【技术实现步骤摘要】
本公开涉及一种(mems-微机电传感器-类型的)微机电陀螺仪，其具有沿竖直轴线(z轴线)的角速度检测，具有改善的性能，特别是具有关于应力或外部刺激的改善的稳定性，所述应力或外部刺激构成关于要检测的量(角速度)的扰动。
技术介绍
1、mems陀螺仪是已知的，其检测结构包括至少一个可移动质量块，也被定义为“转子质量块”(不必意味着旋转移动)，该可移动质量块被布置为悬置在衬底上方，并具有在静止状态下平行于同一衬底的水平面和顶面的主延伸平面。
2、当以某一角速度的旋转施加到以线性速度驱动的mems陀螺仪的可移动质量时，可移动质量感测称为科里奥利(coriolis)力的表观力(apparent force)，该表观力确定其在与线性驱动速度的方向和与上述旋转发生所围绕的轴线两者垂直的方向上的位移。可移动质量由允许其在表观力的方向上移动的弹性元件支撑。根据胡克定律，位移与该表观力成比例，因此表示科里奥利力和要检测的角速度值。
3、特别地，在沿着竖直轴线z具有检测能力的陀螺仪的情况下，沿着水平面的第一轴线实施线性驱动，并且围绕与同一水平面正交的竖直轴线(z轴线)检测角速度，从而沿着水平面的第二水平轴线(与第一水平轴线正交)发生由于科里奥利效应引起的可移动质量的位移。
4、以电容方式检测可移动质量的位移，在谐振条件下确定由可移动质量相对于固定感测电极(所谓的“定子电极”)的移动引起的电容变化，所述固定感测电极与可移动质量或与同一可移动质量集成的可移动电极形成电容耦合，且所得检测电容器具有作为待检测量的函数的可变
5、可移动块(以及，如果有的话，相关的可移动电极)通过弹性元件耦合到相应的转子固定器(与衬底集成)，所述弹性元件适当地配置为允许驱动和角速度检测移动。
6、定子电极又通过各自的定子锚以固定的方式整体地耦合到衬底，定子锚彼此不同并且相对于转子锚分开。
7、特别地，在检测结构中，上述转子和定子锚具有双重功能，即朝向衬底的机械锚定以及用于偏置相应的定子电极和可移动质量(以及相关联的可移动电极)以及用于检测电容变化信号的电耦合。
8、以已知的方式，mems陀螺仪的检测结构通常与相关联的asic(专用集成电路)电子电路一起容纳在封装内，所述asic代表其朝向外部环境的机械和电接口，例如朝向其中使用相同mems陀螺仪的电子器件的机械和电接口。
9、影响mems陀螺仪(以及通常具有电容型检测结构的mems传感器)的问题是由于当应力和变形发生时可能出现测量误差，特别是当温度和/或环境条件变化时或由于机械应力，由于与封装的相互作用而在检测结构中引起的测量误差。
10、例如，由于不同的热膨胀系数和不同的组成材料的杨氏模量的不同值，mems传感器的封装随着温度变化而经受变形，导致检测结构的衬底的相应变形；由于材料的老化，或例如在将封装焊接在印刷电路上期间由外部环境引起的特定应力，或由于形成同一封装的材料对湿气的吸收，可能发生类似的变形。
11、如图1中示意性示出的，在存在衬底2的变形的情况下，例如由于与温度梯度相关联的热应力，可能发生同一衬底2的顶表面2a的变形(或弯曲)(图1以强调的方式示出了这种变形，出于说明清楚的原因)；相对于初始静止状态，即在没有待检测的角速度的情况下，这种变形可能引起(entail)定子锚(在此由3a和3b表示)(作为示例，它们中的两个在上述图1中示出)和转子锚(在此由4表示)之间的相互距离的变化。
12、因此，在静止状态下，对于在相同的可移动质量和定子电极之间形成的检测电容器，会发生不希望的电容变化，从而导致mems陀螺仪的所谓零速率水平(zrl)的变化。该变化也可作为温度的函数变化，或者通常作为能够引起相同衬底变形的所有外部效应的函数变化。
13、因此，本质上，在静止状态下，由mems陀螺仪提供的输出信号发生变化(所谓的“漂移”)，例如上述zrl电平以及角速度检测中的结果误差。
14、还修改了mems陀螺仪的所谓比例因子(sf)，即，所提供的输出与由同一mems陀螺仪检测到的角速度之间的比率。
15、总体上，所描述的现象确定了在同一mems陀螺仪的寿命期间由mems陀螺仪提供的检测输出的不稳定性，该检测输出在下文中表示为ωout，检测输出由mems陀螺仪的寿命期间的输入角速度的函数提供，输入角速度表示为ωin，该函数可以表示为：
16、ωxut＝sf·ωin+zrl。
17、为了克服这个缺点，已经提出了各种解决方案，一些提供检测结构的机械优化，另一些提供电子补偿；然而，已知的解决方案并不完全令人满意，通常具有复杂的结构和/或需要高能量消耗，并不总是与其中使用mems陀螺仪的便携式或可佩戴的应用兼容。
技术实现思路
1、本公开至少部分地针对先前突出提出的问题，以便提供一种mems陀螺仪，该mems陀螺仪相对于外部刺激(例如热变化，机械或环境应力或其他各种外部刺激)具有改善的稳定性以及其电特性的减小的漂移。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种微机电陀螺仪，包括：
2.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中所述检测结构包括第一定子元件和第二定子元件，所述第一定子元件和所述第二定子元件布置在所述窗口内，在相对于所述桥元件的相对侧上，以悬置构造处于所述衬底上方，并且通过相应的第一定子锚和第二定子锚整体地耦合到所述衬底；所述第一定子元件和所述第二定子元件分别承载所述定子电极的第一电极和第二电极。
3.根据权利要求2所述的陀螺仪，其中所述第一定子元件和所述第二定子元件中的每个定子元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分相应地承载所述第一定子电极和所述第二定子电极；并且所述第二部分被布置在所述锚定区域处，所述第二部分相应地将所述第一部分耦合到相应的第一定子锚和第二定子锚。
4.根据权利要求2所述的陀螺仪，其中，所述第一定子锚和所述第二定子锚被布置在所述转子锚附近的所述锚定区域处。
5.根据权利要求4所述的陀螺仪，其中所述定子锚被布置在所述转子锚定结构中横向形成的凹槽处，以便彼此靠近并且靠近所述转子锚。
6.根据权利要求2所述的陀螺仪，其中所述第一定子电极被布置为在相对
7.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中所述锚定区域在所述第二水平轴线的方向上相对于所述窗口被布置在中心。
8.根据权利要求7所述的陀螺仪，其中所述桥元件相对于所述第二水平轴线被布置在所述窗口的中心，并且在所述驱动质量块的沿所述第一水平轴线的第一纵向端部处弹性地耦合到所述驱动质量块；并且其中所述转子锚被布置为沿着所述第一水平轴线与所述桥元件的与所述第一末端部分相对的第二纵向末端部分相距一定间隔距离。
9.根据权利要求1所述的陀螺仪，包括第一结构层和第二结构层，所述第一结构层和所述第二结构层彼此叠置并且布置在所述衬底上方；其中所述桥元件被形成在所述第二结构层中，相对于所述衬底的前表面以更大的距离被布置；并且所述定子电极被形成在所述第一结构层中，相对于所述衬底的所述前表面以更小的距离被布置。
10.根据权利要求9所述的陀螺仪，其中所述驱动质量块和所述可移动电极被形成在所述第一结构层和所述第二结构层二者中。
11.根据权利要求9所述的陀螺仪，其中所述第一结构层和所述第二结构层是布置在所述衬底的所述顶表面上的外延硅层。
12.一种器件，包括：
13.根据权利要求12所述的器件，其中所述桥元件通过弹性耦合元件被弹性地耦合到所述驱动质量块。
14.根据权利要求13所述的陀螺仪，其中所述桥元件被配置为在沿着第二水平轴线的对应驱动移动期间使所述桥元件与所述驱动质量块成一体，并且在存在围绕竖直轴线的角速度的情况下，还允许相同桥元件沿着第一水平轴线的感测移动，所述桥元件的所述感测移动相对于所述驱动质量块的所述驱动移动被解耦且独立。
15.根据权利要求12所述的陀螺仪，其中所述定子电极以完全双差分配置被耦合到所述可移动电极。
16.根据权利要求12所述的陀螺仪，其中所述检测结构具有相对于第一水平轴线和第二水平轴线中心对称的构造，其中两个半部相对于平行于所述第二水平轴线的中轴线镜像对称并且在中心横穿所述转子锚，所述两个半部中的每个半部具有相应的驱动质量块和相应的桥元件；其中所述两个半部的相应的所述驱动质量块被配置为在与所述第二水平轴线平行的方向上在相对的方向上被致动，以引起相应的所述桥元件的对应的感测移动。
17.一种电子器件，包括：
18.根据权利要求17所述的电子器件，其中所述检测结构包括第一定子元件和第二定子元件，所述第一定子元件和第二定子元件被布置在所述窗口内，在相对于所述桥元件的相对侧上，以悬置构造处于所述衬底上方，并且通过相应的第一定子锚和第二定子锚一体地耦合到所述衬底；所述第一定子元件和所述第二定子元件分别承载所述定子电极的第一电极和第二电极。
19.根据权利要求18所述的电子器件，其中所述第一定子元件和所述第二定子元件中的每个定子元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分分别承载所述第一定子电极和所述第二定子电极；并且所述第二部分被布置在所述锚定区域处，所述第二部分分别将所述第一部分耦合到相应的第一定子锚和第二定子锚。
...【技术特征摘要】
1.一种微机电陀螺仪，包括：
2.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中所述检测结构包括第一定子元件和第二定子元件，所述第一定子元件和所述第二定子元件布置在所述窗口内，在相对于所述桥元件的相对侧上，以悬置构造处于所述衬底上方，并且通过相应的第一定子锚和第二定子锚整体地耦合到所述衬底；所述第一定子元件和所述第二定子元件分别承载所述定子电极的第一电极和第二电极。
3.根据权利要求2所述的陀螺仪，其中所述第一定子元件和所述第二定子元件中的每个定子元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分相应地承载所述第一定子电极和所述第二定子电极；并且所述第二部分被布置在所述锚定区域处，所述第二部分相应地将所述第一部分耦合到相应的第一定子锚和第二定子锚。
4.根据权利要求2所述的陀螺仪，其中，所述第一定子锚和所述第二定子锚被布置在所述转子锚附近的所述锚定区域处。
5.根据权利要求4所述的陀螺仪，其中所述定子锚被布置在所述转子锚定结构中横向形成的凹槽处，以便彼此靠近并且靠近所述转子锚。
6.根据权利要求2所述的陀螺仪，其中所述第一定子电极被布置为在相对于所述第一水平轴线的第一侧上面向相应的所述可移动电极；并且所述第二定子电极被布置为在不存在所述角速度的情况下、在相对于所述第一水平轴线的第二侧上以相同的静止相对间隔距离面向所述可移动电极。
7.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中所述锚定区域在所述第二水平轴线的方向上相对于所述窗口被布置在中心。
8.根据权利要求7所述的陀螺仪，其中所述桥元件相对于所述第二水平轴线被布置在所述窗口的中心，并且在所述驱动质量块的沿所述第一水平轴线的第一纵向端部处弹性地耦合到所述驱动质量块；并且其中所述转子锚被布置为沿着所述第一水平轴线与所述桥元件的与所述第一末端部分相对的第二纵向末端部分相距一定间隔距离。
9.根据权利要求1所述的陀螺仪，包括第一结构层和第二结构层，所述第一结构层和所述第二结构层彼此叠置并且布置在所述衬底上方；其中所述桥元件被形成在所述第二结构层中，相对于所述衬底的前表面以更大的距离被布置；并且所述定子电极被形成在所述第一结构层中，相对于所述衬底的所述前表面以...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·卡鲁里，L·G·法罗尼，P·费德利，L·奎利诺尼，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。