[发明专利]在正交补偿电极上具有电容增强的MEMS装置

说明书

技术领域

本发明大体上涉及微机电系统(MEMS)装置。更确切地说，本发明涉及MEMS装置的电容增强，例如角速率传感器。

背景技术

近年来，微机电系统(MEMS)技术已经实现广泛普及，因为它提供了一种方法来制造极小的机械结构并使用常规分批半导体处理技术将这些结构与电气装置在单个基板上集成。MEMS的一个常见应用是传感器装置的设计和制造。MEMS传感器装置广泛用于汽车、惯性引导系统、家用电器、比赛装置、用于各种装置的保护系统以及许多其它工业、科学和工程系统等应用。MEMS传感器的一个例子是MEMS角速率传感器。MEMS陀螺传感器，可替代地被称作“陀螺仪”、“陀螺测试仪”、“振动速率陀螺仪”、“陀螺仪传感器”或“横摆速率传感器”，其是感测角速度或围绕一个或多个轴的速度的角速率传感器。

在振动角速率传感器中，一个固有的问题是存在所不希望的干扰信号，这个干扰信号被称作正交运动或正交误差。正交运动被定义为驱动模式位移到角速率传感器的感测模式的直接耦合。通常，由于准许感测质量块响应于正交方向上的驱动模式位移而相对于感测轴振荡的制造缺陷，正交运动出现在振动角速率传感器中。这种振荡可能会与科氏加速度混淆，并在在之后可能会与旋转速率混淆。正交运动可使装置产生偏移误差、动态范围减小以及噪声增加。较大的正交误差甚至可能会使装置被栏杆围起来，使得感测质量块与导电电极接触，这会潜在地引起与碰撞相关的损害，例如短路。因此，将MEMS角速率传感器引入到高精确度、低功耗的市场中一直是个问题，其至少部分的原因是误差源，例如正交运动。

发明内容

无

附图说明

附图用来另外示出各种实施例并解释根据本发明的所有各种原理和优点，在附图中类似附图标记贯穿不同的视图指代相同的或功能类似的元件，各图不必按比例绘制，附图与下文的详细描述一起并入本说明书并且形成本说明书的部分。

图1以简化和代表性形式示出了先前技术角速率传感器的俯视图；

图2示出了根据实施例的角速率传感器的俯视图；

图3示出了在相对于彼此的第一位置处的图2的角速率传感器的固定电极和可移动电极的放大俯视图；

图4示出了在相对于彼此的第二位置处的图2的角速率传感器的固定电极和可移动电极的放大俯视图；

图5示出了由图2的角速率传感器内的固定和可移动电极的实施引起的时变正交补偿力的图表；以及

图6示出了包括与控制电路通信的图2的角速率传感器的传感器封装的一般性框图。

具体实施方式

本文中所公开的实施例涉及微机电系统(MEMS)装置，例如角速率传感器，其中实施正交补偿单元以抵消或以另外方式补偿正交运动。正交补偿单元包括固定和可移动电极对，并且固定和可移动电极包括向彼此延伸的挤压区。当可移动电极进行振荡运动时，挤压区周期性地位于每对固定和可移动电极之间，以有效减小可移动和固定电极之间的间隙宽度。补偿正交运动所需要的力取决于可移动和固定电极之间的间隙宽度、所施加的电压以及固定和可移动电极的总重叠面积。减小了的间隙宽度提供电容增强，以降低有效产生正交补偿力所需要的电压与固定和可移动电极的数目。

提供本公开以另外通过能够实现的方式对在应用时制造和使用根据本发明的各种实施例的最佳模式进行解释。另外提供本发明以加强对本发明的创造性原理及优点的理解和了解，而不是以任何方式限制本发明。本发明仅通过所附权利要求书界定，所述所附权利要求书包含在发布的本申请案和那些权利要求的所有等效物的悬而未决期间进行的任何修正。

参看图1，图1以简化和代表性形式示出了先前技术角速率传感器20的俯视图。一般来说，角速率传感器20包括挠性耦合到基板24的可移动质量系统22和正交补偿单元26。正交补偿单元26包括固定电极30和可移动电极32对。更具体地说，每一对的固定电极30从耦合到基板24的锚结构34延伸，每一对的可移动电极32耦合到可移动质量系统22并从可移动质量系统22延伸。因此，可移动电极32可相对于固定电极30移动。在示出的例子中，固定电极30和可移动电极32在第一方向上纵向朝向，所述第一方向对应于三维坐标系统中的X轴36。另外，可移动电极32在第二方向上通过间隙38与固定电极30横向间隔开，所述第二方向对应于垂直于X轴36的Y轴40。间隙38呈现宽度42，标记为Y₀。