[发明专利]具有垂直集成的电子器件和晶片级密封式封装的X-Y轴双质量块音叉陀螺仪

说明书

相关申请的交叉引用

根据美国法典第35编第120节，该申请是2005年11月18日递交的第1 1/283,083号美国专利申请的部分继续申请。该申请还涉及2003年10月20日递交的第10/690,224号美国专利申请以及2005年7月28日递交的第11/193,127号美国专利申请，其中，第10/690,224号美国专利申请现已公布为第6,892,575号美国专利，第11/193,127号美国专利申请是2003年10月20日递交的第10/691,472号美国专利申请的继续申请，现为第6,939,473号美国专利，其全部内容通过引用包含于此。

发明领域

本发明涉及角速度传感器，尤其涉及具有两个振荡检测质量块的平面内角速度传感器。

发明背景

经常使用惯性传感器进行角速度的感测。通过将惯性角速度传感器驱使至第一运动并且测量响应于第一运动和待感测的角速度两者的传感器的第二运动，该传感器广泛应用。

经常地，通过致动器将传感器内的质量块(通常称为检测质量块)驱使至振荡。传感器的转动将与角速度(或转速)成比例并且依赖于角速度矢量关于检测质量块的速度矢量的方向的科氏力施加至振荡的质量块。科氏力、角速度矢量以及质量块速度矢量相互正交。例如，在传感器内沿X方向移动且关于Y轴转动的检测质量块经历Z方向的科氏力。同样地，在传感器内沿X方向移动且关于Z轴转动的检测质量块经历Y方向的科氏力。最后，在传感器内沿X方向移动且关于X轴转动的检测质量块不承受科氏力。通常通过测量响应于科氏力的传感器内的运动来间接地感测施加至质量块的科氏力。

近年来，微机械加工技术(也已知为MEMS(微电子机械系统)技术)的发展引起各种MEMS角速度惯性传感器的发展。MEMS技术基本上是平面技术，其中，用于驱使平面内运动的适宜的MEMS致动器往往与用于驱使出平面运动的适宜的MEMS致动器显著不同。同样地，用于测量响应于科氏力的平面内运动的适宜的MEMS传感器往往与用于测量响应于科氏力的出平面运动的适宜的MEMS传感器显著不同。这些区别均为结构区别和性能区别。

由于以上讨论的质量块速度、角速度以及科氏力的正交性，平面内MEMS角速度传感器必需驱使出平面运动或感测出平面运动以检测平面内角速度分量。相反，出平面MEMS角速度传感器能够驱使并感测两个正交的平面内运动以检测出平面角速度分量。由于MEMS技术的平面性质，平面内MEMS传感器与出平面MEMS传感器倾向于显著不同。

已知平面内MEMS角速度传感器将两个检测质量块驱使至振荡。例如，Cardarelli的美国专利第6,481,283号示教一种平面内MEMS传感器。在Cardarelli的坐标系中，装置平面是YZ平面。在第一实施方式中，Cardarelli示教沿+/-Y方向(即，平面内)高频振动的两个质量块。关于Z轴的角速度导致这两个质量块上的X方向的科氏力。这两个质量块连接至关于Z轴可转动的平衡环，以便该质量块上的X方向的力在平衡环上提供Z方向的转矩。这两个质量块高频振动以具有相反方向的速度，从而这两个科氏力关于Z轴在平衡环上提供净转矩。感测平衡环关于Z轴的运动。

在第二实施方式中，Cardarelli示教沿+/-X方向(即，出平面)高频振动的两个质量块。关于Z轴的角速度导致这两个质量块上的Y方向的科氏力。这两个质量块连接至关于Z轴可转动的平衡环，以便该质量块上的Y方向的力在平衡环上提供Z方向的转矩。这两个质量块高频振动以具有相反方向的速度，从而这两个科氏力关于Z轴在平衡环上提供净转矩。感测平衡环关于Z轴的运动。

McCall等的美国专利第6,508,122号中示教了另一已知的平面内MEMS角速度传感器，该传感器将两个检测质量块驱使至振荡。McCall等示教如下的平面内MEMS传感器：该传感器具有横向地(laterally)设置在装置平面内并且沿该平面方向关于彼此异相高频振动的两个未连接的质量块。为了明确，设装置平面为XY平面，并且设高频振动沿X方向。由于Z方向的科氏力，当该传感器关于Y轴转动时，这些质量块沿Z方向振荡。感测这些质量块的Z方向的振荡。