[發明專利]制作具有垂直集成電子產品及晶片規模氣密封裝的X-Y軸雙質量塊調諧叉陀螺儀的方法

有效

• 申請號: 200680048919.1
• 申請日: 2006-11-17
• 公開（公告）號: CN101663586A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 史蒂文·S·納西里;約瑟夫·西格;馬丁·利姆;安東尼·弗朗西斯·小弗蘭納里;亞歷山大·卡斯特羅
• 申請（專利權）人: 因文森斯公司
• 主分類號: G01P3/00
• 分類號: G01P3/00
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 孟 銳

技術領域

本發明涉及角速度傳感器，且更特定來說涉及具有兩個振蕩檢測質量塊的平 面內角速度傳感器。

背景技術

常常使用慣性傳感器來執行對角速度的感測。廣泛地說，慣性角速度傳感器 通過驅動所述傳感器進行第一運動并測量所述傳感器的第二運動來起作用，所述 第二運動響應于所述第一運動及待感測的角速度兩者。

常常由致動器驅動傳感器內的質量塊(通常稱作檢測質量塊)使其振蕩。傳 感器的旋轉向振蕩質量塊傳遞科里奧利(Coriolis)力，所述科里奧利(Coriolis) 力與角速度(或旋轉速率)成比例且取決于角速度向量相對于所述檢測質量塊的 速度向量的定向。所述科里奧利(Coriolis)力、所述角速度向量及所述質量速度 向量相互垂直。例如，在繞Y軸旋轉的傳感器內沿X方向移動的檢測質量塊會 經受Z方向上的科里奧利(Coriolis)力。類似地，在繞Z軸旋轉的傳感器內沿X 方向移動的檢測質量塊會經受Y方向上的科里奧利(Coriolis)力。最后，在繞X 軸旋轉的傳感器內沿X方向移動的檢測質量塊不會經受科里奧利(Coriolis)力。 傳遞給檢測質量塊的科里奧利(Coriolis)力通常是通過測量傳感器內響應于所述 科里奧利(Coriolis)力的運動而間接感測到的。

最近，微機械加工技術(也稱作MEMS技術)的發展已導致各種MEMS角 速度慣性傳感器的發展。MEMS技術主要是一種平面技術，其中適用于驅動平面 內運動的MEMS致動器往往與適用于驅動平面外運動的MEMS致動器顯著地不 同。類似地，適用于測量響應于科里奧利(Coriolis)力的平面內運動的MEMS 傳感器往往與適用于測量響應于科里奧利(Coriolis)力的平面外運動的MEMS 傳感器顯著地不同。這些不同既是結構上的不同也是性能上的不同。

為檢測由上述質量速度、角速度及科里奧利(Coriolis)力的相互垂直而引 起的平面內角速度分量，平面內MEMS角速度傳感器必須驅動平面外運動或感 測平面外運動。相反，為檢測平面外角速度分量，平面外MEMS角速度傳感器 可驅動并感測兩個垂直的平面內運動。由于MEMS技術的平面性質，平面內 MEMS傳感器與平面外MEMS傳感器往往顯著地不同。

某些已知的平面內MEMS角速度傳感器具有兩個經驅動以進行振蕩的檢測 質量塊。例如，卡代爾萊(Cardarelli)的美國專利第6,481,283號教示了一種平 面內MEMS傳感器。在卡代爾萊(Cardarelli)的坐標中，裝置平面為YZ平面。 在第一實施例中，卡代爾萊(Cardarelli)教示了沿+/-Y方向(即，平面內)顫動 的兩個質量塊。繞Z軸的角速度導致所述兩個質量塊上的X方向上的科里奧利 (Coriolis)力。所述兩個質量塊附裝到可繞Z軸旋轉的常平架以使質量塊上X 方向上的力向所述常平架提供Z方向上的扭矩。使所述兩個質量塊顫動以具有相 反方向的速度，因此所述兩個科里奧利(Coriolis)力向繞Z軸的常平架提供凈扭 矩。感測常平架繞Z軸的運動。

在第二實施例中，卡代爾萊(Cardarelli)教示了沿+/-X方向(即，平面外) 顫動的兩個質量塊。繞Z軸的角速度導致所述兩個質量塊上Y方向上的科里奧利 (Coriolis)力。所述兩個質量塊附裝到可繞Z軸旋轉的常平架以使質量塊上Y 方向上的力向常平架提供Z方向上的扭矩。使所述兩個質量塊顫動以具有相反方 向的速度，因此所述兩個科里奧利(Coriolis)力向繞Z軸的常平架提供凈扭矩。 感測常平架繞Z軸的運動。

具有兩個經驅動以進行振蕩的檢測質量塊的另一已知平面內MEMS角速度 傳感器教示于麥考爾(McCall)等人的美國專利第6,508,122號中。麥考爾(McCall) 等人教示了一種具有橫向設置于裝置平面中并沿此平面方向相對于彼此異相顫 動的兩個不相互連接的質量塊的平面內MEMS傳感器。為明確起見，令裝置平 面為XY平面，且令所述顫動為沿X方向。由于Z方向上的科里奧利(Coriolis) 力，當使傳感器繞Y軸旋轉時質量塊沿Z方向振蕩。感測所述質量塊Z方向上 的振蕩。