[發(fā)明專利]具有平面內(nèi)正交補(bǔ)償?shù)腗EMS裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810183892.1
• 申請(qǐng)日: 2018-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN108535505A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿龍·A·蓋斯貝格爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 恩智浦美國(guó)有限公司
• 主分類號(hào): G01P3/44
• 分類號(hào): G01P3/44
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 倪斌

MEMS裝置包括質(zhì)量系統(tǒng)，所述質(zhì)量系統(tǒng)能夠沿著驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行振蕩驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)并沿著垂直于所述驅(qū)動(dòng)軸的感測(cè)軸進(jìn)行振蕩感測(cè)運(yùn)動(dòng)。正交補(bǔ)償單元包括固定和可移動(dòng)電極，每個(gè)固定和可移動(dòng)電極沿著所述驅(qū)動(dòng)軸縱向取向。所述可移動(dòng)電極耦合到所述質(zhì)量系統(tǒng)。所述固定電極具有呈現(xiàn)第一階梯式輪廓的第一邊緣且所述可移動(dòng)電極具有面向所述第一邊緣的第二邊緣，所述第二邊緣呈現(xiàn)第二階梯式輪廓。所述固定和可移動(dòng)電極定位成緊鄰配置，使得當(dāng)所述可移動(dòng)電極不進(jìn)行振蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述第一與第二邊緣之間的間隙具有對(duì)應(yīng)于所述第一和第二階梯式邊緣輪廓的變化寬度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及用于例如角速率傳感器等MEMS裝置的平面內(nèi)正交補(bǔ)償。

背景技術(shù)

近年來，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)廣泛普及，因?yàn)樗峁┝艘环N制造極小的機(jī)械結(jié)構(gòu)并使用常規(guī)分批半導(dǎo)體處理技術(shù)將這些結(jié)構(gòu)與電氣裝置在單個(gè)基板上集成的方式。MEMS的一個(gè)常見應(yīng)用是傳感器裝置的設(shè)計(jì)和制造。MEMS傳感器裝置廣泛用于例如汽車、慣性引導(dǎo)系統(tǒng)、家用電器、比賽裝置、用于各種裝置的保護(hù)系統(tǒng)以及許多其它工業(yè)、科學(xué)和工程系統(tǒng)等應(yīng)用。MEMS傳感器的一個(gè)例子是MEMS角速率傳感器。可替代地被稱作“陀螺儀”、“陀螺測(cè)試儀”、“振動(dòng)速率陀螺儀”、“陀螺儀傳感器”或“橫擺速率傳感器”，角速率傳感器感測(cè)角速度或圍繞一個(gè)或多個(gè)軸的速度。

在振動(dòng)角速率傳感器中，一個(gè)固有的問題是存在所不希望的干擾信號(hào)，所述干擾信號(hào)被稱為正交運(yùn)動(dòng)或正交誤差。正交運(yùn)動(dòng)被限定為驅(qū)動(dòng)模式位移到角速率傳感器的感測(cè)模式的直接耦合。通常，由于容許感測(cè)質(zhì)量響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)模式位移相對(duì)于感測(cè)軸振蕩的制造缺陷，正交運(yùn)動(dòng)在振動(dòng)角速率傳感器中發(fā)生。這種振蕩可能會(huì)與科氏加速度混淆，并隨后可能會(huì)與旋轉(zhuǎn)速率混淆。正交運(yùn)動(dòng)可使裝置產(chǎn)生偏移誤差、動(dòng)態(tài)范圍減小以及噪聲增大。大的正交誤差甚至可能會(huì)使裝置軌道化(即，前端電路具有過多輸入信號(hào))，這使得裝置不可用或迫使前端上的輸入范圍變得大，從而減小裝置噪聲性能。因此，將MEMS角速率傳感器引入到高精確度、低功耗的市場(chǎng)中一直是個(gè)問題，其至少部分的原因是誤差源，例如正交運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種MEMS裝置，包括：

耦合到基板且在第一方向上縱向取向的固定電極，所述固定電極具有第一邊緣，所述第一邊緣呈現(xiàn)第一階梯式邊緣輪廓；以及

耦合到可移動(dòng)質(zhì)量系統(tǒng)的可移動(dòng)電極，所述可移動(dòng)電極在所述第一方向上縱向取向，所述可移動(dòng)質(zhì)量系統(tǒng)和所述可移動(dòng)電極被配置成在所述第一方向上進(jìn)行振蕩運(yùn)動(dòng)，所述可移動(dòng)電極具有面向所述第一邊緣的第二邊緣，所述第二邊緣呈現(xiàn)第二階梯式邊緣輪廓，其中當(dāng)所述可移動(dòng)電極不進(jìn)行所述振蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述第一與第二邊緣之間的間隙具有對(duì)應(yīng)于所述第一和第二階梯式邊緣輪廓的變化寬度。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述固定和可移動(dòng)電極彼此側(cè)向隔開且大體上平行于所述基板的表面取向。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述第一邊緣與所述第二邊緣之間的所述間隙具有呈現(xiàn)第一寬度的第一區(qū)域和呈現(xiàn)第二寬度的第二區(qū)域，所述第二寬度小于所述第一寬度。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，呈現(xiàn)所述第一寬度的所述第一區(qū)域的第一長(zhǎng)度按照所述振蕩運(yùn)動(dòng)改變，且呈現(xiàn)所述第二寬度的所述第二區(qū)域的第二長(zhǎng)度按照所述振蕩運(yùn)動(dòng)改變。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述第一和第二寬度中的每一個(gè)不小于所述固定與可移動(dòng)電極之間的最小可允許間距，使得所述固定和可移動(dòng)電極定位成其間具有所述間隙的緊鄰配置，所述最小可允許間距由用來形成所述固定和可移動(dòng)電極的制造過程限定。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述固定電極是第一固定電極，所述間隙是第一間隙，且其中：

所述可移動(dòng)電極具有與所述第二邊緣相對(duì)的第三邊緣；且