[发明专利]应用在MEMS器件中的弱耦合弹性梁结构

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别是一种应用在MEMS器件中的耦合弹性梁结构。

背景技术

在MEMS器件结构中，为了保证相关质量块振动的一致性，通常需要一组耦合弹性梁将两个质量块连接起来，耦合弹性梁的两端分别固定在两个质量块上，典型应用有音叉陀螺，多自由度陀螺等。

连接到MEMS器件结构中质量块上的弹性梁除耦合弹性梁外，还有支撑梁，支撑梁的一端与质量块相连，另一端固定在衬底或其它不可动结构上。质量块、支撑梁、耦合梁构成了一个双自由度谐振系统，其谐振模态为两个相关质量块的同相振动和反相振动。两个谐振模态的谐振频率之差取决于耦合弹性梁和支撑梁弹性系数的比值，这个比值越小，则两个谐振频率的距离越近，反之则越远。

对于音叉陀螺这样的MEMS器件结构来说，希望两个谐振频率距离较远，以防同相谐振模态的谐振特性干扰了反相谐振模态的有效品质因数，从而影响音叉陀螺的精度。因此一般音叉陀螺耦合弹性梁的刚度为支撑弹性梁刚度的1/2到1/20，这很容易通过增加构成耦合梁的折叠梁的长度或串联个数来实现。

而对于多自由度陀螺来说，希望两个谐振频率距离较近，来保证其质量块的位移谐响应曲线包含一个平坦增益区间，使得陀螺的灵敏度得到有效放大，而又不受到温度、供电电压等环境因素的影响。因此一般多自由度陀螺耦合弹性梁的刚度为支撑弹性梁刚度的1/10到1/500，这样小弹性系数的弹性梁仅靠增加折叠梁长度或增加串联个数就显得很难实现，过长的梁或过多个数的梁串联都会引起器件可靠性的严重下降。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种通过简单梁的串并联就能实现弱耦合力传递的弹性梁结构，该结构具有尺寸小，结构简单、可靠性高的特点。

本发明提供一种应用在MEMS器件中的弱耦合弹性梁结构，包括：

一耦合梁；

一第一支撑梁，其一端纵向固定于耦合梁上的一侧；

一第二支撑梁，其一端纵向固定于耦合梁上的另一侧；

该第一支撑梁和第二支撑梁相隔一预定距离。

本发明的有益效果是，具有尺寸小，结构简单、可靠性高的特点。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例列出附图，详细说明如后，其中：

图1为本发明提出的一种应用在MEMS器件中的弱耦合弹性梁结构的第一实施例的示意图；

图2为本发明提出的一种应用在MEMS器件中的弱耦合弹性梁结构的第二实施例的示意图；

图3为本发明提出的一种应用在MEMS器件中的弱耦合弹性梁结构的第三实施例的示意图；

图4为本发明提出的一种应用在MEMS器件中的弱耦合弹性梁结构的第四实施例的示意图。

具体实施方式

参阅图1-图4所示，本发明提供一种应用在MEMS器件中的弱耦合弹性梁结构。包括：

一耦合梁1；

一第一支撑梁2，其一端纵向固定于耦合梁1上的一侧；

一第二支撑梁3，其一端纵向固定于耦合梁1上的另一侧；

该第一支撑梁2和第二支撑梁3相隔一预定距离。

耦合梁1、第一支撑梁2和第二支撑梁3的材料为硅、碳化硅、石英、氮化硅、氮化铝或宝石。

耦合梁1的两端或一端为固定端，固定点位于采用弱耦合弹性梁结构的MEMS器件的衬底或其它不可动结构上。

第一支撑梁2的一端与耦合梁1相连，其余端与采用弱耦合弹性梁结构的MEMS器件的一个质量块相连。

第二支撑梁3的一端与耦合梁1相连，其余端与采用弱耦合弹性梁结构的MEMS器件的一个质量块相连，与第二支撑梁3相连的质量块异于与第一支撑梁2相连的质量块。

当与第一支撑梁2相连的质量块在力的作用下产生位移，就会引起第一支撑梁2和与之相连的耦合梁1发生形变，造成第二支撑梁3与耦合梁1相连点的位移变化，导致与第二支撑梁3相连的质量块产生位移，从而实现了与第一支撑梁2相连的质量块和与第二支撑梁3相连的质量块之间的位移传递。

当与第二支撑梁3相连的质量块在力的作用下产生位移，就会引起第二支撑梁3和与之相连的耦合梁1发生形变，造成第一支撑梁2与耦合梁1相连点的位移变化，导致与第一支撑梁2相连的质量块产生位移，从而实现了与第二支撑梁3相连的质量块和与第一支撑梁2相连的质量块之间的位移传递。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，需要指出的是本发明的权利要求覆盖但不局限于给出的四个实施例。