【技術實現步驟摘要】
本公開涉及一種(mems－微機電傳感器－類型的)微機電陀螺儀，其具有沿豎直軸線(z軸線)的角速度檢測，具有改善的性能，特別是具有關于應力或外部刺激的改善的穩定性，所述應力或外部刺激構成關于要檢測的量(角速度)的擾動。
技術介紹
1、mems陀螺儀是已知的，其檢測結構包括至少一個可移動質量塊，也被定義為“轉子質量塊”(不必意味著旋轉移動)，該可移動質量塊被布置為懸置在襯底上方，并具有在靜止狀態下平行于同一襯底的水平面和頂面的主延伸平面。
2、當以某一角速度的旋轉施加到以線性速度驅動的mems陀螺儀的可移動質量時，可移動質量感測稱為科里奧利(coriolis)力的表觀力(apparent?force)，該表觀力確定其在與線性驅動速度的方向和與上述旋轉發生所圍繞的軸線兩者垂直的方向上的位移。可移動質量由允許其在表觀力的方向上移動的彈性元件支撐。根據胡克定律，位移與該表觀力成比例，因此表示科里奧利力和要檢測的角速度值。
3、特別地，在沿著豎直軸線z具有檢測能力的陀螺儀的情況下，沿著水平面的第一軸線實施線性驅動，并且圍繞與同一水平面正交的豎直軸線(z軸線)檢測角速度，從而沿著水平面的第二水平軸線(與第一水平軸線正交)發生由于科里奧利效應引起的可移動質量的位移。
4、以電容方式檢測可移動質量的位移，在諧振條件下確定由可移動質量相對于固定感測電極(所謂的“定子電極”)的移動引起的電容變化，所述固定感測電極與可移動質量或與同一可移動質量集成的可移動電極形成電容耦合，且所得檢測電容器具有作為待檢測量的函數的可變
5、可移動塊(以及，如果有的話，相關的可移動電極)通過彈性元件耦合到相應的轉子固定器(與襯底集成)，所述彈性元件適當地配置為允許驅動和角速度檢測移動。
6、定子電極又通過各自的定子錨以固定的方式整體地耦合到襯底，定子錨彼此不同并且相對于轉子錨分開。
7、特別地，在檢測結構中，上述轉子和定子錨具有雙重功能，即朝向襯底的機械錨定以及用于偏置相應的定子電極和可移動質量(以及相關聯的可移動電極)以及用于檢測電容變化信號的電耦合。
8、以已知的方式，mems陀螺儀的檢測結構通常與相關聯的asic(專用集成電路)電子電路一起容納在封裝內，所述asic代表其朝向外部環境的機械和電接口，例如朝向其中使用相同mems陀螺儀的電子器件的機械和電接口。
9、影響mems陀螺儀(以及通常具有電容型檢測結構的mems傳感器)的問題是由于當應力和變形發生時可能出現測量誤差，特別是當溫度和/或環境條件變化時或由于機械應力，由于與封裝的相互作用而在檢測結構中引起的測量誤差。
10、例如，由于不同的熱膨脹系數和不同的組成材料的楊氏模量的不同值，mems傳感器的封裝隨著溫度變化而經受變形，導致檢測結構的襯底的相應變形；由于材料的老化，或例如在將封裝焊接在印刷電路上期間由外部環境引起的特定應力，或由于形成同一封裝的材料對濕氣的吸收，可能發生類似的變形。
11、如圖1中示意性示出的，在存在襯底2的變形的情況下，例如由于與溫度梯度相關聯的熱應力，可能發生同一襯底2的頂表面2a的變形(或彎曲)(圖1以強調的方式示出了這種變形，出于說明清楚的原因)；相對于初始靜止狀態，即在沒有待檢測的角速度的情況下，這種變形可能引起(entail)定子錨(在此由3a和3b表示)(作為示例，它們中的兩個在上述圖1中示出)和轉子錨(在此由4表示)之間的相互距離的變化。
12、因此，在靜止狀態下，對于在相同的可移動質量和定子電極之間形成的檢測電容器，會發生不希望的電容變化，從而導致mems陀螺儀的所謂零速率水平(zrl)的變化。該變化也可作為溫度的函數變化，或者通常作為能夠引起相同襯底變形的所有外部效應的函數變化。
13、因此，本質上，在靜止狀態下，由mems陀螺儀提供的輸出信號發生變化(所謂的“漂移”)，例如上述zrl電平以及角速度檢測中的結果誤差。
14、還修改了mems陀螺儀的所謂比例因子(sf)，即，所提供的輸出與由同一mems陀螺儀檢測到的角速度之間的比率。
15、總體上，所描述的現象確定了在同一mems陀螺儀的壽命期間由mems陀螺儀提供的檢測輸出的不穩定性，該檢測輸出在下文中表示為ωout，檢測輸出由mems陀螺儀的壽命期間的輸入角速度的函數提供，輸入角速度表示為ωin，該函數可以表示為：
16、ωout＝sf·ωin+zrl。
17、為了克服這個缺點，已經提出了各種解決方案，一些提供檢測結構的機械優化，另一些提供電子補償；然而，已知的解決方案并不完全令人滿意，通常具有復雜的結構和/或需要高能量消耗，并不總是與其中使用mems陀螺儀的便攜式或可佩戴的應用兼容。
技術實現思路
1、本公開的目的是提供一種微機電陀螺儀以及電子器件，以至少部分地解決現有技術中存在的上述問題。
2、本公開的一方面提供了一種微機電陀螺儀，包括：檢測結構，具有襯底，所述襯底具有平行于水平面的頂表面；以及可移動結構，懸置在所述襯底上方并且被配置為在存在沿著所述水平面的第二水平軸線的驅動移動的情況下、作為圍繞正交于所述水平面的豎直軸線的角速度的函數、沿著所述水平面的第一水平軸線執行感測移動，所述第二水平軸線正交于所述第一水平軸線，所述可移動結構包括：至少一個驅動質量塊，所述至少一個驅動質量塊在內部限定窗口并且通過彈性錨定元件彈性地耦合到轉子錨，所述轉子錨在錨定區域處與所述襯底成一體；至少一個橋元件，該橋元件是剛性的并且由導電材料制成，相對于所述襯底懸臂式懸置并且在所述窗口內延伸，彈性地耦合到所述驅動質量塊；以及可移動電極，在所述窗口中由所述橋元件整體地承載；其中所述檢測結構進一步包括定子電極，所述定子電極以與所述可移動電極交錯的構造被布置在所述窗口中，所述定子電極被布置在所述橋元件下方與所述橋元件相距一定的間隔距離，所述橋元件在所述定子電極上方縱向地延伸。
3、根據一個或多個實施例，其中所述檢測結構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內，在相對于所述橋元件的相對側上，以懸置構造處于所述襯底上方，并且通過相應的第一定子錨和第二定子錨整體地耦合到所述襯底；所述第一定子元件和所述第二定子元件分別承載所述定子電極的第一電極和第二電極。
4、根據一個或多個實施例，其中所述第一定子元件和所述第二定子元件中的每個定子元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分相應地承載所述第一定子電極和所述第二定子電極；并且所述第二部分被布置在所述錨定區域處，所述第二部分相應地將所述第一部分耦合到相應的第一定子錨和第二定子錨。
5、根據一個或多個實施例，其中，所述第一定子錨和所述第二定子錨被布置在所述轉子錨附近的所述錨定區域處。
6、根據一個或多個實施例，其中所述定子錨被布置在所述轉子錨定結構中橫向形成的凹槽處，以便彼此靠近并且靠近所述轉子錨本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種微機電陀螺儀，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述檢測結構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內，在相對于所述橋元件的相對側上，以懸置構造處于所述襯底上方，并且通過相應的第一定子錨和第二定子錨整體地耦合到所述襯底；所述第一定子元件和所述第二定子元件分別承載所述定子電極的第一電極和第二電極。
3.根據權利要求2所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述第一定子元件和所述第二定子元件中的每個定子元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分相應地承載所述第一電極和所述第二電極；并且所述第二部分被布置在所述錨定區域處，所述第二部分相應地將所述第一部分耦合到相應的第一定子錨和第二定子錨。
4.根據權利要求2所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述第一定子錨和所述第二定子錨被布置在所述轉子錨附近的所述錨定區域處。
5.根據權利要求4所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述定子錨被布置在所述轉子錨定結構中橫向形成的凹槽處，以便彼此靠近并且靠近所述轉子錨。
6.根據
7.根據權利要求1所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述錨定區域在所述第二水平軸線的方向上相對于所述窗口被布置在中心。
8.根據權利要求7所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述橋元件相對于所述第二水平軸線被布置在所述窗口的中心，并且在所述驅動質量塊的沿所述第一水平軸線的第一縱向端部處彈性地耦合到所述驅動質量塊；并且其中所述轉子錨被布置為沿著所述第一水平軸線與所述橋元件的與所述第一縱向端部相對的第二縱向端部相距一定間隔距離。
9.根據權利要求1所述的微機電陀螺儀，其特征在于，包括第一結構層和第二結構層，所述第一結構層和所述第二結構層彼此疊置并且布置在所述襯底上方；其中所述橋元件被形成在所述第二結構層中，相對于所述襯底的前表面以更大的距離被布置；并且所述定子電極被形成在所述第一結構層中，相對于所述襯底的所述前表面以更小的距離被布置。
10.根據權利要求9所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述驅動質量塊和所述可移動電極被形成在所述第一結構層和所述第二結構層二者中。
11.根據權利要求9所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述第一結構層和所述第二結構層是布置在所述襯底的所述頂表面上的外延硅層。
12.一種電子器件，其特征在于，包括：
13.根據權利要求12所述的電子器件，其特征在于，所述橋元件通過彈性耦合元件被彈性地耦合到所述驅動質量塊。
14.根據權利要求13所述的電子器件，其特征在于，所述橋元件被配置為在沿著第二水平軸線的對應驅動移動期間使所述橋元件與所述驅動質量塊成一體，并且在存在圍繞豎直軸線的角速度的情況下，還允許相同橋元件沿著第一水平軸線的感測移動，所述橋元件的所述感測移動相對于所述驅動質量塊的所述驅動移動被解耦且獨立。
15.根據權利要求12所述的電子器件，其特征在于，所述定子電極以完全雙差分配置被耦合到所述可移動電極。
16.根據權利要求12所述的電子器件，其特征在于，所述檢測結構具有相對于第一水平軸線和第二水平軸線中心對稱的構造，其中兩個半部相對于平行于所述第二水平軸線的中軸線鏡像對稱并且在中心橫穿所述轉子錨，所述兩個半部中的每個半部具有相應的驅動質量塊和相應的橋元件；其中所述兩個半部的相應的所述驅動質量塊被配置為在與所述第二水平軸線平行的方向上在相對的方向上被致動，以引起相應的所述橋元件的對應的感測移動。
17.一種電子器件，其特征在于，包括：
18.根據權利要求17所述的電子器件，其特征在于，所述檢測結構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內，在相對于所述橋元件的相對側上，以懸置構造處于所述襯底上方，并且通過相應的第一定子錨和第二定子錨一體地耦合到所述襯底；所述第一定子元件和所述第二定子元件分別承載所述定子電極的第一電極和第二電極。
19.根據權利要求18所述的電子器件，其特征在于，所述第一定子元件和所述第二定子元件中的每個定子元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分分別承載所述第一電極和所述第二電極；并且所述第二部分被布置在所述錨定區域處，所述第二部分分別將所述第一部分耦合到相應的第一定子錨和第二定...
【技術特征摘要】
1.一種微機電陀螺儀，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述檢測結構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內，在相對于所述橋元件的相對側上，以懸置構造處于所述襯底上方，并且通過相應的第一定子錨和第二定子錨整體地耦合到所述襯底；所述第一定子元件和所述第二定子元件分別承載所述定子電極的第一電極和第二電極。
3.根據權利要求2所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述第一定子元件和所述第二定子元件中的每個定子元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分相應地承載所述第一電極和所述第二電極；并且所述第二部分被布置在所述錨定區域處，所述第二部分相應地將所述第一部分耦合到相應的第一定子錨和第二定子錨。
4.根據權利要求2所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述第一定子錨和所述第二定子錨被布置在所述轉子錨附近的所述錨定區域處。
5.根據權利要求4所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述定子錨被布置在所述轉子錨定結構中橫向形成的凹槽處，以便彼此靠近并且靠近所述轉子錨。
6.根據權利要求2所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述第一電極被布置為在相對于所述第一水平軸線的第一側上面向相應的所述可移動電極；并且所述第二電極被布置為在不存在所述角速度的情況下、在相對于所述第一水平軸線的第二側上以相同的靜止相對間隔距離面向所述可移動電極。
7.根據權利要求1所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述錨定區域在所述第二水平軸線的方向上相對于所述窗口被布置在中心。
8.根據權利要求7所述的微機電陀螺儀，其特征在于，所述橋元件相對于所述第二水平軸線被布置在所述窗口的中心，并且在所述驅動質量塊的沿所述第一水平軸線的第一縱向端部處彈性地耦合到所述驅動質量塊；并且其中所述轉子錨被布置為沿著所述第一水平軸線與所述橋元件的與所述第一縱向端部相對的第二縱向端部相距一定間隔距離。
9.根據權利要求1所述的微機電陀螺儀，其特征在于，包括第一結構層和第二結構層，所述第一結構層和所述第二結構層彼此疊置并且布置在所述襯底上方；其中所述橋元件被形成在所述第二結構層中，相對于所述襯底的前表面以更大的距離被布置；并且所述定子電極被形成在所述第一結構層中，相對于所述襯底的所述前表面以...
【專利技術屬性】
技術研發人員：P·卡魯里，L·G·法羅尼，P·費德利，L·奎利諾尼，
申請(專利權)人：意法半導體股份有限公司，
類型：新型
國別省市：
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