被設(shè)置在彼此旁邊，并通驅(qū)動質(zhì)量塊32 (圖1)。固定驅(qū)動元件156與可移動驅(qū)動元件158間隔開，并被定位為與可移動驅(qū)動元件158交替排列。憑借其附接到X-Y速度傳感器20A和20D的驅(qū)動質(zhì)量塊32，可移動驅(qū)動元件158連同驅(qū)動質(zhì)量塊32是可移動的。相反，由于固定附接到襯底30，固定驅(qū)動元件156相對于可移動驅(qū)動元件158是固定的。為了說明清楚，僅示出了一些固定和可移動元件156和158。本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易認識到，固定和可移動驅(qū)動元件的數(shù)量和結(jié)構(gòu)將根據(jù)設(shè)計要求而變化。
[0062]MEMS裝置150的驅(qū)動系統(tǒng)還可以包括驅(qū)動監(jiān)測單元160，用于監(jiān)測驅(qū)動質(zhì)量塊的運動。在圖示的實施例中，驅(qū)動監(jiān)測單元160包括固定監(jiān)測元件162和可移動監(jiān)測元件164。固定監(jiān)測元件162與襯底30耦合，并且在一個實施例中，可移動監(jiān)測元件164被附接到Z速度傳感器50B和50C的驅(qū)動質(zhì)量塊54(圖4)。固定監(jiān)測元件162與可移動監(jiān)測元件164間隔開并被定位為與可移動監(jiān)測元件164交替排列。憑借其附接到Z速度傳感器50B和50C的驅(qū)動質(zhì)量塊54，可移動監(jiān)測元件164連同驅(qū)動質(zhì)量塊54是可移動的。相反，由于其固定附接到襯底30，固定監(jiān)測元件162相對于可移動監(jiān)測元件164是固定的。再次，為清楚起見，僅示出了一些固定和可移動監(jiān)測元件162和164。本領(lǐng)域技術(shù)人員應該容易認識，固定和可移動監(jiān)測元件的數(shù)量和結(jié)構(gòu)可以根據(jù)設(shè)計要求而變化。替代地，一些系統(tǒng)設(shè)計可以不要求包括驅(qū)動監(jiān)測單元160。
[0063]通常，專用集成電路(ASIC)166將驅(qū)動信號168供應到驅(qū)動致動器單元154。驅(qū)動信號168是具有驅(qū)動頻率的波形(通常是正弦波)。典型地，ASIC166調(diào)整驅(qū)動信號168的驅(qū)動頻率使得驅(qū)動發(fā)生在MEMS裝置的諧振頻率處。在一些實施例中，這可以用鎖相環(huán)(PLL)系統(tǒng)(未示出)來完成。在圖示的示例中，通過驅(qū)動致動器單元154的驅(qū)動信號168的應用導致用于X-Y速度傳感器組件20A和20D中的每一個的驅(qū)動質(zhì)量塊32在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43以驅(qū)動信號168的驅(qū)動頻率振蕩。此外，由于通過耦合彈簧結(jié)構(gòu)104與X-Y速度傳感器組件20A和20D互連，用于Z-速度傳感器組件 50B和50C中的每一個的驅(qū)動質(zhì)量塊54將在平移驅(qū)動方向64以驅(qū)動信號168的驅(qū)動頻率振蕩。響應于將驅(qū)動信號168應用于速度傳感器組件2(^、5(?、50(:、以及200451(:166接收來自驅(qū)動監(jiān)測單元160的監(jiān)測信號170。通過ASIC166使用監(jiān)測信號170來監(jiān)測驅(qū)動質(zhì)量塊32和54的驅(qū)動位移和相位。
[0064]在圖示的示例中，兩個驅(qū)動致動器單元154用于驅(qū)動四個速度傳感器組件20A、50B、50C和20D。這種類型的配置可以實現(xiàn)空間效率。在其它實施例中，然而，附加驅(qū)動致動器單元154可以被實現(xiàn)為每個速度傳感器組件具有一個或多個驅(qū)動致動器單元154。例如，在這個示例中，兩個驅(qū)動致動器單元154可以被實現(xiàn)為每個速度傳感器組件具有兩個驅(qū)動致動器單元154。驅(qū)動致動器單元154表示各種各樣的驅(qū)動系統(tǒng)配置和技術(shù)。然而，在各種實施例中，驅(qū)動系統(tǒng)將以特定驅(qū)動頻率將相同的驅(qū)動信號供應到所有驅(qū)動致動單元。
[0065]由于X-Y速度傳感器20A和20D通過耦合彈簧結(jié)構(gòu)80互連，X-Y速度傳感器20A和20D的驅(qū)動質(zhì)量塊32將以驅(qū)動頻率相對于彼此反相振蕩。類似地，由于Z速度傳感器50C和50B通過另一個耦合彈簧結(jié)構(gòu)80互連，速度傳感器50C和50B的驅(qū)動質(zhì)量塊54也將以驅(qū)動頻率相對于彼此反相振蕩。反相運動由相反指向的箭頭對43和64表示。X-Y速度傳感器20A和Z速度傳感器50B通過耦合彈簧結(jié)構(gòu)104的互連，以及X-Y速度傳感器20D和Z速度傳感器50C通過另一個耦合彈簧結(jié)構(gòu)104的互連，這迫使線性加速度分量的抑制。就是說，在平行于X-軸24的方向和/或平行于Y-軸26的方向上的線性加速度下，系統(tǒng)是平I度傳感器裝置。
3 120的第一和第二彈簧元件122和124被4的方向是彈性的(即，可變形的)并且在平耦合彈簧結(jié)構(gòu)80的耦合彈簧82被適當?shù)叵蚴菑椥缘牟⑶以谄叫杏谳S24的方向括具有固定驅(qū)動元件156和可移動驅(qū)動元1中，固定驅(qū)動元件156可以與襯底30耦合擇簧結(jié)構(gòu)120的樞軸桿126。憑借著附接至6是可移動的。相反，由于其固定附接至襯卜158是固定的。如上所討論的，如同1213:件162和可移動監(jiān)測元件164的驅(qū)動監(jiān)測驅(qū)動信號168供應到驅(qū)動致動器單元154。動信號168的應用，使得耦合彈簧結(jié)構(gòu)120樞軸轉(zhuǎn)動。樞軸桿126的運動導致用于XI122耦合至樞軸桿126的臂140以及耦合至X-Y速度傳感器20A。同一耦合彈簧結(jié)構(gòu)120的第二彈簧元件124耦合至樞軸桿126的臂142以及耦合至Z-速度傳感器50B。類似地，另一個耦合彈簧結(jié)構(gòu)120的第二彈簧元件124耦合至樞軸桿126的臂142以及耦合至X-Y速度傳感器20D，并且同一耦合彈簧結(jié)構(gòu)120的第一彈簧元件122耦合至樞軸桿126的臂140以及耦合至Z速度傳感器50C。
[0073]X-Y速度傳感器20A和20D中的每一個顯示了中線174，并且Z速度傳感器50B和50C中的每一個也顯不了中線176。在一個實施例中,第一彈簧兀件122從中線174偏移地耦合至X-Y速度傳感器20A并且第二彈簧元件124沿著中線176或在中線176處耦合至Z速度傳感器50B。同樣，第二彈簧元件124從中線174偏移地耦合至X_Y速度傳感器20D并且第一彈簧元件122沿著中線176或在中線176處耦合至Z速度傳感器50C。彈簧元件122和124相對于中線174的偏移附接導致X-Y速度傳感器20Α和20D的驅(qū)動質(zhì)量塊32(圖1)在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43上的運動。此外，彈簧元件124和122相對于中線176的中線附接導致Z速度傳感器50Β和50C的驅(qū)動質(zhì)量塊54 (圖4)在平移驅(qū)動方向64上的運動。
[0074]此外，X-Y速度傳感器20Α和20D的驅(qū)動質(zhì)量塊32在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43上的運動相對于Z速度傳感器50Β和50C的驅(qū)動質(zhì)量塊54在平移驅(qū)動方向64上的運動的比可以通過適當布置鏈接彈簧(例如，附接至X-Y速度傳感器20Α的第一彈簧元件122和附接至X-Y速度傳感器20D的第二彈簧元件124)來調(diào)節(jié)。
[0075]圖13-圖16提供了 MEMS多軸速度傳感器裝置的附加示例。在下面的圖中，為簡單起見，沒有示出驅(qū)動致動器單元154、驅(qū)動監(jiān)測單元160、ASIC166、以及驅(qū)動信號168。然而，應理解，結(jié)合下面所提供的MEMS裝置示例，可以很容易地實現(xiàn)這些元件。此外，下面的圖中的每一個都示出了兩個X-Y速度傳感器組件20。在各種實施例中，X-Y速度傳感器組件20兩者都可以被定向為感測繞同一軸(例如，X-軸24或Y-軸26)的角輸入以產(chǎn)生雙軸速度傳感器。替代地，X-Y速度傳感器組件可以被適當?shù)囟ㄏ颍沟肵-Y速度傳感器組件20中的每一個感測繞不同軸(例如，X-軸24和Y-軸26)的角輸入以產(chǎn)生三軸速度傳感器。
[0076]圖13示出了根據(jù)一個示例實施例的MEMS裝置178。MEMS裝置178包括與下層襯底30為間隔開關(guān)系的X-Y速度傳感器20A、Z速度傳感器50B、Z速度傳感器50C、以及X-Y速度傳感器20D。耦合彈簧結(jié)構(gòu)120位于每對速度傳感器組件之間。如此，耦合彈簧結(jié)構(gòu)120位于包括X-Y速度傳感器20A和20D的一對速度傳感器組件和包括Z速度傳感器50B和50C的另一對速度傳感器組件之間。
[0077]X-Y速度傳感器20A和Z速度傳感器50B通過耦合彈簧結(jié)構(gòu)120的樞軸桿彈簧配置互連。具體的，耦合彈簧結(jié)構(gòu)120還包括耦合至臂140和Z-速度傳感器50B中的每一個的第三彈簧元件180。因此，X-Y速度傳感器20A和Z速度傳感器50B通過第一彈簧元件122、樞軸桿126、以及第三彈簧元件180耦合。Z-速度傳感器50B和Z速度傳感器50C也通過耦合彈簧結(jié)構(gòu)120的樞軸桿彈簧配置互連。具體的，耦合彈簧結(jié)構(gòu)120還包括耦合至樞軸桿126的臂142和Z速度傳感器50C中的每一個的第四彈簧元件182。因此，Z-速度傳感器50B和50C通過第三彈簧元件180、樞軸桿126和第四彈簧元件182耦合。Z速度傳感器50C和X-Y速度傳感器20D通過耦合彈簧結(jié)構(gòu)120的樞軸桿彈簧配置互連。具體的，Z-速度傳感器50C和X-Y速度傳感器20D通過第四彈簧元件182、樞軸桿126、以及第二彈簧元件124耦合。以及最后，X-Y速度傳感器20D和X-Y速度傳感器20A通過耦合彈簧結(jié)構(gòu)92-互連。
[0078]第一、第二、第三和第四彈簧元件122、128、180和182在平行于Y-軸26的方向是彈性的，并且在平行于X-軸24的方向是非彈性的(即，剛性的)。耦合彈簧結(jié)構(gòu)82的彈簧94在平行于X-軸24的方向是彈性的，并且在平行于Y-軸26的方向是非彈性的(即，剛性的)。當被驅(qū)動系統(tǒng)(未示出)致動時，樞軸桿126繞以錨136為中心的樞軸的樞軸運動、以及彈簧元件122、124、180和182平行于Y-軸26的彈性導致Z速度傳感器50B和50C的驅(qū)動質(zhì)量塊54 (圖4)在平移驅(qū)動方向64進行運動。此外，當被驅(qū)動系統(tǒng)致動時,樞軸桿126的樞軸運動和耦合彈簧94在平行于X-軸24的方向的彈性導致X-Y速度傳感器20A和20D在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43進行運動。
[0079]Z速度傳感器50B和50C的平移驅(qū)動方向64垂直于彈簧元件122、128、180和182的彈性。因此，平移驅(qū)動方向64將在平行于X-軸24的方向上。耦合彈簧結(jié)構(gòu)120的樞軸桿配置導致Z速度傳感器50B和50C以相同的驅(qū)動頻率振蕩，但相對于彼此反相。然而，耦合彈簧結(jié)構(gòu)92的雙彈簧配置和耦合彈簧94在平行于X-軸24的方向上的彈性導致X-Y速度傳感器20A和20D以相同的驅(qū)動頻率振蕩，且相對于彼此同相。
[0080]圖14示出了根據(jù)一個示例實施例的MEMS裝置186。MEMS裝置186包括與下層襯底30為間隔開關(guān)系的X-Y速度傳感器20A、Z速度傳感器50B、Z速度傳感器50C、以及X-Y速度傳感器20D。然而，不同于先前的實施例，MEMS裝置186的X-Y速度傳感器20A、Z速度傳感器50B、Z速度傳感器50C和X-Y速度傳感器20D被布置為一行188。就是說，Z速度傳感器50B設(shè)置在X-Y速度傳感器20A旁邊、Z速度傳感器50C設(shè)置在Z速度傳感器50B旁邊，以及X-Y速度傳感器20D設(shè)置在Z-速度傳感器50C旁邊。
[0081]在該所示的實施例中，來自耦合彈簧結(jié)構(gòu)92(如圖8)的單個耦合彈簧94互連X-Y速度傳感器20A和Z-速度傳感器50B。Z速度傳感器50B和Z速度傳感器50C通過耦合彈簧結(jié)構(gòu)80的雙彈簧配置互連。Z速度傳感器50C和X-Y速度傳感器20D通過來自耦合彈簧結(jié)構(gòu)92的單個耦合彈簧94互連。由于MEMS裝置186的X-Y速度傳感器20A、Z速度傳感器50B、Z速度傳感器50C和X-Y速度傳感器20D被布置在行188中，因此沒有耦合彈簧結(jié)構(gòu)將X-Y速度傳感器20D與X-Y速度傳感器20A互連。
[0082]耦合彈簧94被定向為在平行于Y-軸26的方向是彈性的，并且在平行于X-軸24的方向基本上是非彈性的(即，剛性的)。相反，耦合彈簧結(jié)構(gòu)80的耦合彈簧82被定向為在平行于X-軸24的方向是彈性的，并且在平行于Y-軸26的方向大體上是非彈性的(即，剛性的)。因此，當被驅(qū)動系統(tǒng)(未示出)致動時，X-Y速度傳感器20A和20D將在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43以相同的驅(qū)動頻率振蕩，但相對于彼此反相。此外，當被驅(qū)動系統(tǒng)致動時，Z速度傳感器50B和50C將在平移驅(qū)動方向64以相同的驅(qū)動頻率振蕩，但也相對于彼此反相。
[0083]圖15示出了根據(jù)一個示例實施例的MEMS裝置190。MEMS裝置190包括與下層襯底30為間隔開關(guān)系的X-Y速度傳感器20A、Z速度傳感器50B、Z速度傳感器50C和X-Y速度傳感器20D。此外，MEMS裝置190的X-Y速度傳感器20A、Z速度傳感器50B、Z速度傳感器50C和X-Y速度傳感器20D設(shè)置在彼此旁邊，并被布置為一行188。
[0084]在該所示的實施例中，耦合彈簧結(jié)構(gòu)80的雙彈簧配置互連X-Y速度傳感器20A和Z速度傳感器50B。Z速度傳感器50B和Z速度傳感器50C通過耦合彈簧結(jié)構(gòu)120的樞軸桿配置互連。Z速度傳感器50C和X-Y速度傳感器20D通過另一個耦合彈簧結(jié)構(gòu)80的雙彈簧配置互連。再次，由于MEMS裝置186的X-Y速度傳感器20A、Z速度傳感器50B、Z速度傳感器50C和X-Y速度傳感器20D被布置為一行188，因此沒有耦合彈簧結(jié)構(gòu)將X-Y速度傳感器20D與X-Y速度傳感器20A互連。
[0085]耦合彈簧結(jié)構(gòu)80的耦合彈簧82被定向為在平行于X-軸24的方向是彈性的并且在平行于Y-軸26的方向是非彈性的(即，剛性的)。此外，耦合彈簧結(jié)構(gòu)120的第一和第二彈簧元件122和124被定位為在平行于X-軸24的方向是彈性的并且在平行于Y-軸26的方向是大體上非彈性的(即，剛性的)。當被驅(qū)動系統(tǒng)(未示出)致動時，樞軸桿126繞以錨136為中心的樞軸的樞軸運動將導致X-Y速度傳感器20A和20D在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43以相同的驅(qū)動頻率振蕩，并相對于彼此同相。此外，當被驅(qū)動系統(tǒng)致動時,Z速度傳感器50B和50C將在平行于Y-軸26的平移驅(qū)動方向64以相同的驅(qū)動頻率振蕩，并相對于彼此反相。
[0086]圖16示出了根據(jù)一個示例實施例的MEMS裝置192。MEMS裝置192包括與下層襯底30為間隔開關(guān)系的X-Y速度傳感器20A、Z速度傳感器50B、Z速度傳感器50C和X-Y速度傳感器20D。此外，MEMS裝置192的X-Y速度傳感器20A、Z速度傳感器50B、Z速度傳感器50C和X-Y速度傳感器20D設(shè)置在彼此旁邊，并被布置為一行188。
[0087]在該所示的實施例中，耦合彈簧結(jié)構(gòu)80的雙彈簧配置互連X-Y速度傳感器20A和Z速度傳感器50B。Z速度傳感器50B和Z速度傳感器50C通過耦合彈簧結(jié)構(gòu)120的樞軸桿配置互連。Z速度傳感器50C和X-Y速度傳感器20D通過另一個耦合彈簧結(jié)構(gòu)80的雙彈簧配置互連。此外，耦合彈簧結(jié)構(gòu)120包括在X-Y速度傳感器20A和樞軸桿126的臂142之間互連的第三彈簧元件194、以及在X-Y速度傳感器20D和樞軸桿126的臂140之間互連的第四彈簧元件196。
[0088]耦合彈簧結(jié)構(gòu)80的耦合彈簧82被定向為在平行于X-軸24的方向是彈性的并且在平行于Y-軸26的方向是大體上非彈性的(即，剛性的)。此外，耦合彈簧結(jié)構(gòu)120的第一、第二、第三和第四彈簧元件122、124、194、196被定向為在平行于X-軸24的方向是彈性的并且在平行于Y-軸26的方向是非彈性的(B卩，剛性的)。當被驅(qū)動系統(tǒng)(未示出)致動時，樞軸桿126繞以錨136為中心的樞軸的樞軸運動將導致X-Y速度傳感器20A和20D在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向43以相同的驅(qū)動頻率振蕩，并相對于彼此反相。此外，當被驅(qū)動系統(tǒng)致動時,Z速度傳感器50B和50C將在平行于Y-軸26的平移驅(qū)動方向64以相同的驅(qū)動頻率振蕩，并相對于彼此反相。
[0089]在一個實施例中，MEMS裝置包括具有平面表面的襯底、第一速度傳感器、以及第二速度傳感器。所述第一和第二速度傳感器與襯底為間隔開的關(guān)系，并且所述第一和第二速度傳感器被配置為平行于所述平面表面振蕩。所述MEMS裝置還包括與所述第一和第二速度傳感器中的至少一個通信用于提供表現(xiàn)驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號的驅(qū)動元件以及互連所述第一和第二速度傳感器的第一耦合彈簧。所述第一耦合彈簧在由所述耦合彈簧決定的驅(qū)動方向允許所述第一和第二速度傳感器以所述驅(qū)動頻率振蕩，其中用于所述第一速度傳感器的所述驅(qū)動方向是與第一軸相關(guān)聯(lián)的第一驅(qū)動方向以及用于所述第二速度傳感器的所述驅(qū)動方向是與第二軸相關(guān)聯(lián)的第二驅(qū)動方向，所述第二軸垂直于所述第一軸。
[0090]在另一個實施例中，MEMS裝置包括具有平面表面的襯底和多個速度傳感器。所述速度傳感器與所述襯底為間隔開的關(guān)系，并且所述速度傳感器中的每一個被配置為平行于所述平面表面振蕩。所述MEMS裝置還包括與所述速度傳感器中的至少一個通信用于提供構(gòu)節(jié)省了傳感器大小、復雜性和成本。
明主題的原理，但應清楚地理解，該描述僅范圍上的限制。此外，這里采用的措辭或術(shù)曼明主題的一般本質(zhì)，使得其他人可以通過2用，而不脫離一般概念。因此，這樣的適應本發(fā)明主題包含所有這樣的替代、修改、等
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【權(quán)利要求】
1.一種微機電系統(tǒng)MEMS裝置,包括: 第一速度傳感器； 第二速度傳感器，所述第一和第二速度傳感器被配置為平行于平面表面振蕩； 驅(qū)動元件，與所述第一和第二速度傳感器中的至少一個通信，用于提供表現(xiàn)驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號；以及 第一耦合彈簧結(jié)構(gòu)，互連所述第一和第二速度傳感器，所述第一耦合彈簧結(jié)構(gòu)在由所述耦合彈簧結(jié)構(gòu)決定的驅(qū)動方向上允許所述第一和第二速度傳感器以所述驅(qū)動頻率振蕩，其中用于所述第一速度傳感器的所述驅(qū)動方向是與第一軸相關(guān)聯(lián)的第一驅(qū)動方向以及用于所述第二速度傳感器的所述驅(qū)動方向是與第二軸相關(guān)聯(lián)的第二驅(qū)動方向，所述第二軸垂直于所述第一軸。
2.如權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中所述第一和第二速度傳感器中的每一個均包括: 具有中央開口的驅(qū)動框架；以及 感測質(zhì)量塊，位于所述中央開口中并且可變形地耦合至所述驅(qū)動框架，其中所述第一耦合彈簧結(jié)構(gòu)與所述第一和第二速度傳感器中的所述每一個的所述驅(qū)動框架互連。
3.如權(quán)利要求 1所述的MEMS裝置，其中: 所述第一軸垂直于所述平面表面，所述第一驅(qū)動方向是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向，使得在繞所述第一軸的所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向上驅(qū)動所述第一速度傳感器； 所述第二軸平行于所述平面表面，所述第二驅(qū)動方向是平移驅(qū)動方向，使得在平行于所述第二軸的所述平移驅(qū)動方向上驅(qū)動所述第二速度傳感器；以及 互連所述第一和第二速度傳感器的所述第一耦合彈簧結(jié)構(gòu)在所述平移驅(qū)動方向上是剛性的并且相對于正交于所述第一和第二軸中的每一個的第三軸是彈性的。
4.如權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，還包括: 第三速度傳感器，設(shè)置在所述第二速度傳感器旁邊；以及 第二耦合彈簧結(jié)構(gòu)，互連所述第二和第三速度傳感器，所述第二耦合彈簧結(jié)構(gòu)在由所述第二耦合彈簧結(jié)構(gòu)決定的所述驅(qū)動方向上允許所述第三速度傳感器以所述驅(qū)動頻率振蕩。
5.如權(quán)利要求4所述的MEMS裝置，其中用于所述第三速度傳感器的所述驅(qū)動方向是所述第二驅(qū)動方向，并且所述第二耦合彈簧結(jié)構(gòu)將所述第二和第三速度傳感器的所述振蕩約束為反相運動。
6.如權(quán)利要求4所述的MEMS裝置，其中用于所述第三速度傳感器的所述驅(qū)動方向是所述第二驅(qū)動方向，并且所述第二耦合彈簧結(jié)構(gòu)將所述第二和第三速度傳感器的振蕩約束為同相運動。
7.如權(quán)利要求4所述的MEMS裝置，還包括: 第四速度傳感器，設(shè)置在所述第三速度傳感器旁邊；以及 第三耦合彈簧結(jié)構(gòu)，互連所述第三和第四速度傳感器，所述第三耦合彈簧結(jié)構(gòu)在由所述第三耦合彈簧結(jié)構(gòu)決定的所述驅(qū)動方向上允許所述第四速度傳感器以所述驅(qū)動頻率振蕩。
8.如權(quán)利要求7所述的MEMS裝置，其中所述第一、第二、第三和第四速度傳感器被布置為一行。
9.如權(quán)利要求7所述的MEMS裝置，其中:所述第一、第二、第三和第四速度傳感器被布置為圍繞所述平面表面的中央位置；以及所述MEMS裝置還包括在所述第一和第四速度傳感器之間互連的第四耦合彈簧結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中所述第一耦合彈簧結(jié)構(gòu)包括: 第一彈簧元件，耦合至所述第一速度傳感器； 第二彈簧元件，耦合至所述第二速度傳感器；以及 樞軸桿，具有耦合至所述平面表面的錨，所述樞軸桿被配置為圍繞以所述錨為中心并且垂直于所述平面表面的樞軸振蕩，所述第一彈簧元件耦合至所述樞軸桿，并且所述第二彈簧元件耦合至所述樞軸桿。
11.如權(quán)利要求10所述的MEMS裝置，其中: 所述第一速度傳感器顯示了以平行于所述平面表面取向的第一中線，所述第一彈簧元件在從所述第一中線偏移的位置處與所述第一速度傳感器耦合；以及所述第二速度傳感器顯示了以平行于所述平面表面并且平行于所述第一中線取向的第二中線，所述第二彈簧元件沿著所述第二中線在第二位置處與所述第二速度傳感器耦口 ο
12.如權(quán)利要求11所述的MEMS裝置，其中: 所述第一軸垂直于所述平面表面，所述第一驅(qū)動方向是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向； 所述第二軸平行于所述平面表面，所述第二驅(qū)動方向是平移驅(qū)動方向；以及所述第一和第二彈簧元件在所述平移驅(qū)動方向是剛性的并且相對于正交于所述第一和第二軸中的每一個的第三軸是彈性的。
13.如權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，還包括: 第三速度傳感器，設(shè)置在所述第二速度傳感器旁邊；以及 第二耦合彈簧結(jié)構(gòu)，互連所述第二和第三速度傳感器，所述第二耦合彈簧結(jié)構(gòu)在由所述第二耦合彈簧結(jié)構(gòu)決定的所述驅(qū)動方向上允許所述第三速度傳感器以所述驅(qū)動頻率振蕩，所述第二耦合彈簧結(jié)構(gòu)包括: 第一彈簧元件，耦合至所述第二速度傳感器； 第二彈簧元件，耦合至所述第三速度傳感器；以及 樞軸桿，具有耦合至所述平面表面的錨，所述樞軸桿被配置為圍繞以所述錨為中心并且垂直于所述平面表面的樞軸振蕩，所述第一彈簧元件耦合至所述樞軸桿，并且所述第二彈簧元件耦合至所述樞軸桿。
14.如權(quán)利要求13所述的MEMS裝置，其中: 所述第二軸平行于所述平面表面，所述第二驅(qū)動方向是平移驅(qū)動方向； 用于所述第三速度傳感器的所述驅(qū)動方向是所述第二驅(qū)動方向； 所述第一和第二彈簧元件在所述平移驅(qū)動方向是剛性的并且相對于正交于所述第一和第二軸中的每一個的第三軸是彈性的。
15.如權(quán)利要求13所述的MEMS裝置，還包括: 第四速度傳感器，設(shè)置在所述第三速度傳感器旁邊，使得所述第一、第二、第三和第四速度傳感器被布置為一行；第三耦合彈簧結(jié)構(gòu)，互連所述第三和第四速度傳感器，所述第三耦合彈簧結(jié)構(gòu)在由所述第三耦合彈簧結(jié)構(gòu)決定的所述驅(qū)動方向上允許所述第四速度傳感器以所述驅(qū)動頻率振蕩；以及 所述第二耦合彈簧結(jié)構(gòu)還包括第三彈簧元件和第四彈簧元件，所述第三彈簧元件耦合至所述第一速度傳感器和所述樞軸桿中的每一個，并且所述第四彈簧元件耦合至所述第四速度傳感器和所述樞軸桿中的每一個。
16.一種微機電系統(tǒng)MEMS裝置，包括: 多個速度傳感器，被配置為平行于平面表面振蕩； 驅(qū)動元件，與所述傳感器中的至少一個通信，用于提供表現(xiàn)驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號；以及耦合彈簧結(jié)構(gòu)，互連所述多個速度傳感器，所述耦合彈簧結(jié)構(gòu)在由所述耦合彈簧結(jié)構(gòu)決定的驅(qū)動方向上允許所述多個速度傳感器中的每一個以所述驅(qū)動頻率振蕩，其中: 用于所述速度傳感器的第一子集的所述驅(qū)動方向是與垂直于所述平面表面的第一軸相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方向，使得所述速度傳感器的所述第一子集被驅(qū)動為圍繞所述第一軸的旋轉(zhuǎn)振蕩；以及 用于所述速度傳感器的第二子集的所述驅(qū)動方向是與平行于所述平面表面的第二軸相關(guān)聯(lián)的平移驅(qū)動方向，使得所述速度傳感器的所述第二子集被驅(qū)動為平行于所述第二軸的平移振蕩。
17.如權(quán)利要求16所述的MEMS裝置，其中所述多個速度傳感器包括: 第一速度傳感器； 第二速度傳感器，通過所述耦合彈簧結(jié)構(gòu)中的第一個與所述第一速度傳感器互連；第三速度傳感器，通過所述耦合彈簧結(jié)構(gòu)中的第二個與所述第二速度傳感器互連；第四速度傳感器，通過所述耦合彈簧結(jié)構(gòu)中的第三個與所述第三速度傳感器互連，其中所述第一和第四速度傳感器形成被配置為經(jīng)歷所述旋轉(zhuǎn)振蕩的所述速度傳感器的所述第一子集以及所述第二和第三速度傳感器形成被配置為經(jīng)歷所述平移振蕩的所述速度傳感器的所述第二子集。
18.如權(quán)利要求17所述的MEMS裝置，其中所述耦合彈簧結(jié)構(gòu)中的所述第二個將所述第二和第三速度傳感器的所述平移振蕩約束為反相運動。
19.一種微機電系統(tǒng)MEMS裝置，包括: 第一速度傳感器； 第二速度傳感器； 第三速度傳感器； 第四速度傳感器，所述第一、第二、第三和第四速度傳感器被配置為平行于平面表面振蕩； 驅(qū)動元件，與所述第一、第二、第三和第四速度傳感器中的至少一個通信，用于提供表現(xiàn)驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號；以及 多個耦合彈簧結(jié)構(gòu)，包括互連所述第一和第二速度傳感器的第一耦合彈簧結(jié)構(gòu)、互連所述第二和第三速度傳感器的第二耦合彈簧結(jié)構(gòu)、互連所述第三和第四速度傳感器的第三耦合彈簧結(jié)構(gòu)、以及互連所述第一和第四速度傳感器互連的第四耦合彈簧結(jié)構(gòu)，所述多個耦合彈簧結(jié)構(gòu)在由所述耦合彈簧結(jié)構(gòu)決定的驅(qū)動方向上允許所述多個速度傳感器中的每一個以所述驅(qū)動頻率振蕩，其中用于所述第一和第四速度傳感器的所述驅(qū)動方向是與第一軸相關(guān)聯(lián)的第一驅(qū)動方向，以及用于所述第二和第三速度傳感器的所述驅(qū)動方向是與第二軸相關(guān)聯(lián)的第二驅(qū)動方向，所述第二軸垂直于所述第一軸。
20.如權(quán)利要求19所述的MEMS裝置，其中: 所述第一耦合彈簧結(jié)構(gòu)包括耦合至所述第一速度傳感器的第一彈簧元件、耦合至所述第二速度傳感器的第二彈簧元件、以及具有耦合至所述平面表面的第一錨的第一樞軸桿，所述第一樞軸桿被配置為圍繞以所述第一錨為中心并且垂直于所述平面表面的第一樞軸振蕩，所述第一和第二彈簧元件中的每一個耦合至所述第一樞軸桿；以及 所述第三耦合彈簧結(jié)構(gòu)包括耦合至所述第三速度傳感器的第三彈簧元件、耦合至所述第四速度傳感器的第四彈簧元件、以及具有耦合至所述平面表面的第二錨的第二樞軸桿，所述第二樞軸桿被配置為圍繞以所述第二錨為中心并且垂直于所述平面表面的第二樞軸振蕩，所述第三和第四彈簧元件中的每一個耦合至所述第二樞軸桿，并且所述第二樞軸桿被配置為與所述第一 樞軸桿同步振蕩。
【文檔編號】G01P3/44GK104049101SQ201410095382
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】A·C·邁克奈爾, 林義真 申請人:飛思卡爾半導體公司