[发明专利]用于角速率传感器的MEMS结构

权利要求书

1.一种用于角速率传感器的微机电系统MEMS结构，所述微机电系统结构位于由多个结构化硅部分形成的第一硅-绝缘体复合晶片和第二硅-绝缘体复合晶片之间，所述结构化硅部分通过绝缘体材料彼此电绝缘，所述微机电系统结构包括：

被构造形成传感系统和框架的单晶硅衬底，所述传感系统与所述框架完全分离，并被所述框架围绕，所述框架位于所述第一硅-绝缘体复合晶片的啮合表面和所述第二硅-绝缘体复合晶片的啮合表面之间，使得所述传感系统被密封在由所述第一硅-绝缘体复合晶片和所述第二硅-绝缘体复合晶片以及所述框架限定的腔内，所述传感系统包括：

具有前表面和后表面的两个敏感质量块；

两个驱动梁，每个所述驱动梁具有连接到所述敏感质量块的第一端和通过设置在所述硅衬底上的固定基座连接到所述第一硅-绝缘体复合晶片和所述第二硅-绝缘体复合晶片的第二端；以及

被布置成直接连接在所述两个敏感质量块之间，并使所述两个敏感质量块的主运动同步的弯曲弹簧，

所述敏感质量块中的每个被布置成具有绕着实质上垂直于所述硅衬底的平面的轴的第一旋转自由度，以及

所述敏感质量块和所述驱动梁被布置成具有绕着实质上与所述驱动梁的纵轴重合的轴的第二旋转自由度；

用于产生并探测所述主运动的装置，所述主运动由所述两个敏感质量块的在第一旋转自由度中的反相的主振荡组成；以及

用于探测次级运动的装置，所述次级运动的装置由所述两个敏感质量块的在第二旋转自由度中的反相的次级振荡组成，

所述用于产生并探测所述主运动的装置和所述用于探测次级运动的装置被设置在第一敏感质量块和第二敏感质量块中的每个的前表面和后表面上；

其中所述传感系统被布置，使得当设备受到绕着实质上在所述硅衬底的平面中且垂直于所述驱动梁的所述纵轴的第三轴的角速度时，产生科里奥利力，所述科里奥利力引起所述敏感质量块的次级振荡。

2.如权利要求1所述的微机电系统结构，其中所述第一硅-绝缘体复合晶片的所述啮合表面与所述第二硅-绝缘体复合晶片的所述啮合表面成镜像或匹配。

3.如任一前述权利要求所述的微机电系统结构，其中所述敏感质量块、所述基座以及探测所述主运动和所述次级运动的所述装置被对称地布置在垂直轴周围。

4.如任一前述权利要求所述的微机电系统结构，其中

所述用于产生并探测所述主运动的装置涉及以电容方式使用位于每个所述敏感质量块之上和之下的至少两个固定电极；以及

所述用于探测所述次级运动的装置涉及以电容方式使用位于每个所述敏感质量块之上和之下的至少两个固定电极。

5.如任一前述权利要求所述的微机电系统结构，还包括用于调节所述振荡的频率的装置，以电容方式使用位于每个所述敏感质量块之上和之下的至少两个固定电极来实现所述调节。

6.如任一前述权利要求所述的微机电系统结构，还包括用于补偿寄生正交振荡的装置，以电容方式使用位于每个所述敏感质量块之上和之下的至少四个固定电极来实现所述补偿。

7.如任一前述权利要求所述的微机电系统结构，还包括在每个所述敏感质量块的所述前表面和所述后表面上的凹槽，以提供电容间隙。

8.如任一前述权利要求所述的微机电系统结构，其中所述驱动梁展示横截面几何非对称性，使得所述主运动能够由实质上垂直于所述敏感质量块的所述前表面和所述后表面的激发力发起。

9.如权利要求1到7中的任一项所述的微机电系统结构，其中所述驱动梁展示完全的横截面对称性，使得所述主运动能够由实质上平行于所述敏感质量块的所述前表面和所述后表面的激发力发起。

10.如任一前述权利要求所述的微机电系统结构，其中所述敏感质量块和所述驱动梁具有实质上相同的厚度，且所述敏感质量块的对称轴实质上与所述第三轴重合。

11.如任一前述权利要求所述的微机电系统结构，还包括布置在所述硅框架的至少两个相对侧上的应力释放装置。

12.如权利要求1到10中的任一项所述的微机电系统结构，还包括插在所述弯曲弹簧的每端和相邻的所述敏感质量块之间的应力释放装置。

13.如权利要求1到10中的任一项所述的微机电系统结构，还包括分别插在每个所述敏感质量块和相邻的所述驱动梁之间的应力释放装置。