[實(shí)用新型]一種應(yīng)力隔離的MEMS慣性傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520287630.1
• 申請(qǐng)日: 2015-05-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204643828U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭國(guó)光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 歌爾聲學(xué)股份有限公司
• 主分類號(hào): B81B3/00
• 分類號(hào): B81B3/00;B81B7/02
• 代理公司: 北京博雅睿泉專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11442
• 代理人: 馬佑平;王昭智

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種慣性測(cè)量器件，更具體地，涉及一種基于MEMS制造的慣性測(cè)量器件，例如MEMS加速度計(jì)、陀螺儀、振蕩器等。

背景技術(shù)

目前，隨著消費(fèi)電子和可穿戴設(shè)備的發(fā)展，對(duì)MEMS慣性傳感器的性能提出了越來(lái)越高的要求。人們希望在外界溫度和應(yīng)力變化時(shí)，傳感器的輸出對(duì)其不敏感，而僅對(duì)關(guān)注的慣性信號(hào)作出反應(yīng)。但問(wèn)題在于，MEMS慣性傳感器與外界環(huán)境并不是獨(dú)立的，外界溫度和應(yīng)力變化時(shí)，勢(shì)必引起相應(yīng)的應(yīng)變。外界環(huán)境與傳感器敏感結(jié)構(gòu)之間存在上述應(yīng)變的傳輸路徑，外界溫度和應(yīng)力等影響造成的應(yīng)變會(huì)沿著傳輸路徑傳導(dǎo)到傳感器的敏感結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致傳感器的輸出信號(hào)變化，而傳感器的信號(hào)處理部分無(wú)法區(qū)分是由慣性信號(hào)還是外界因素引起的信號(hào)變化，結(jié)果使得外界因素引起的信號(hào)變化毫無(wú)保留地疊加在慣性信號(hào)上，一并輸出。

圖1是慣性器件通常采用的結(jié)構(gòu)，其包括襯底1和敏感結(jié)構(gòu)4。MEMS芯片的襯底1和敏感結(jié)構(gòu)4之間有氧化層或金屬作為中間結(jié)合層2a，通過(guò)該中間結(jié)合層2a將二者硬連接在一起，敏感結(jié)構(gòu)4一般有多個(gè)錨點(diǎn)，各個(gè)錨點(diǎn)分別通過(guò)中間結(jié)合層2a固定在MEMS芯片的襯底1上。各個(gè)錨點(diǎn)分布比較分散，中間都存在一定的距離，外界溫度和應(yīng)力變化造成的應(yīng)變的大小和方向并不相同，即使差分的設(shè)計(jì)也無(wú)法將這樣的干擾濾除，結(jié)果就會(huì)造成傳感器輸出發(fā)生變化，參考圖2。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的一個(gè)目的是提供一種應(yīng)力隔離的MEMS慣性傳感器的新技術(shù)方案。

根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，提供了一種應(yīng)力隔離的MEMS慣性傳感器，包括襯底，以及位于襯底上方的應(yīng)力隔離層，所述應(yīng)力隔離層通過(guò)第一錨點(diǎn)固定在襯底上，所述應(yīng)力隔離層位于第一錨點(diǎn)兩側(cè)的位置懸置在襯底的上方；在所述應(yīng)力隔離層的上端設(shè)置有敏感結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述第一錨點(diǎn)與應(yīng)力隔離層為一體的。

優(yōu)選地，所述應(yīng)力隔離層的第一錨點(diǎn)與襯底鍵合在一起。

優(yōu)選地，所述敏感結(jié)構(gòu)包括可動(dòng)極板，所述可動(dòng)極板通過(guò)第二錨點(diǎn)懸置在應(yīng)力隔離層的上方。

優(yōu)選地，所述第二錨點(diǎn)與可動(dòng)極板為一體的。

優(yōu)選地，還包括與可動(dòng)極板組成電容結(jié)構(gòu)的固定極板。

優(yōu)選地，所述固定極板固定在應(yīng)力隔離層上與可動(dòng)極板對(duì)應(yīng)的位置。

優(yōu)選地，所述固定極板固定在襯底上與可動(dòng)極板對(duì)應(yīng)的位置；所述應(yīng)力隔離層上位于可動(dòng)極板、固定極板之間的位置設(shè)置有鏤空。

優(yōu)選地，所述襯底、應(yīng)力隔離層、第一錨點(diǎn)為單晶硅材料，在所述第一錨點(diǎn)與襯底之間還設(shè)有絕緣層。

優(yōu)選地，所述第一錨點(diǎn)為一個(gè)，其分布在敏感結(jié)構(gòu)的中心位置；或者，所述第一錨點(diǎn)為多個(gè)，該多個(gè)第一錨點(diǎn)靠近敏感結(jié)構(gòu)的中心分布。

本實(shí)用新型的MEMS慣性傳感器，敏感結(jié)構(gòu)固定在應(yīng)力隔離層上，而應(yīng)力隔離層通過(guò)第一錨點(diǎn)固定在襯底上。在外界的溫度和應(yīng)力變化時(shí)，產(chǎn)生的應(yīng)變從襯底進(jìn)入，通過(guò)第一錨點(diǎn)傳到應(yīng)力隔離層，再傳輸至敏感結(jié)構(gòu)上，也就是說(shuō)，應(yīng)變的傳輸路徑較為單一。在這種情況下，敏感結(jié)構(gòu)的各個(gè)錨點(diǎn)對(duì)應(yīng)變的響應(yīng)是隨應(yīng)力隔離層整體變化的，也就是說(shuō)，使得整個(gè)敏感結(jié)構(gòu)對(duì)溫度和應(yīng)力所產(chǎn)生的應(yīng)變具有一致的響應(yīng)，通過(guò)敏感結(jié)構(gòu)自身的差分結(jié)構(gòu)就可以把這樣的共模信號(hào)完全消除掉，從而使這種外界因素引起的信號(hào)不會(huì)疊加在慣性信號(hào)上，也就是說(shuō)，該傳感器最終輸出的是完全由慣性所引起的信號(hào)變化。

本實(shí)用新型的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，外界溫度和應(yīng)力等影響造成的應(yīng)變會(huì)沿著各自的傳輸路徑傳導(dǎo)到傳感器的敏感結(jié)構(gòu)上，導(dǎo)致傳感器的輸出信號(hào)變化，而傳感器的信號(hào)處理部分無(wú)法區(qū)分慣性信號(hào)還是外界因素引起的信號(hào)變化，結(jié)果毫無(wú)保留的疊加在慣性信號(hào)上，一并輸出。因此，本實(shí)用新型所要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)任務(wù)或者所要解決的技術(shù)問(wèn)題是本領(lǐng)域技術(shù)人員從未想到的或者沒(méi)有預(yù)期到的，故本實(shí)用新型是一種新的技術(shù)方案。

通過(guò)以下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。

附圖說(shuō)明

被結(jié)合在說(shuō)明書中并構(gòu)成說(shuō)明書的一部分的附圖示出了本實(shí)用新型的實(shí)施例，并且連同其說(shuō)明一起用于解釋本實(shí)用新型的原理。

圖1是傳統(tǒng)中慣性傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中慣性傳感器的應(yīng)力傳輸路徑分布圖。

圖3是本實(shí)用新型慣性傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖3中慣性傳感器的應(yīng)力傳輸路徑分布圖。

圖5本實(shí)用新型慣性傳感器另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本實(shí)用新型一種具體實(shí)施方式中慣性傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。