[發明專利]MEMS器件的彈簧系統

無效

• 申請號: 201410056521.9
• 申請日: 2014-02-19
• 公開（公告）號: CN103994760A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 安德魯·C·麥克耐爾;加里·G·李
• 申請（專利權）人: 飛思卡爾半導體公司
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 李寶泉;周亞榮

技術領域

本發明通常涉及微機電系統（MEMS）器件。更具體地說，本發明涉及不易受同相運動影響的MEMS器件。

背景技術

近年來，微機電系統（MEMS）技術取得了廣泛的關注，因為它提供了一種制造非常小的機械結構并且能使用常規的批量半導體處理技術將這些結構與電器件集成在單一襯底上的方法。MEMS的一個常見的應用是傳感器器件的設計和制造。MEMS傳感器器件被廣泛用于例如汽車、慣性制導系統、家用電器、游戲器件、各種器件的保護系統、以及許多其它的工業、科學、以及工程系統的應用中。MEMS傳感器的一個例子是MEMS角速率傳感器。角速率傳感器感測繞著一個或多個軸的角速度或角速率。

附圖說明

當結合附圖考慮時參閱詳細說明書以及權利要求，對本發明可以有比較完整的理解。其中在整個附圖中類似的參考符號表示相同的元件，以及：

圖1示出了現有技術的角速率傳感器的俯視圖；

圖2示出了在兩個操作模式下的現有技術的角速率傳感器的驅動質量塊的概念模型；

圖3示出了根據實施例的角速率傳感器的俯視圖；

圖4示出了圖3的角速率傳感器的一部分的俯視圖；

圖5示出了根據實施例的通過彈簧系統耦合的圖3的角速率傳感器的驅動質量塊的概念模型；

圖6示出了示范驅動質量塊在第一方向的反相運動的圖5的概念模型；以及

圖7示出了示范驅動質量塊在第二方向的反相運動的圖5的概念模型。

具體實施方式

參照圖1和圖2，圖1示出了現有技術的角速率傳感器20的俯視圖以及圖2示出了在兩個操作模式下的現有技術的角速率傳感器20的驅動質量塊的概念模型21。現有技術的角速率傳感器20在本發明中被提供以說明在現有技術設計中可能發生的不希望的同相運動。角速率傳感器20通常被配置為感測繞著被稱為輸入軸22的軸旋轉的角速率。在所圖示的配置中，輸入軸22是在三維坐標系統的X-軸。按照慣例，角速率傳感器20被圖示為在X-Y平面24中具有基本平面的結構，其中Z-軸26延伸到頁外，垂直于圖1的X-Y平面24。

角速率傳感器20包括襯底28、驅動質量塊30、另一個驅動質量塊32、傳感質量塊34以及各種機械聯動裝置。在圖1的示例中，傳感質量塊34是感測框架，以及驅動質量塊30和32位于延伸通過傳感質量塊34的中心開口36。驅動質量塊32遠離驅動質量塊30橫向部署于X-Y平面24中，以及驅動質量塊30和32圍繞輸入軸22相對于彼此對稱放置。

連接彈簧組件38將驅動質量塊30和32中的每一個分別耦合于傳感質量塊34。因此，驅動質量塊30和32懸掛于襯底28的表面40上，并且不直接物理附著到襯底28。角速率傳感器20還包括以耦合于傳感質量塊34的扭力彈簧42的形式的彈性支撐元件。扭力彈簧42通過錨44將傳感質量塊34連接到襯底28的表面40。

各種傳導板或電極連同角速率傳感器20的其它固定組件可以形成于襯底28的表面40上。在該簡化說明中，電極包括被用于感測角速率傳感器20圍繞X-軸22的旋轉的傳感電極46和48。電極46和48在圖1中被上覆的傳感質量塊34遮住。因此，在圖1中，電極46和48用虛線的形式表示以說明它們相對于傳感質量塊34的物理放置。

驅動系統位于中心開口36中。驅動系統50包括被配置為振蕩驅動質量塊30和32的驅動元件集合。驅動元件的每個集合包括被稱為可移動指狀物52和固定指狀物54的電極對。在所示出的示例中，可移動指狀物52耦合于每一個驅動質量塊30和32并且從其延伸以及固定指狀物54被固定到襯底28的表面40。固定指狀物54與可移動指狀物52彼此間隔開并且與可移動指狀物52以交叉布置來定位。由于它們附著于驅動質量塊30和32，可移動指狀物52可與驅動質量塊30和32一起移動。相反，由于它們固定地附著于襯底28，固定指狀物54相對于可移動指狀物52是靜止的。

驅動質量塊30和32可以被配置為在X-Y平面24中經受振蕩運動。通常，交流電（AC）電壓作為驅動信號可以通過驅動電路（未示出）被應用于固定指狀物54以使驅動質量塊30和32在三維坐標系統中沿著驅動軸56即Y-軸振蕩。驅動質量塊結構30和32通過耦合彈簧58被聯接在一起以沿著Y-軸56在相對方向上即反相運動。