用于抑制正交误差的设备制造技术

本公开涉及用于抑制正交误差的设备。该设备包括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。刚度。刚度。

【技术实现步骤摘要】
用于抑制正交误差的设备


[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式设想在制造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]根据另一种方式，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]MEMS陀螺仪存在正交误差，导致输出信号不稳定。针对正交误差常规的解决方法是使用专用的光刻机器，这增加了MEMS陀螺仪的制造成本和时间。本公开要克服已知领域的缺点。
[0015]在至少一个实施例中，一种用于抑制正交误差的设备包括MEMS陀螺仪。该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。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。
[0016]在至少一个实施例中，弹性耦合结构的第一部分在第一方向和第二方向上延伸。并且在延伸平面中，第二部分在第三方向上延伸，第三方向横向于第一方向和第二方向。
[0017]在至少一个实施例中，弹性耦合结构被配置为响应于第一质量块在第一方向上的移动，使第二质量块在第二方向上移动。
[0018]在至少一个实施例中，第一方向垂直于第二方向。
[0019]在至少一个实施例中，第二刚度与第一刚度之间的比率被包括在10与100之间。
[0020]在至少一个实施例中，弹性耦合结构的第一部分包括第一臂和第二臂。第一臂被耦合至第一质量块，第二臂被耦合至第二质量块。弹性耦合结构的第二部分在弹性耦合结构的第一部分的第一臂与第二臂之间延伸。
[0021]在至少一个实施例中，弹性耦合结构的第一部分具有接合端，并且由第一臂和第二臂形成。第一臂和第二臂从接合端延伸，并且被耦合至弹性耦合结构的第二部分。
[0022]在至少一个实施例中，第一臂在第一方向上延伸，并且第二臂在第二方向上延伸。
[0023]在至少一个实施例中，弹性耦合结构的第二部分包括第一连接臂和第二连接臂。第一连接臂和第二连接臂在延伸平面中在第三方向上延伸，第三方向横向于第一方向和第二方向。第一连接臂从弹性耦合结构的第一部分的第一臂延伸，第二连接臂从弹性耦合结构的第一部分的第二臂延伸。
[0024]在至少一个实施例中，弹性耦合结构的第一部分的尺寸小于弹性耦合结构的第二部分的尺寸。
[0025]在至少一个实施例中，该设备还包括检测结构。检测结构被耦合至第二质量块。并且检测结构被配置为在使用中在MEMS陀螺仪围绕第四方向旋转的情况下，检测第二质量块在第一方向上的移动，第四方向垂直于第一方向和第二方向。
[0026]在至少一个实施例中，该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。第一锚定区域和第二锚定区域被固定至衬底。第一弯曲部在第一质量块与第一锚定区域之间延伸，第二弯曲部在第二质量块与第二锚定区域之间延伸。
[0027]在至少一个实施例中，该设备还包括第三质量块和第四质量块。第三质量块和第四质量块悬置于衬底上方，弹性耦合结构是第一弹性耦合结构。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。第二弹性耦合结构在第一质量块与第四质量块之间延伸，第三弹性耦合结构在第四质量块与第三质量块之间延伸，并且第四弹性耦合结构在第二质量块与第三质量块之间延伸。
[0028]在至少一个实施例中，MEMS陀螺仪具有分别与第一方向和第二方向平行的第一对称轴和第二对称轴。第一质量块相对于第二对称轴与第三质量块对称，第二质量块相对于第一对称轴与第四质量块对称。第一弹性耦合结构相对于第二对称轴与第二弹性耦合结构对称，并且相对于第一对称轴与第四弹性耦合结构对称。而且，第三弹性耦合结构相对于第一对称轴与第二弹性耦合结构对称，并且相对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于抑制正交误差的设备，其特征在于，所述设备包括：微机电系统陀螺仪，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，所述延伸平面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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，所述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微机电系统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，其特征在于，所述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，其特征在于，所述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，所述弹性耦合结构是第一弹性耦合结构，所述微机电系统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，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，其特征在于，所述微机电系统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，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...

【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：新型
国别省市：