微机械压电X轴陀螺仪制造技术

本公开提供了用于制作和使用陀螺仪的系统、方法和装置，包括编码在计算机存储介质上的计算机程序。一些陀螺仪包括驱动框架、中心锚以及部署在中心锚的相对侧上的多个驱动梁。驱动梁可将驱动框架连接至中心锚。驱动梁可包括压电层，并且可配置成使驱动框架在这些驱动梁的平面内扭振。陀螺仪还可包括检验质量块以及多个压电感测梁。至少一些组件可由电镀金属形成。驱动框架可部署在检验质量块内。驱动梁可将驱动框架约束成基本上在驱动梁的平面内旋转。此类器件可被包括在移动设备中，诸如移动显示设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微机械压电X轴陀螺仪优先权要求本申请要求于2010年4月30日提交的题为“MICROMACHINEDPIEZOELECTRIC X-AXIS GYROSCOPE (微机械压电X轴陀螺仪)”(代理人案卷号QUALP030P/101702P1)且转让给本申请受让人的美国临时专利申请No. 61/343，598的优先权。本申请还要求于2010年4 月 30 日提交的题为“MICROMACHINED PIEZOELECTRIC Z-AXIS GYROSCOPE(微机械压电Z轴陀螺仪)”(代理人案卷号QUALP031P/101703P1)且转让给本申请受让人的美国临时专利申请 No. 61/343，599的优先权。本申请还要求于2010年4月30日提交的题为“STACKED LATERAL OVERLAP TRANSDUCER (SLOT) BASED 3-AXIS MEMS ACCELEROMETER (基于层叠式横向交迭换能器(SLOT)的3轴MEMS加速计)”(代理人案卷号QUALP032P/101704P1)且转让给本申请受让人的美国临时专利申请No. 61/343,601的优先权。本申请还要求于2010年4月30日提交的题为 “MICROMACHINED PIEZ0ELECTRICX-AXIS & Z-AXIS GYRO SCOPE AND STACKED LATERAL OVERLAPTRANSDUCER(SLOT)BASED 3-AXIS MEMS ACCELEROMETER (微机械压电 X 轴及Z轴陀螺仪以及基于层叠式横向交迭换能器(SLOT)的3轴MEMS加速计)”(代理人案卷号 QUALP034P/101704P2)且转让给本申请受让人的美国临时专利申请No. 61/343，600的优先权。本申请要求于2010年12月30日提交的题为“MICROMACHINED PIEZOELECTRIC X-AXIS GYROSCOPE (微机械压电X轴陀螺仪)”(代理人案卷号QUALP030A/101702U1)且转让给本申请受让人的美国专利申请No. 12/930, 186的优先权。本申请要求于2010年12月30日提交的题为“MICROMACHINED PIEZOELECTRIC X-AXISGYR0SC0PE (微机械压电 X 轴陀螺仪)”(代理人案卷号QUALP030B/101702U2)且转让给本申请受让人的美国专利申请No. 12/930, 174 的优先权。这些在先申请的公开内容被视为本公开的一部分并且通过援引纳入于此。
本公开涉及机电系统，尤其涉及多轴陀螺仪和加速计。相关技术描述机电系统包括具有电气及机械元件、致动器、换能器、传感器、光学组件(例如，镜子)以及电子器件的设备。机电系统可以在各种规模上制造，包括但不限于微米级和纳米级。例如，微机电系统(MEMS)器件可包括具有范围从大约一微米到数百微米或以上的大小的结构。纳米机电系统(NEMS)器件可包括具有小于一微米的大小(包括，例如小于几百纳米的大小)的结构。机电元件可使用沉积、蚀刻、光刻和/或蚀刻掉基板和/或所沉积材料层的部分或添加层以形成电气及机电器件的其它微机械加工工艺来制作。一种类型的机电系统器件被称为干涉测量(interferometric)调制器(IM0D)。如本文所使用的，术语干涉测量调制器或干涉测量光调制器是指使用光学干涉原理来选择性地吸收和/或反射光的器件。在一些实现中，干涉测量调制器可包括一对导电板，这对导电板中的一者或两者可以是完全或部分透明的和/或反射性的，且能够在施加恰适电信号时进行相对运动。在一实现中，一块板可包括沉积在基板上的静止层，而另一块板可包括与该静止层分离一气隙的反射膜。一块板相对于另一块板的位置可改变入射在该干涉测量调制器上的光的光学干涉。干涉测量调制器器件具有范围广泛的应用，且预期将用于改善现有产品以及创造新产品，尤其是具有显示能力的那些产品。近来，对制造小型陀螺仪和加速计的兴趣在增长。例如，一些陀螺仪和/或加速计已被纳入移动设备(诸如移动显示设备)中。虽然此类陀螺仪和加速计在某些方面是令人满意的，但是将期望提供改善的小型陀螺仪和加速计。概述本公开的系统、方法和设备各自具有若干个创新性方面，其中并不由任何单个方面全权负责本文中所公开的期望属性。本公开中所描述的主题内容的一个创新性方面可实现在陀螺仪中，该陀螺仪包括驱动框架、中心锚和部署在该中心锚的相对侧上的多个驱动梁。驱动梁可将驱动框架连接至中心锚。每个驱动梁可包括压电层。每个驱动梁可配置成使驱动框架在这些驱动梁的平面内扭振。该陀螺仪还可包括检验质量块和多个感测梁。该陀螺仪的至少一些组件(诸如该检验质量块)可至少部分地由电镀金属形成。这些感测梁可包括压电感测电极。这些感测梁可配置成用于将该驱动框架连接至该检验质量块。这些感测梁可配置成响应于所施加的角旋转而在与这些驱动梁的平面基本上垂直的感测平面内弯曲，从而在这些感测电极中引起压电电荷。驱动框架可部署在检验质量块内。这多个驱动梁可进一步配置成将该驱动框架约束成基本上在这些驱动梁的平面内旋转。这多个驱动梁可包括部署在该中心锚的第一侧上的第一对驱动梁和部署在该中心锚的对侧上的第二对驱动梁。第一对驱动梁和第二对驱动梁可配置成经由差分压电驱动来产生驱动振荡。这些感测梁可配置成响应于该检验质量块的感测运动而在该感测平面内弯曲。该驱动框架可与该检验质量块的感测运动基本上解耦。这些感测梁可以是楔形感测梁，其宽度随着离锚的距离增大而减小。当该陀螺仪正在感测模式中操作时，沿楔形感测梁的弯曲应力随着离锚的距离增大可以是基本均匀的。这些感测梁可由于由这些驱动梁所施的力而承受负荷。制造本文中所提供的陀螺仪的一些方法涉及在基板上沉积电极，在该基板上形成锚，在该锚上形成驱动框架以及在该锚的相对侧上形成诸对驱动梁。这些驱动梁可将驱动框架连接至该锚。这些驱动梁可配置成将该驱动框架约束成基本上在这些驱动梁的平面内旋转。该方法还可涉及在该驱动框架周围形成检验质量块以及形成将该驱动框架连接至该检验质量块的多个感测梁。这些感测梁可配置成允许该检验质量块响应于所施加的角旋转而在与这些驱动梁的平面基本上垂直的感测平面内进行的感测运动。这些感测梁还可配置成使检验质量块装置的感测运动与驱动框架的运动基本上解耦。形成这些驱动梁的工艺可包括以下沉积与这些电极接触的第一金属层；在第一金属层上沉积压电层；在该压电层上沉积第二金属层；以及在第二金属层上电镀第三金属层。形成该锚的工艺可涉及蚀穿牺牲层以暴露第一金属层，在第一金属层上沉积氧化层； 在该氧化层上形成晶种层以及在该晶种层上电镀第三金属层。该方法还可涉及在电镀之前将该基板分成多个子面板。形成检验质量块和形成驱动框架可涉及以下工艺在驱动框架区域与检验质量块区域之间蚀刻；在该驱动框架区域与该检验质量块区域之间沉积高纵横比光致抗蚀材料； 以及在该驱动框架区域和该检验质量块区域中电镀第三金属层。形成检验质量块和形成驱动框架还可涉及从该驱动框架区域与该检验质量块区域之间移除该高纵横比光致抗蚀材料，蚀刻以暴露部署在该驱动框架和检验质量块下面的牺牲层，以及移除该牺牲层以使该驱动框架本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.30 US 61/343,600;2010.04.30 US 61/343,601;1.一种陀螺仪，包括驱动框架；中心锚；部署在所述中心锚的相对侧上的多个驱动梁，所述驱动梁将所述驱动框架连接至所述中心锚，所述驱动梁中的每个驱动梁包括压电层并且配置成使所述驱动框架在所述驱动梁的平面内扭振；检验质量块；以及多个感测梁，所述感测梁包括压电感测电极层，所述感测梁配置成用于将所述驱动框架连接至所述检验质量块，所述感测梁配置成响应于所施加的角旋转在与所述驱动梁的所述平面基本上垂直的感测平面内弯曲，从而在所述感测电极上引起压电电荷。2.如权利要求I所述的陀螺仪，其特征在于，所述多个驱动梁进一步配置成将所述驱动框架约束成基本上在所述驱动梁的所述平面内旋转。3.如权利要求I或权利要求2所述的陀螺仪，其特征在于，所述多个驱动梁包括部署在所述中心锚的第一侧上的第一对驱动梁和部署在所述中心锚的对侧上的第二对驱动梁。4.如权利要求I至3中任一项所述的陀螺仪，其特征在于，所述驱动框架部署在所述检验质量块内。5.如权利要求I至4中任一项所述的陀螺仪，其特征在于，所述感测梁配置成响应于所述检验质量块的感测运动而在所述感测平面内弯曲。6.如权利要求I至5中任一项所述的陀螺仪，其特征在于，所述感测梁由于所述驱动梁所施的力而承受负荷。7.如权利要求I至6中任一项所述的陀螺仪，其特征在于，所述感测梁是楔形感测梁， 其宽度随着离所述锚的距离增大而减小。8.如权利要求I至7中任一项所述的陀螺仪，其特征在于，所述检验质量块至少部分地由电镀金属形成。9.如权利要求3所述的陀螺仪，其特征在于，所述第一对驱动梁和所述第二对驱动梁配置成经由差分压电驱动而产生驱动振荡。10.如权利要求5所述的陀螺仪，其特征在于，所述驱动框架是与所述检验质量块的所述感测运动基本上解耦的。11.如权利要求7所述的陀螺仪，其特征在于，当所述陀螺仪正在感测模式中操作时， 沿所述楔形感测梁的弯曲应力是随着离所述锚的距离增大而基本均匀的。12.—种陀螺仪，包括驱动框架装置；基板；锚装置，其连接至所述基板并且部署在所述驱动框架装置内；驱动装置，用于将所述驱动框架装置连接至所述锚装置，所述驱动装置配置成使所述驱动框架装置在所述驱动装置的平面内扭振，所述驱动装置进一步配置成将所述驱动框架装置约束成基本上在所述驱动装置的所述平面内旋转；检验质量块装置，其部署在所述驱动装置周围，所述检验质量块装置配置成用于进行感测运动，其中所述检验质量块装置响应于所施加的角旋转而在感测平面内弯曲，所述感测平面基本上垂直于所述驱动装置的所述平面，所述检验质量块装置的所述感测运动是与所述驱动框架装置的运动基本上解耦的；以及感测装置，用于将所述驱动装置连接至所述检验质量块装置，所述检验质量块装置的所述感测运动在所述感测装置中引起压电电荷。13.如权利要求12所述的陀螺仪，其特征在于，所述驱动装置包括部署在所述锚装置的第一侧上的第一对驱动梁和部署在所述锚装置的对侧上的第二对驱动梁。14.如权利要求12或权利要求13所述的陀螺仪，其特征在于，所述感测装置进一步配置成响应于所述检验质量块装置的所述感测运动而在所述感测平面内弯曲。15.如权利要求12至14中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·阿卡，R·V·夏诺伊，J·P·布莱克，K·E·彼得森，S·K·加纳帕斯，P·J·史蒂芬诺，
申请(专利权)人：高通MEMS科技公司，
类型：
国别省市：