[發明專利]在正交補償電極上具有電容增強的MEMS裝置

在審

• 申請號: 201610987197.1
• 申請日: 2016-11-09
• 公開（公告）號: CN107036591A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 邵鵬
• 申請（專利權）人: 飛思卡爾半導體公司
• 主分類號: G01C19/5712
• 分類號: G01C19/5712
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 倪斌

技術領域

本發明大體上涉及微機電系統(MEMS)裝置。更確切地說，本發明涉及MEMS裝置的電容增強，例如角速率傳感器。

背景技術

近年來，微機電系統(MEMS)技術已經實現廣泛普及，因為它提供了一種方法來制造極小的機械結構并使用常規分批半導體處理技術將這些結構與電氣裝置在單個基板上集成。MEMS的一個常見應用是傳感器裝置的設計和制造。MEMS傳感器裝置廣泛用于汽車、慣性引導系統、家用電器、比賽裝置、用于各種裝置的保護系統以及許多其它工業、科學和工程系統等應用。MEMS傳感器的一個例子是MEMS角速率傳感器。MEMS陀螺傳感器，可替代地被稱作“陀螺儀”、“陀螺測試儀”、“振動速率陀螺儀”、“陀螺儀傳感器”或“橫擺速率傳感器”，其是感測角速度或圍繞一個或多個軸的速度的角速率傳感器。

在振動角速率傳感器中，一個固有的問題是存在所不希望的干擾信號，這個干擾信號被稱作正交運動或正交誤差。正交運動被定義為驅動模式位移到角速率傳感器的感測模式的直接耦合。通常，由于準許感測質量塊響應于正交方向上的驅動模式位移而相對于感測軸振蕩的制造缺陷，正交運動出現在振動角速率傳感器中。這種振蕩可能會與科氏加速度混淆，并在在之后可能會與旋轉速率混淆。正交運動可使裝置產生偏移誤差、動態范圍減小以及噪聲增加。較大的正交誤差甚至可能會使裝置被欄桿圍起來，使得感測質量塊與導電電極接觸，這會潛在地引起與碰撞相關的損害，例如短路。因此，將MEMS角速率傳感器引入到高精確度、低功耗的市場中一直是個問題，其至少部分的原因是誤差源，例如正交運動。

發明內容

無

附圖說明

附圖用來另外示出各種實施例并解釋根據本發明的所有各種原理和優點，在附圖中類似附圖標記貫穿不同的視圖指代相同的或功能類似的元件，各圖不必按比例繪制，附圖與下文的詳細描述一起并入本說明書并且形成本說明書的部分。

圖1以簡化和代表性形式示出了先前技術角速率傳感器的俯視圖；

圖2示出了根據實施例的角速率傳感器的俯視圖；

圖3示出了在相對于彼此的第一位置處的圖2的角速率傳感器的固定電極和可移動電極的放大俯視圖；

圖4示出了在相對于彼此的第二位置處的圖2的角速率傳感器的固定電極和可移動電極的放大俯視圖；

圖5示出了由圖2的角速率傳感器內的固定和可移動電極的實施引起的時變正交補償力的圖表；以及

圖6示出了包括與控制電路通信的圖2的角速率傳感器的傳感器封裝的一般性框圖。

具體實施方式

本文中所公開的實施例涉及微機電系統(MEMS)裝置，例如角速率傳感器，其中實施正交補償單元以抵消或以另外方式補償正交運動。正交補償單元包括固定和可移動電極對，并且固定和可移動電極包括向彼此延伸的擠壓區。當可移動電極進行振蕩運動時，擠壓區周期性地位于每對固定和可移動電極之間，以有效減小可移動和固定電極之間的間隙寬度。補償正交運動所需要的力取決于可移動和固定電極之間的間隙寬度、所施加的電壓以及固定和可移動電極的總重疊面積。減小了的間隙寬度提供電容增強，以降低有效產生正交補償力所需要的電壓與固定和可移動電極的數目。

提供本公開以另外通過能夠實現的方式對在應用時制造和使用根據本發明的各種實施例的最佳模式進行解釋。另外提供本發明以加強對本發明的創造性原理及優點的理解和了解，而不是以任何方式限制本發明。本發明僅通過所附權利要求書界定，所述所附權利要求書包含在發布的本申請案和那些權利要求的所有等效物的懸而未決期間進行的任何修正。

參看圖1，圖1以簡化和代表性形式示出了先前技術角速率傳感器20的俯視圖。一般來說，角速率傳感器20包括撓性耦合到基板24的可移動質量系統22和正交補償單元26。正交補償單元26包括固定電極30和可移動電極32對。更具體地說，每一對的固定電極30從耦合到基板24的錨結構34延伸，每一對的可移動電極32耦合到可移動質量系統22并從可移動質量系統22延伸。因此，可移動電極32可相對于固定電極30移動。在示出的例子中，固定電極30和可移動電極32在第一方向上縱向朝向，所述第一方向對應于三維坐標系統中的X軸36。另外，可移動電極32在第二方向上通過間隙38與固定電極30橫向間隔開，所述第二方向對應于垂直于X軸36的Y軸40。間隙38呈現寬度42，標記為Y₀。