具有改进的正交误差抑制的MEMS陀螺仪制造技术

本公开涉及具有改进的正交误差抑制的MEMS陀螺仪。该MEMS陀螺仪由衬底、第一质量块和第二质量块形成，其中第一质量块和第二质量块悬置于衬底上方，并且在静止状态下在限定第一方向和横向于第一方向的第二方向的延伸平面中延伸。该MEMS陀螺仪还具有：驱动结构，被耦合至第一质量块，并且被配置为在使用中使第一质量块在第一方向上移动；以及弹性耦合结构，在第一质量块与第二质量块之间延伸，并且被配置为将第一质量块在第一方向上的移动与第二质量块在第二方向上的移动耦合。弹性耦合结构具有第一部分和第二部分，第一部分具有第一刚度，第二部分具有大于第一刚度的第二刚度。第二部分具有大于第一刚度的第二刚度。第二部分具有大于第一刚度的第二刚度。

【技术实现步骤摘要】
具有改进的正交误差抑制的MEMS陀螺仪


[0001]本公开涉及一种MEMS(微机电系统)陀螺仪，该MEMS陀螺仪尤其是相对于偏航移动具有改进的正交误差抑制。

技术介绍

[0002]如已知的，用MEMS技术获得的陀螺仪被形成在半导体材料(例如，硅)的管芯中，并且包括至少一个或多个移动质量块，移动质量块悬置于衬底上方并且相对于衬底以一个或多个自由度自由振荡。
[0003]移动质量块通过驱动电极和检测电极电容耦合至衬底，驱动电极被配置为使移动质量块在驱动方向上振荡，检测电极被配置为检测移动质量块在检测方向上的位移。
[0004]当MEMS陀螺仪围绕旋转轴以角速度旋转时，在与旋转轴垂直的方向上以线速度振荡的移动质量块受到科里奥利力(Coriolis force)，科里奥利力指向与旋转轴垂直、并且与线速度的方向垂直的方向。
[0005]具体地，单轴、双轴或三轴类型的MEMS陀螺仪是已知的，它们被配置为检测与MEMS陀螺仪围绕轴的偏航角速度相关联的偏航移动，该轴垂直于移动质量块的延伸平面。
[0006]在这方面，具有两个检测质量块的MEMS陀螺仪是已知的。这些MEMS陀螺仪包括第一移动质量块、第二移动质量块以及将第一移动质量块与第二移动质量块耦合的弹性元件。第一移动质量块通过驱动电极在驱动方向上保持振荡，该驱动方向位于第一移动质量块和第二移动质量块的延伸平面中。弹性元件被配置为将第一移动质量块的振荡变换为第二移动质量块在感应方向上的振荡，该感应方向位于第一移动质量块和第二移动质量块的延伸平面中，并且垂直于该驱动方向。因此，当MEMS陀螺仪受到偏航角速度时，第二移动质量块受到在与感应方向垂直(并且与驱动方向平行)的方向上的科里奥利力的影响。检测电极被配置为检测第二移动质量块的偏航移动并且生成对应的检测信号。
[0007]确定MEMS陀螺仪性能的关键参数是在没有旋转(零速率输出，ZRO)的情况下检测信号的稳定性。换言之，期望的是，在没有MEMS陀螺仪的旋转的情况下，当第一移动质量块在驱动方向上被致动时，第二移动质量块的移动不会在检测信号中生成任何变化。
[0008]然而，在已知的MEMS陀螺仪中，由于与第一移动质量块与第二移动质量块之间的弹性耦合元件的制造相关联的过程可变性，弹性耦合元件具有不对称性。这意味着感应方向还包括平行于驱动方向(并且垂直于感应方向)的正交分量。因此，即使在没有MEMS陀螺仪旋转的情况下，正交分量也生成检测信号的变化，也称为正交误差。
[0009]用于减小弹性耦合元件的不对称性的方法设想，在制造MEMS陀螺仪的过程中，使用专用的光刻机器和/或掩模，能够减小过程可变性。
[0010]然而，这种方法需要增加制造MEMS陀螺仪的成本和时间。
[0011]根据另一种方法，将被配置为补偿正交误差的附加电极也集成在MEMS陀螺仪中。
[0012]然而，附加电极可能增加管芯面积的占用，并且需要附加的制造步骤。因此，这种方法也增加了MEMS陀螺仪的困难以及制造时间和成本。
[0013]而且，正交补偿电极使得MEMS陀螺仪的控制电路的设计更加复杂。

技术实现思路

[0014]本公开要克服已知领域的缺点。
[0015]在至少一个实施例中，一种MEMS陀螺仪包括：衬底；第一质量块和第二质量块，第一质量块和第二质量块悬置于衬底上方，并且在静止状态下在延伸平面中延伸，该延伸平面限定第一方向和横向于第一方向的第二方向；驱动结构，被耦合至第一质量块，并且被配置为在使用中使第一质量块在第一方向上移动；以及弹性耦合结构，在第一质量块与第二质量块之间延伸，并且被配置为将第一质量块在第一方向上的移动与第二质量块在第二方向上的移动耦合，其中弹性耦合结构包括具有第一刚度的第一部分和具有第二刚度的第二部分，第二刚度大于第一刚度。
附图说明
[0016]为了更好地理解本公开，现在参照所附附图仅通过非限制性示例来描述本公开的一些实施例，在附图中：
[0017]图1示出了根据一个实施例的本MEMS陀螺仪的顶视图；
[0018]图2示出了在使用中的图1的MEMS陀螺仪的一部分的顶视图；
[0019]图3示出了根据不同实施例的本MEMS陀螺仪的顶视图；
[0020]图4示出了根据另一个实施例的本MEMS陀螺仪的顶视图；以及
[0021]图5示出了并入了本MEMS陀螺仪的电子装置的框图。
具体实施方式
[0022]图1在包括第一轴X、第二轴Y和第三轴Z的笛卡尔参考系XYZ中示出了单轴类型的MEMS陀螺仪1。
[0023]MEMS陀螺仪1在半导体材料(例如，硅)的管芯中获得，并且包括衬底5以及悬置于衬底5上方的第一移动质量块7和第二移动质量块10。
[0024]第一移动质量块7和第二移动质量块10基本上是平面的，主要在平面XY中延伸，并且在此具有近似矩形的形状。
[0025]第一移动质量块7和第二移动质量块10分别借助于第一弹性连接部(弯曲部)15A和第二弹性连接部(弯曲部)15B耦合至第一锚定区域13A和第二锚定区域13B，第一锚定区域13A和第二锚定区域13B被固定至衬底5。
[0026]第一弯曲部15A各自在第一移动质量块7与相应的第一锚定区域13A之间延伸，此处在平行于第一轴X的方向上延伸。
[0027]第二弯曲部15B各自在第二移动质量块10与相应的第二锚定区域13B之间延伸，此处在平行于第二轴Y的方向上延伸。
[0028]此外，在该实施例中，第一移动质量块7和第二移动质量块10还经由相应的第一弯曲部15A和相应的第二弯曲部15B耦合至中心锚定区域20，中心锚定区域20被固定至衬底5。
[0029]第一弯曲部15A和第二弯曲部15B可以是线性的或折叠的弹性元件，并且以本身已知的方式被配置为使得第一移动质量块7和第二移动质量块10能够分别以一个或多个自由
度移动。
[0030]详细地，在该实施例中，第一弯曲部15A和第二弯曲部15B使得第一移动质量块7和第二移动质量块10能够分别沿着第一轴X和第二轴Y移动。
[0031]MEMS陀螺仪1包括弹性耦合结构25，弹性耦合结构25在第一移动质量块7与第二移动质量块10之间延伸并且将第一移动质量块7与第二移动质量块10耦合在一起。
[0032]耦合结构25由刚性部分26、外围柔性部分27和中心柔性部分28形成。
[0033]刚性部分26的刚度大于外围柔性部分27和中心柔性部分28的刚度，例如大10到100倍。
[0034]外围柔性部分27包括第一臂30和第二臂31，第一臂30在平行于第一轴X的方向上从第一移动质量块7延伸，第二臂31在平行于第二轴Y的方向上从第二移动质量块10延伸。
[0035]刚性部分26包括第一连接臂33和第二连接臂34，第一连接臂33和第二连接臂34各自在被耦合至外围柔性部分27的相应的第一端38与被耦合至中心柔性部分28的相应的第二端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备，包括：微机电系统MEMS陀螺仪，包括：衬底；第一质量块和第二质量块，所述第一质量块和所述第二质量块悬置于所述衬底上方，并且在静止状态下在延伸平面中延伸，所述延伸衬底限定第一方向和横向于所述第一方向的第二方向；驱动结构，被耦合至所述第一质量块，并且被配置为在使用中使所述第一质量块在所述第一方向上移动；以及弹性耦合结构，在所述第一质量块与所述第二质量块之间延伸，并且被配置为将所述第一质量块在所述第一方向上的移动与所述第二质量块在所述第二方向上的移动耦合，所述弹性耦合结构包括具有第一刚度的第一部分和具有第二刚度的第二部分，所述第二刚度大于所述第一刚度。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述弹性耦合结构的所述第一部分在所述第一方向和所述第二方向上延伸，并且其中在所述延伸平面中，所述第二部分在第三方向上延伸，所述第三方向横向于所述第一方向和所述第二方向。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述弹性耦合结构被配置为响应于所述第一质量块在所述第一方向上的移动，使所述第二质量块在所述第二方向上移动。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一方向垂直于所述第二方向。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二刚度与所述第一刚度之间的比率被包括在10与100之间。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述弹性耦合结构的所述第一部分包括第一臂和第二臂，所述第一臂被耦合至所述第一质量块，所述第二臂被耦合至所述第二质量块，所述弹性耦合结构的所述第二部分在所述弹性耦合结构的所述第一部分的所述第一臂与所述第二臂之间延伸。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述弹性耦合结构的所述第一部分具有接合端、并且由第一臂和第二臂形成，所述第一臂和所述第二臂从所述接合端延伸，并且被耦合至所述弹性耦合结构的所述第二部分。8.根据权利要求6所述的设备，其中所述第一臂在所述第一方向上延伸，并且所述第二臂在所述第二方向上延伸。9.根据权利要求6所述的设备，其中所述弹性耦合结构的所述第二部分包括第一连接臂和第二连接臂，所述第一连接臂和所述第二连接臂在所述延伸平面中在第三方向上延伸，所述第三方向横向于所述第一方向和所述第二方向，所述第一连接臂从所述弹性耦合结构的所述第一部分的所述第一臂延伸，所述第二连接臂从所述弹性耦合结构的所述第一部分的所述第二臂延伸。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述弹性耦合结构的所述第一部分的尺寸小于所述弹性耦合结构的所述第二部分的尺寸。11.根据权利要求1所述的设备，还包括检测结构，所述检测结构被耦合至所述第二质量块，并且被配置为在使用中在所述MEMS陀螺仪围绕第四方向旋转的情况下，检测所述第二质量块在所述第一方向上的移动，所述第四方向垂直于所述第一方向和所述第二方向。
12.根据权利要求1所述的设备，还包括第一锚定区域和第二锚定区域、以及第一弯曲部和第二弯曲部，所述第一锚定区域和所述第二锚定区域被固定至所述衬底，所述第一弯曲部在所述第一质量块与所述第一锚定区域之间延伸，所述第二弯曲部在所述第二质量块与所述第二锚定区域之间延伸。13.根据权利要求1所述的设备，还包括第三质量块和第四质量块，所述第三质量块和所述第四质量块悬置于所述衬底上方，其中所述弹性耦合结构是第一弹性耦合结构，所述MEMS陀螺仪还包括第二弹性耦合结构、第三弹性耦合结构和第四弹性耦合结构，其中所述第二弹性耦合结构在所述第一质量块与所述第四质量块之间延伸，所述第三弹性耦合结构在所述第四质量块与所述第三质量块之间延伸，并且所述第四弹性耦合结构在所述第二质量块与所述第三质量块之间延伸。14.根据权利要求13所述的设备，其中所述MEMS陀螺仪具有分别与所述第一方向和所述第二方向平行的第一对称轴和第二对称轴，其中所述第一质量块相对于所述第二对称轴与所述第三质量块对称，所述第二质量块相对于所述第一对称轴与所述第四质...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：