[发明专利]一种具有隔振板的MEMS器件

说明书

本发明公开了一种具有隔振板的MEMS器件，包括隔振板，以及设置于隔振板中心处的至少一个谐振元件。其中，隔振板包括围绕所述至少一个谐振元件的平面周期结构。平面周期结构包括多个相邻单元，每个单元均包括悬挂的质量元件，质量元件通过弹簧元件连接于单元的外框架，可沿各个空间方向移动。本发明的MEMS器件能够提高其MEMS谐振器的性能，可更有效地隔离MEMS器件与外界干扰振动，且对工艺变化和环境条件具有鲁棒性，能够广泛应用。此外，本发明的技术方案与标准MEMS制造技术相兼容，隔振板可以和MEMS器件通过标准MEMS制造工艺一同加工制造，制备方便。

技术领域

本发明涉及微机电系统领域，也涉及微电子、微机电、微机械和微系统领域，特别涉及一种具有隔振板的MEMS器件，特别涉及一种包括至少一个谐振元件和隔振板的MEMS器件。

背景技术

微机电系统(MEMS)具有体积小、制造成本低、功耗低等优点，引起了科学界和工业界越来越多的关注。因此，优化其功能和提高其性能是至关重要的。

陀螺仪、加速度计、微镜、微泵和时钟等多种MEMS设备的工作原理依赖于以其自身固有频率驱动的谐振组件。某些频率下的外部振动会使其产生虚假信号，甚至会影响MEMS谐振设备的正常功能。例如，在谐振MEMS加速度计和音叉陀螺仪中，由于外界振动而引起的灵敏度和相位噪声增大被广泛报道。

外界振动会降低谐振MEMS器件的短期(噪声)和长期(稳定性)性能。因此，降低外界振动对MEMS谐振器的影响对于提高其性能至关重要。

现已报道几种方法可以用来隔离MEMS谐振器件与外界振动：

一种方法是在MEMS器件中引入差分结构来补偿由振动引起的位移，例如音叉陀螺仪(TFGs)，其反相工作模态可以抵消外界振动的影响。然而，由于不可避免的机电非理想性，部分信号会转化为无用的输出变化。

另一种方法是增加MEMS器件的谐振频率，使其远高于环境激励的频谱。然而，刚度增强的MEMS结构需要超窄的电极间隙来驱动，而且可能会降低器件的灵敏度。

美国专利US 9,634,227(B1)涉及抑制谐振器寄生振动模态相关的设备和方法。设备包括MEMS谐振结构、基底以及设置在MEMS谐振结构和基底之间的锚点结构。锚点结构被配置为抑制至少一种寄生振动模态的响应。

美国专利US 2019/0267965(A1)涉及一种隔离MEMS谐振器振动的微机械振动隔离器，并且包括插入声子带隙镜之间的微机械谐振器。

美国专利US 2018/0269847(A1)涉及一种声学超材料，其至少围绕部分谐振器的有源区域，该谐振器包括具有第一和第二电极的压电材料。

由上可知，已知的解决方案具有限制MEMS谐振器性能的缺点，这是由于外界振动的残留影响。此外，已知的解决方案的缺点是几乎不能有效抑制MEMS器件中干扰振动。与此同时，已知的用于抑制MEMS器件中的干扰振动的解决方案具有限制性，其需要针对每个谐振器进行调谐设计，从而失去了对工艺变化和环境条件的鲁棒性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种能够隔离MEMS器件与外界干扰振动，提高MEMS谐振器的性能，且能广泛应用的MEMS器件，其与标准MEMS制造技术相兼容，特别是在硅工业中。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有隔振板的MEMS器件，所述MEMS器件包括隔振板，以及设置于隔振板中心处的至少一个谐振元件；

所述隔振板包括围绕所述至少一个谐振元件的平面周期结构；

所述平面周期结构包括多个相邻单元，每个单元均包括悬挂的质量元件。

进一步地，所述质量元件通过弹簧元件连接于所述单元的外框架，所述外框架与所述隔振板集成为一体。