[發明專利]微型角速度傳感器

有效

• 申請號: 201210151254.4
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN103424110A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 焦繼偉;王敏昌
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01C19/5712
• 分類號: G01C19/5712;G01C19/5733
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及一種微型角速度傳感器，特別是涉及一種微型三軸角速度傳感器，屬于微電子機械系統領域。

背景技術

角速度傳感器在汽車導航和控制系統、攝像機消振系統等領域獲得廣泛應用。利用微電子機械加工技術（Micro-Electro-Mechanical?Technology）制作的微機械角速度傳感器（微型角速度傳感器），具有成本低、可批量生產、穩定性好等優點。微型角速度傳感器，以驅動方式劃分，主要有靜電式、壓電式、電磁式等；以檢測方式劃分，主要有電容式、壓阻式、壓電式等；以檢測方向劃分，主要有單軸、雙軸、三軸等。

最早的微型三軸角速度傳感器為三驅動設計，也就是將三個微型單軸角速度傳感器拼在一起（如Invensense的ITG3200,詳見Integrated?Multiaxis?Motion?Sensor,US?2010/0071467A1）。而后，為了達到工藝的一致性，功耗低，面積小的要求，又提出單驅動設計的微型三軸角速度傳感器，其中，STM的L3G4200D和VTI的CMR3000是單驅動微型三軸角速度傳感器的代表。單驅動微型三軸角速度傳感器的基本設計思路是通過彈性梁的連接使兩個或三個質量塊能夠彼此連動，而且在一個驅動結構的作用下，這些質量塊能夠沿著（繞著）至少兩個方向運動（轉動）。所以，每個方向的外部角速度都會造成特定的質量塊上的Coriolis效應(科里奧利效應)，使與檢測質量塊相連的梳齒結構的靜電電容發生正比例變化，通過檢測這種變化可以獲得相應的被檢測外部角速度值，從而實現三個彼此正交方向的外部角速度檢測。

L3G4200D（詳見Integrated?Microelectromechanical?Gyroscope?with?Improved?Driving?Structure,US?2011/0154898A1）采用了兩組（各兩個）運動方向彼此垂直的質量塊相連接的結構。其中一組質量塊為驅動質量塊，可以沿X方向運動，也可沿面外的Z方向運動；另外一組質量塊為從動質量塊，可以沿Y方向運動，也可沿X方向或Z方向運動；連接兩組質量塊的彈性梁與X方向成45°角。當驅動質量塊沿X方向反相運動時，從動質量塊會在連接梁的作用下沿Y方向反相運動。這樣，驅動質量塊可以檢測Y方向的外部角速度；從動質量塊可以檢測X方向和Z方向的外部角速度。

CMR3000（詳見Vibrating?Micro-Mechanical?Sensor?of?Angular?Velocity，US?2009/0260437A1）為兩個平動質量塊和一個轉動質量塊連接的結構。其中，平動質量塊呈框狀，可以沿Y方向運動，內部連接著Z方向角速度的檢測結構，與一般的Z方向角速度的檢測結構無異；所述轉動質量塊位于二平動驅動質量塊之間，通過彈性梁與平動質量塊連接，可繞Z方向轉動，也可繞X方向或Y方向轉動。驅動狀態下，兩個平動質量塊沿Y方向反相運動，從而轉動質量塊在連接梁的作用下會繞Z方向轉動。檢測模態下，反相運動的平動質量塊可以檢測Z方向的外部角速度；轉動質量塊則可以檢測X方向和Y方向的外部角速度。

上述兩種設計均采用彼此連動的多個質量塊實現三個彼此正交方向的角速度的檢測，但是，二者存在一個相同的問題，即都是只使用一組（個）質量塊（L3G4200D中的從動質量塊和CMR3000中的轉動質量塊）檢測相互垂直的兩個方向角速度。當多個方向的角速度同時需要檢測時，這些質量塊的運動會變得非常復雜，使得軸與軸間的信號耦合變得顯著。以CMR3000為例，當X方向和Y方向的角速度同時需要檢測時，轉動質量塊的運動變得復雜。這樣，X方向的外部角速度會造成Y方向的檢測信號輸出，同樣，Y方向的外部角速度也會造成X方向的檢測信號輸出，從而使此二方向的信號耦合變得比較顯著，并造成相互間的干擾，降低了同時被檢測的兩個方向（X和Y方向）的外部角速度檢測精度。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種微型角速度傳感器，用于解決現有技術中只采用一個質量塊同時檢測兩個方向的外部角速度導致檢測信號耦合顯著，從而降低檢測精度的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種微型角速度傳感器，至少包括：

第一基板，包括位于其上表面的檢測電極；

第二基板，位于所述第一基板上表面，包括：

兩個驅動質量塊，懸于第一基板上，可沿第一方向運動且對稱分布在垂直于第一方向的第二方向兩側；