CN103403495A - 用于共振微细加工装置的减小转向差的挠曲支承部 - Google Patents

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Abstract

一个实例包括用于对动作进行感应的微机电芯片，包括：固定部分；连接到所述固定部分的锚；在所述锚的一侧连接到所述锚的第一非线性悬吊构件；在所述锚的所述一侧连接到所述锚的第二非线性悬吊构件，所述第二非线性悬吊构件具有与所述第一非线性悬吊构件关于锚二等分面成镜像关系的形状和位置；以及平面形的质量块，所述质量块至少部分地由所述第一非线性悬吊构件和所述第二非线性悬吊构件悬吊，从而所述质量块能够围绕所述锚旋转并能够在平行于所述固定部分的平面中滑动。

Description

用于共振微细加工装置的减小转向差的挠曲支承部
优先权要求及相关申请
本申请要求于2010年9月18日递交的题为“LOW-QUADRATURESUSPENSION SYSTEM FOR MULTI-AXIS GYROSCOPES”的美国临时专利申请序号No.61/384,247及于2010年9月20日递交的题为“IMPROVEDQUADRATURE REDUCTION STRUCTURE FOR RESONATINGMICROMACHINED DEVICES”的美国临时专利申请序号No.61/384,512的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本申请涉及于2010年8月3日递交的题为“MICROMACHINED INERTIALSENSOR DEVICES”的美国专利申请序号No.12/849,742、于2010年8月3日递交的题为“MICROMACHINED DEVICES AND FABRICATING THE SAME”的美国专利申请序号No.12/849,787及于2010年9月18日递交的题为“MICROMACHINED MONOLITHIC6-AXIS INERTIAL SENSOR”的美国临时专利申请序号No.61/384,240，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
背景技术
转向差误差是限制微细加工传感器(如陀螺仪)性能的主要因素之一。考虑到驱动震荡和感应震荡的相对量级，即使极小部分驱动动作耦合进感应模式都可能支配科氏力(Coriolis)响应。
实际上，制作的不完善可导致不理想的几何结构，如陀螺仪结构。不理想的几何结构会使得驱动震荡部分耦合到感应模式。即使存在几种交叉耦合的方法，如弹性、粘性和静电耦合方法，但在某些情况下，由于悬吊元件中的非等弹性，弹性耦合在幅度上的增加超过期望水平。
在具有面外(out-of-plane)工作模式的传感器系统中(如陀螺仪系统)，面内方向和面外方向之间的非等弹性是转向差误差的主导根源。深反应离子刻蚀(deep reactive-ion etching，“DRIE”)中的侧壁偏斜或倾斜能够导致挠曲支承部的截面从矩形偏离为平行四边形，导致悬吊器的挠曲支承部的弹性主轴从平行正交偏离到装置表面。在一个实例中，单轴或多轴的微细加工传感器结构(如陀螺仪结构)要受到至少部分由DRIE刻蚀倾斜导致的高转向差误差的影响。
而且，现有的共振器依赖于简单的直线形挠曲支承部来形成挠曲结构以允许装置在共振中移位。当刻蚀在挠曲支承部中产生变形，会造成重大问题，引起很大的非期望的移位，且通常会驱使感应机构。
发明内容
附图说明
在附图(其不一定按比例绘制)中，相似的附图标记可在不同的视图中表示相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同例子。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所论述的各个实施例。
图1例示出根据一个实例的包括悬吊结构的传感器结构；
图2A例示出根据一个实例的悬吊器的部分；
图2B例示出一个实例中的处于顶部部分向上弯曲的弯曲状态下的图8A所示的悬吊器；
图2C例示出一个实例中的处于顶部部分向下弯曲的弯曲状态下的图8A所示的悬吊器；
图3例示出根据一个实例的悬吊结构围绕z轴的扭转动作；
图4例示出根据一个实例的悬吊结构围绕x轴的扭转动作；
图5例示出根据一个实例的悬吊结构围绕y轴的扭转动作；
图6例示出根据一个实例的包括低转向差误差悬吊器的二轴陀螺仪；
图7例示出根据一个实例的包括低转向差误差悬吊器的三轴陀螺仪；
图8例示出一个实例的悬吊器的转向差误差；
图9例示出根据一个实例的驱动模式；
图10例示出根据一个实例的有四个弯曲部的挠曲支承部；
图11例示出根据一个实例的挠曲支承部，所述挠曲支承部包括挠曲的挠曲支承部和不挠曲的挠曲支承部；
图12例示出根据一个实例的挠曲支承部，所述挠曲支承部包括比图11所示的挠曲支承部短的挠曲的挠曲支承部和比图11所示的不挠曲的挠曲支承部短的不挠曲的挠曲支承部；
图13A例示出根据一个实例的具有很大间隙的悬吊器；
图13B例示出与挠曲支承部的挠曲度相关的应力；
图14例示出根据一个实例的包括Z字形部的悬吊器；
图15例示出根据一个实例的绕z轴扭转挠曲的图14所示的悬吊器；
图16A例示出根据一个实例的绕z轴扭转挠曲的图14所示的悬吊器；
图16B例示出根据一个实例的围绕y轴挠曲的图14所示悬吊器；
图16C例示出根据一个实例的围绕x轴挠曲的图14所示悬吊器；
图16D例示出根据一个实例的沿y轴移位挠曲的图14所示的悬吊器；
图17例示出根据一个实例的制造低转向差误差悬吊器的方法。
具体实施方式
多余的侧壁挠曲可能消极地影响挠曲支承部(“挠曲部”)的性能，所述挠曲支承部例如为支撑诸如芯片的微机电系统(“MEMS”)结构的一个或多个部分的挠曲支承部。在一个实例中，例如当斜轴沿着挠曲支承部或梁(beam)的长度时，如果一个或多个侧壁具有角误差，则面内驱动(in-plane drive)动作会导致面外动作。在一个实例中，当倾斜的柔韧或柔性的挠曲支承部或梁位于驱动动作的相反侧时，产生的面外偏转可能导致或促成转向差误差(quadratureerror)。在一个实例中，低转向差悬吊系统(low-quadrature suspension system)致力于减少或消除不期望的面外动作。
图1示出了根据一个实例的包括悬吊结构的传感器结构。多种实例公开了用于传感器的低转向差悬吊系统。在一个实例中，悬吊结构可用在具有质量块(proof-mass)，如单个质量块104的扭转多轴微细加工陀螺仪系统中。在一个实例中，质量块104在其中心处通过单个的中心锚106悬吊。在一个实例中，一个或多个挠曲支承部将所述锚106连接到质量块104，如连接到质量块的主框架116。在一个实例中，一个或多个挠曲部允许质量块围绕三个垂直的轴扭转地震荡(oscillate)。在一个实例中，悬吊挠曲支承部或梁提供面内偏转和面外偏转，允许质量块围绕x轴、y轴和z轴扭转地震荡。
一个实例包括固定部分118，其中锚106连接至固定部分118。在一个实例中，第一非线性悬吊构件108在锚的一侧连接至锚106。在一个实例中，第二非线性悬吊构件120在锚的同一侧连接至锚106，所述第二非线性悬吊构件具有与所述第一非线性悬吊构件关于锚二等分面122(如x-z面)成镜像关系的形状和位置。多种实例包括平面式的质量块104，所述质量块至少部分地由第一非线性悬吊构件108和第二非线性悬吊构件120悬吊，使得质量块可围绕锚106旋转且可在平行于所述固定部分的平面(如x-y面)中滑动。
在一个实例中，C形挠曲支承部108包括连接到锚106且向锚二等分面122延伸的内部部分110以及具有近端部分和远端部分的中心部分114，其中近端部分连接至内部部分110，远端部分沿锚二等分面122延伸远离锚106且连接到延伸远离锚二等分面122的外部部分112。在一个实例中，中心部分114垂直于内部部分110和外部部分112。在一个实例中，中心部分114平行于锚二等分面122。
在一个实例中，锚106、第一非线性悬吊构件108、第二非线性悬吊构件120和质量块104由整体式材料(monolithic material)形成。在一个实例中，固定部分118包括与锚106、第一非线性悬吊构件108、第二非线性悬吊构件120和质量块104的整体式材料不同的固定整体式材料(fixed monolithicmaterial)。在一个实例中，固定部分118包括与锚106、第一非线性悬吊构件108、第二非线性悬吊构件120和质量块104的整体式材料相同的固定整体式材料。
在一个实例中，挠曲支承部置于所述中心锚的每一侧，如所述锚的相反侧。在一个实例中，由一侧的每个C形挠曲支承部引起的面外动作被其对称的挠曲支承部抵消。相应地，在一个实例中，在每个挠曲支承部上引起的转向差误差被就地减小或消除。
在一个实例中，中心悬吊结构102被用于传感器中，如六自由度(DOF)传感器100(如包括对称的挠曲支承部的整体式六自由度传感器)中。在一个实例中，对称的挠曲支承部包括“C形挠曲支承部”108。在一个实例中，每个C形挠曲支承部包括内挠曲支承部110和外挠曲支承部112以及在所述两个挠曲支承部之间的高硬度的连接挠曲支承部114。在一个实例中，内挠曲支承部112在一端连接至锚106，外挠曲支承部112在另一端连接至质量块104。在一个实例中，悬吊系统102共计由8个C形挠曲支承部108形成。在一个实例中，两个对称的C形挠曲支承部位于中心锚结构的四个侧面的每一侧。
在一个实例中，悬吊系统提供三种陀螺仪工作模式：围绕z轴的面内扭转，用于驱动动作；围绕x轴的面外扭转，用于y轴陀螺仪感应动作；围绕y轴的面外扭转，用于x轴陀螺仪感应动作。在一个实例中，震荡模式能够彼此之间互相切换。
图2A示出了根据一个实例的悬吊器的一部分。图2B示出了在一个实例中处于顶部部分向上弯曲的弯曲状态的图2A所示的悬吊器。图2C示出了在一个实例中处于顶部部分向下弯曲的弯曲状态的图2A所示的悬吊器。所示的实例例示出悬吊机构在各个方向变形的轮廓。在一个实例中，在图2B和图2C示出的两种变形情况中，弯曲等同且相反地发生。在一个实例中，在每一方向上，两个挠曲支承部以相反的方式弯曲。在一个实例中，通过产生相互抵消的相反的面外变形，使得从挠曲部一端到另一端的总体的面外变形最小化。
图3示出了根据一个实例的悬吊结构围绕z轴的扭转动作。在一个实例中，悬吊系统300包括在中心锚结构306的每一侧的两个对称的C形挠曲支承部302、304。在一个实例中，C形挠曲支承部302、304中的一个或两个由置于两个挠曲支承部310、312之间的高硬度连接挠曲支承部308形成。在一个实例中，在面内扭转动作(如平行于图的平面的动作)期间，由一侧的每个C形挠曲支承部中的挠曲支承部的偏转引起的面外动作被对称的挠曲支承部310’、312’所抵消。相应地，在每个挠曲支承部上引起的转向差误差被就地(locally)减小或消除。
描述的实例例示出围绕Z轴(即延伸进入页面并延伸出页面的轴)的扭转动作。在一个实例中，在面内扭转动作期间，在每个C形挠曲支承部中的内挠曲支承部310和外挠曲支承部312面内弯曲。在一个实例中，高硬度连接支承部308不经历明显的弯曲。对于质量块围绕z轴的逆时针旋转，质量块的顶部部分向左移动，如图所示。在一个实例中，高硬度连接支承部均向左移动。因此，右侧的C形挠曲支承部的内挠曲部和外挠曲部向下弯曲，同时左侧的C形挠曲支承部的内挠曲部和外挠曲部向上弯曲。因此，在一个实例中，所述动作引起对称的C形挠曲支承部的挠曲部沿相反方向的偏转。由于对称的C形挠曲支承部中的挠曲部沿相反方向的偏转，由一侧的每个C形挠曲支承部中的挠曲支承部的偏转引起的面外动作被对称的挠曲支承部抵消。因此，在每个挠曲支承部上引起的转向差误差被就地消除。
图4例示出根据一个实例的悬吊结构围绕x轴的扭转动作。在一个实例中，悬吊结构可用于具有质量块(如单个的质量块404)的扭转多轴微细加工陀螺仪系统。在一个实例中，质量块404在其中心处通过单个的中心锚406悬吊。在一个实例中，一个或多个挠曲支承部402将锚406连接到质量块404。在一个实例中，在围绕x轴的面外扭转动作期间，主要是y轴侧的C形悬吊器对412、412’偏转。在一个实例中，这些C形悬吊器中的内挠曲支承部410、410’围绕x轴扭转地弯曲，起到扭转铰链的作用。
在一个实例中，芯片为薄片形(wafer shaped)，第一非线性悬吊构件408和第二非线性悬吊构件412各自具有大体上矩形的横截面，所述横截面的高度小于宽度。
图5例示出根据一个实例的悬吊结构围绕y轴的扭转动作。在一个实例中，悬吊结构可用于具有质量块(如单个的质量块404)的扭转多轴微细加工陀螺仪系统。在一个实例中，质量块404在其中心处通过单个的中心锚406悬吊。在一个实例中，一个或多个挠曲支承部402将锚406连接到质量块404。在一个实例中，在围绕y轴的面外扭转动作期间，主要是在锚的x轴侧的C形悬吊器对412、412’偏转。这些C形挠曲支承部414，414’中的内挠曲支承部围绕y轴扭转地弯曲，起到扭转铰链的作用。
图6示出了根据一个实例的包括低转向差误差悬吊器的二轴陀螺仪。在一个实例中，结构602可用于多种扭转多轴微细加工陀螺仪系统，所述扭转多轴微细加工陀螺仪系统具有单个质量块604，所述单个质量块604在其中心处通过单个的中心锚606悬吊。挠曲部608将所述锚连接到质量块604且允许所述质量块围绕所有三个轴扭转地震荡。所例示的实例检测围绕x轴和y轴各自的动作，并显示出三中陀螺仪工作模式：围绕z轴的面内扭转，用于驱动动作；围绕x轴的面外扭转，用于y轴陀螺仪感应动作；围绕y轴的面外扭转，用于x轴陀螺仪感应动作。在一个实例中，一个或多个梳状电极616连接到所述装置的固定部分，并感应连接到质量块604的梳状电极618的动作。在一个实例中，梳状电极618的梳齿沿着二等分x轴与x轴之间的角的轴而设置。
图7例示出根据一个实例的包括低转向差误差悬吊器的三轴陀螺仪。在一个实例中，结构702可用于多种扭转多轴微细加工陀螺仪系统，所述扭转多轴微细加工陀螺仪系统具有单个质量块704，所述单个质量块704在其中心处通过单个的中心锚706悬吊。挠曲部708将所述锚连接到质量块704，并允许所述质量块围绕所有三个轴扭转地震荡。在一个实例中，装置起到三轴(X/Y/Z)陀螺仪的功能。在一个实例中，悬吊系统702提供与图6所示的装置相似的陀螺仪工作模式。在一个实例中，图7所示的装置包括提供用于z轴感应模式的附加的挠曲支承部720。在一个实例中，一个或多个梳状电极716连接到所述装置的固定部分，并感应连接到质量块704的梳状电极718的动作。在一个实例中，梳状电极718的梳齿沿着二等分x轴与x轴之间的角的轴而设置。
图8示出了一个实例悬吊器的转向差误差。在一个实例中，挠曲支承部的角度对转向差(quadrature)具有显著影响。在一个实例中，对于每个设计，能够选择角度以优化由共振器挠曲支承部的挠曲部的倾斜(skew)产生的转向差误差。在一个实例中，对于所期望的悬吊系统的安装，最佳角度为15度。在一个实例中，最佳角度取决于结构形状，并基于相应装置的结构而选择。在一个实例中，对于所期望的结构，两个挠曲支承部设置为相同的角位移，但两个挠曲支承部可容易地设置为不同的角度。
图9例示出根据一个实例的驱动模式。发明者认识到倾斜影响在包括锚906的悬吊构造中引起转向差误差，并且它们可通过在同一挠曲部902或挠曲部对904上产生相反的倾斜而将上述影响最小化。相应地，存在由框架隔开的两个挠曲的挠曲支承部，每个挠曲支承部在驱动工作模式中在相反方向上变形。相反方向的变形导致产生相反方向的面外变形的倾斜，在最终连接到移动部件时，相反方向的面外变形互相抵消。这可用以取代仅包括一个挠曲支承部的现有机械装置，所述现有机械装置的一个挠曲支承部的倾斜仅在一个方向上产生变形，引起无任何抵消的大量的面外动作。
然而，在一些实例中，内挠曲支承部910、910’和外挠曲支承部912、912’旋转，从而在驱动模式致动期间，变形使得一个挠曲支承部向上弯曲、一个挠曲支承部向下弯曲。在一个实例中，驱动模式为围绕中心锚的旋转模式。在一个实例中，对于四个悬吊器对404中的每一对，驱动模式使得一个在一个方向上变形且另一个在另一方向上变形。
图10例示出根据一个实例的四个弯曲部的挠曲支承部。在一个实例中，挠曲部1002可包括一个以上的弯曲部。在一个实例中，这可允许产生被更牢固地控制的面外动作。在一个实例中，包括多个Z字形部1004。在一个实例中，Z字形部限定了从锚1006延伸至质量块1005的锯齿形线路(zigzag)。在一个实例中，锯齿形线路包括沿着从锚1006延伸至质量块1005的图案(patter)的规则幅度的Z字形部。在另外的实施例中，所述幅度是变化的。在一个实例中，所述Z字形部为C形，具有互相平行但不平行于高硬度部分1016的顶部构件1008和底部构件1014。
图11例示出根据一个实例的挠曲支承部，所述挠曲支承部包括挠曲的挠曲支承部和不挠曲的挠曲支承部。在一个实例中，还可通过延长或缩短挠曲的挠曲支承部1110、1114或不挠曲的挠曲支承部1112来确定挠曲部1102的参数。在图12所示的实例中，缩短了外部挠曲的挠曲支承部1110和不挠曲的挠曲支承部1112。
图12例示出根据一个实例的挠曲支承部，所述挠曲支承部包括比图11中的挠曲支承部短的挠曲的挠曲支承部和比图11中不挠曲的挠曲支承部短的不挠曲的挠曲支承部。与图11的部件相比，缩短了外部挠曲的挠曲支承部1210和不挠曲的挠曲支承部1212。
图13A例示出根据一个实例的具有很大间隙的悬吊器。图13B例示出与挠曲支承部的挠曲度相关的应力(stress)。在实例中，在挠曲支承部1304和质量块1306之间存在空隙1302。
图14例示出根据一个实例的包括具有Z字形部的悬吊器的芯片1400。Z字形部1402在C形挠曲支承部1406和质量块1408之间延伸。至少由于Z字形部1402减小了至少部分由DRIE刻蚀带来的面外挠曲，因此Z字形部1402的增加进一步减小了转向差误差。
在一个实例中，第一非线性悬吊构件1416的外部部分1412具有近端部分和远端部分，其中近端部分连接至第一非线性悬吊构件1416的中心部分1420，远端部分延伸远离锚二等分面1422，第一非线性悬吊构件1416的第四部分1402在该第四部分1402的近端部分处连接到所述外部部分的远端部分，并朝向锚1404延伸至所述第四部分的远端部分，所述第四部分的远端部分连接到第一非线性悬吊构件的朝向锚二等分面1422延伸的第五部分1424。在一个实例中，内部部分1410和外部部分1412是线性且平行的。
图15例示出根据一个实例的绕z轴扭转挠曲的图14所示的悬吊器。图16A例示出根据一个实例的绕z轴扭转挠曲的图14所示的悬吊器。图16B例示出根据一个实例的y轴挠曲的图14所示的悬吊器。图16C例示出根据一个实例的围绕x轴挠曲的图14所示的悬吊器。图16D示出了根据一个实例的沿y轴移位挠曲的图14所示的悬吊器。
图17示出了根据一个实施例的制造低转向差误差悬吊器的方法。在步骤1702，所述方法包括刻蚀材料以限定锚。在步骤1704，所述方法包括刻蚀所述材料以限定在所述锚的一侧连接到锚的第一非线性悬吊构件。在步骤1706，所述方法包括刻蚀所述材料以限定在所述锚的与上述一侧相同的侧连接到锚的第二非线性悬吊构件，所述第二非线性悬吊构件具有与所述第一非线性悬吊构件关于锚二等分面成镜像关系的形状和位置。在步骤1708，所述方法包括刻蚀所述材料以限定平面形的质量块，所述质量块至少部分地由所述第一非线性悬吊构件和所述第二非线性悬吊构件悬吊，从而所述质量块能够围绕所述锚旋转并能够在平行于基片的平面中滑动。
可能存在可选的方法，包括在其中刻蚀包括深反应离子刻蚀的方法。在一些可选的方法中，所述第一非线性悬吊构件和所述第二非线性悬吊构件为第一组部件，包括刻蚀所述材料以限定与所述第一组相反的第二组非线性悬吊构件。一些可选的方法包括：刻蚀用于将锚连接到质量块的第三组非线性悬吊构件，以及刻蚀用于将锚连接到质量块的第四组非线性悬吊构件，其中所述第三组和第四组具有与所述第一组和第二组相似的要素(factor)且由垂直于第一锚二等分面的第二锚二等分面二等分(bisected)。
补充注释
本文的主题能够用几个实例来描述。实例1包括一种用于对动作进行感应的微机电芯片，包括：固定部分；连接到所述固定部分的锚；在所述锚的一侧连接到所述锚的第一非线性悬吊构件；在所述锚的所述一侧连接到所述锚的第二非线性悬吊构件，所述第二非线性悬吊构件具有与所述第一非线性悬吊构件关于锚二等分面成镜像关系的形状和位置；以及平面形的质量块，所述质量块至少部分地由所述第一非线性悬吊构件和所述第二非线性悬吊构件悬吊，从而所述质量块能够围绕所述锚旋转并能够在平行于所述固定部分的平面中滑动。
实例2包括实例1的主题，其中所述第一非线性悬吊构件为C形。
实例3包括实例2的主题，其中所述C形包括连接到所述锚并且朝向所述锚二等分面延伸的内部部分以及具有近端部分和远端部分的中心部分，其中所述近端部分连接到所述内部部分，所述远端部分沿所述锚二等分面延伸远离所述锚且连接到延伸远离所述锚二等分面的外部部分。
实例4包括实例3的主题，其中所述第一非线性悬吊构件的所述外部部分具有连接到所述第一非线性悬吊构件的所述中心部分的近端部分，及延伸远离所述锚二等分面的远端部分；所述第一非线性悬吊构件的第四部分，在其近端部分处连接到所述外部部分的所述远端部分，并朝向所述锚延伸至所述第四部分的远端部分，所述第四部分的远端部分连接到所述第一非线性悬吊构件的朝向所述锚二等分面延伸的第五部分。
实例5包括实例3-4中任一实例的主题，其中所述内部部分和所述外部部分是线性且平行的。
实例6包括实例5的主题，其中所述中心部分垂直于所述内部部分和所述外部部分。
实例7包括实例3-6中任一实例的主题，其中所述中心部分平行于所述锚二等分面。
实例8包括实例1-7中任一实例的主题，其中所述锚、所述第一非线性悬吊构件、所述第二非线性悬吊构件和所述质量块由整体式材料形成。
实例9包括实例8的主题，其中所述固定部分包括与所述锚、所述第一非线性悬吊构件、所述第二非线性悬吊构件和所述质量块的所述整体式材料不同的固定整体式材料。
实例10包括实例1-9中任一实例的主题，其中所述固定部分包括与所述锚、所述第一非线性悬吊构件、所述第二非线性悬吊构件和所述质量块的所述整体式材料相同的固定整体式材料。
实例11包括实例1-10中任一实例的主题，其中所述芯片为薄片形，所述第一非线性悬吊构件和所述第二非线性悬吊构件各自具有大体上矩形的横截面，所述横截面的高度小于宽度。
实例12包括一种方法，包括：刻蚀材料以限定锚；刻蚀所述材料以限定在所述锚的一侧连接到锚的第一非线性悬吊构件；刻蚀所述材料以限定在所述锚的所述一侧连接到所述锚的第二非线性悬吊构件，所述第二非线性悬吊构件具有与所述第一非线性悬吊构件关于锚二等分面成镜像关系的形状和位置；以及刻蚀所述材料以限定平面形的质量块，所述质量块至少部分地由所述第一非线性悬吊构件和所述第二非线性悬吊构件悬吊，从而所述质量块能够围绕所述锚旋转并能够在平行于基片的平面中滑动。
实例13包括实例12的主题，其中刻蚀包括深反应离子刻蚀。
实例14包括实例12-13中任一实例的主题，其中所述第一非线性悬吊构件和所述第二非线性悬吊构件为第一组部件，包括刻蚀所述材料以限定与所述第一组相反的第二组非线性悬吊构件。
实例15包括实例14的主题，包括刻蚀用于将所述锚连接到所述质量块的第三组非线性悬吊构件，以及刻蚀用于将所述锚连接到所述质量块的第四组非线性悬吊构件，其中所述第三组和所述第四组具有与所述第一组和所述第二组相似的要素且由垂直于第一锚二等分面的第二锚二等分面二等分。
上文的详细描述包括对附图的参考，附图形成了详细描述的一部分。附图通过示例的方式示出了其中可以实践本申请的具体实施例。这些实施例也可以被称为“示例”。本文所涉及的所有出版物、专利及专利文件全部作为本文的参考内容，尽管它们是分别加以参考的。如果本文与参考文件之间存在用途差异，则将参考文件的用途视作本文的用途的补充；若两者之间存在不可调和的差异，则以本文的用途为准。
在本文中，与专利文件通常使用的一样，术语“一”或“某一”表示包括一个或多个，但其他情况或在使用“至少一个”或“一个或多个”时应除外。在本文中，除非另外指明，否则使用术语“或”指无排他性的或者，使得“A或B”包括：“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”。在所附权利要求中，术语“包含”和“在其中”等同于各个术语“包括”和“其中”的通俗英语。同样，在本文中，术语“包含”和“包括”是开放性的，即，系统、设备、物品或步骤包括除了权利要求中这种术语之后所列出的那些部件以外的部件的，依然视为落在该条权利要求的范围之内。而且，在下面的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标签，并非对对象有数量要求。上述说明的作用在于解说而非限制。例如，上述示例(或示例的一个或多个方面)可结合使用。可以在理解上述说明书的基础上，利用现有技术的某种常规技术来执行其他实施例。
遵照37C.F. R.§1.72(b)的规定提供摘要，允许读者快速确定本技术公开的性质。提交本摘要时要理解的是该摘要不用于解释或限制权利要求的范围或意义。同样，在上面的具体实施方式中，各种特征可归类成将本公开合理化。这不应理解成未要求的公开特征对任何权利要求必不可少。相反，本发明的主题可在于的特征少于特定公开的实施例的所有特征。因此，下面的权利要求据此并入具体实施方式中，每个权利要求均作为一个单独的实施例。应参看所附的权利要求，以及这些权利要求所享有的等同物的所有范围，来确定本申请的范围。

Claims (15)

1.一种用于对动作进行感应的微机电芯片，包括：
固定部分；
连接到所述固定部分的锚；
在所述锚的一侧连接到所述锚的第一非线性悬吊构件；
在所述锚的所述一侧连接到所述锚的第二非线性悬吊构件，所述第二非线性悬吊构件具有与所述第一非线性悬吊构件关于锚二等分面成镜像关系的形状和位置；以及
平面形的质量块，所述质量块至少部分地由所述第一非线性悬吊构件和所述第二非线性悬吊构件悬吊，从而所述质量块能够围绕所述锚旋转并能够在平行于所述固定部分的平面中滑动。
2.根据权利要求1所述的芯片，其中所述第一非线性悬吊构件为C形。
3.根据权利要求2所述的芯片，其中所述C形包括连接到所述锚并且朝向所述锚二等分面延伸的内部部分以及具有近端部分和远端部分的中心部分，其中所述近端部分连接到所述内部部分，所述远端部分沿所述锚二等分面延伸远离所述锚且连接到延伸远离所述锚二等分面的外部部分。
4.根据权利要求3所述的芯片，其中所述第一非线性悬吊构件的所述外部部分具有连接到所述第一非线性悬吊构件的所述中心部分的近端部分，及延伸远离所述锚二等分面的远端部分；所述第一非线性悬吊构件的第四部分，在其近端部分处连接到所述外部部分的所述远端部分，并朝向所述锚延伸至所述第四部分的远端部分，所述第四部分的远端部分连接到所述第一非线性悬吊构件的朝向所述锚二等分面延伸的第五部分。
5.根据权利要求3-4中任一项所述的芯片，其中所述内部部分和所述外部部分是线性且平行的。
6.根据权利要求5所述的芯片，其中所述中心部分垂直于所述内部部分和所述外部部分。
7.根据权利要求3所述的芯片，其中所述中心部分平行于所述锚二等分面。
8.根据权利要求3所述的芯片，其中所述锚、所述第一非线性悬吊构件、所述第二非线性悬吊构件和所述质量块由整体式材料形成。
9.根据权利要求8所述的芯片，其中所述固定部分包括与所述锚、所述第一非线性悬吊构件、所述第二非线性悬吊构件和所述质量块的所述整体式材料不同的固定整体式材料。
10.根据权利要求8-9中任一项所述的芯片，其中所述固定部分包括与所述锚、所述第一非线性悬吊构件、所述第二非线性悬吊构件和所述质量块的所述整体式材料相同的固定整体式材料。
11.根据权利要求1所述的芯片，其中所述芯片为薄片形，所述第一非线性悬吊构件和所述第二非线性悬吊构件各自具有大体上矩形的横截面，所述横截面的高度小于宽度。
12.一种方法，包括：
刻蚀材料以限定锚；
刻蚀所述材料以限定在所述锚的一侧连接到锚的第一非线性悬吊构件；
刻蚀所述材料以限定在所述锚的所述一侧连接到所述锚的第二非线性悬吊构件，所述第二非线性悬吊构件具有与所述第一非线性悬吊构件关于锚二等分面成镜像关系的形状和位置；以及
刻蚀所述材料以限定平面形的质量块，所述质量块至少部分地由所述第一非线性悬吊构件和所述第二非线性悬吊构件悬吊，从而所述质量块能够围绕所述锚旋转并能够在平行于基片的平面中滑动。
13.根据权利要求12所述的方法，其中刻蚀包括深反应离子刻蚀。
14.根据权利要求12-13中任一项所述的方法，其中所述第一非线性悬吊构件和所述第二非线性悬吊构件为第一组部件，包括刻蚀所述材料以限定与所述第一组相反的第二组非线性悬吊构件。
15.根据权利要求14所述的方法，包括刻蚀用于将所述锚连接到所述质量块的第三组非线性悬吊构件，以及刻蚀用于将所述锚连接到所述质量块的第四组非线性悬吊构件，其中所述第三组和所述第四组具有与所述第一组和所述第二组相似的要素且由垂直于第一锚二等分面的第二锚二等分面二等分。
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Family

ID=

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8710599B2 (en) 2009-08-04 2014-04-29 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined devices and fabricating the same
US8813564B2 (en) 2010-09-18 2014-08-26 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS multi-axis gyroscope with central suspension and gimbal structure
US8978475B2 (en) 2012-02-01 2015-03-17 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS proof mass with split z-axis portions
US9006846B2 (en) 2010-09-20 2015-04-14 Fairchild Semiconductor Corporation Through silicon via with reduced shunt capacitance
US9062972B2 (en) 2012-01-31 2015-06-23 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS multi-axis accelerometer electrode structure
US9069006B2 (en) 2012-04-05 2015-06-30 Fairchild Semiconductor Corporation Self test of MEMS gyroscope with ASICs integrated capacitors
US9094027B2 (en) 2012-04-12 2015-07-28 Fairchild Semiconductor Corporation Micro-electro-mechanical-system (MEMS) driver
US9095072B2 (en) 2010-09-18 2015-07-28 Fairchild Semiconductor Corporation Multi-die MEMS package
US9156673B2 (en) 2010-09-18 2015-10-13 Fairchild Semiconductor Corporation Packaging to reduce stress on microelectromechanical systems
US9246018B2 (en) 2010-09-18 2016-01-26 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined monolithic 3-axis gyroscope with single drive
US9278846B2 (en) 2010-09-18 2016-03-08 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined monolithic 6-axis inertial sensor
US9352961B2 (en) 2010-09-18 2016-05-31 Fairchild Semiconductor Corporation Flexure bearing to reduce quadrature for resonating micromachined devices
US9425328B2 (en) 2012-09-12 2016-08-23 Fairchild Semiconductor Corporation Through silicon via including multi-material fill
US9444404B2 (en) 2012-04-05 2016-09-13 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS device front-end charge amplifier
US9488693B2 (en) 2012-04-04 2016-11-08 Fairchild Semiconductor Corporation Self test of MEMS accelerometer with ASICS integrated capacitors
US9618361B2 (en) 2012-04-05 2017-04-11 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS device automatic-gain control loop for mechanical amplitude drive
US9625272B2 (en) 2012-04-12 2017-04-18 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS quadrature cancellation and signal demodulation
US10060757B2 (en) 2012-04-05 2018-08-28 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS device quadrature shift cancellation
US10065851B2 (en) 2010-09-20 2018-09-04 Fairchild Semiconductor Corporation Microelectromechanical pressure sensor including reference capacitor
US10697994B2 (en) 2017-02-22 2020-06-30 Semiconductor Components Industries, Llc Accelerometer techniques to compensate package stress

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1164002A (ja) * 1997-08-27 1999-03-05 Aisin Seiki Co Ltd 角速度センサ
JP2000046560A (ja) * 1998-07-31 2000-02-18 Aisin Seiki Co Ltd 角速度センサ
US6250157B1 (en) * 1998-06-22 2001-06-26 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Angular rate sensor
JP3882972B2 (ja) * 1998-06-18 2007-02-21 アイシン精機株式会社 角速度センサ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1164002A (ja) * 1997-08-27 1999-03-05 Aisin Seiki Co Ltd 角速度センサ
JP3882972B2 (ja) * 1998-06-18 2007-02-21 アイシン精機株式会社 角速度センサ
US6250157B1 (en) * 1998-06-22 2001-06-26 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Angular rate sensor
JP2000046560A (ja) * 1998-07-31 2000-02-18 Aisin Seiki Co Ltd 角速度センサ

Cited By (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8710599B2 (en) 2009-08-04 2014-04-29 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined devices and fabricating the same
US8739626B2 (en) 2009-08-04 2014-06-03 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined inertial sensor devices
US9156673B2 (en) 2010-09-18 2015-10-13 Fairchild Semiconductor Corporation Packaging to reduce stress on microelectromechanical systems
US10050155B2 (en) 2010-09-18 2018-08-14 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined monolithic 3-axis gyroscope with single drive
US9856132B2 (en) 2010-09-18 2018-01-02 Fairchild Semiconductor Corporation Sealed packaging for microelectromechanical systems
US9095072B2 (en) 2010-09-18 2015-07-28 Fairchild Semiconductor Corporation Multi-die MEMS package
US9455354B2 (en) 2010-09-18 2016-09-27 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined 3-axis accelerometer with a single proof-mass
US9246018B2 (en) 2010-09-18 2016-01-26 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined monolithic 3-axis gyroscope with single drive
US9278846B2 (en) 2010-09-18 2016-03-08 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined monolithic 6-axis inertial sensor
US9278845B2 (en) 2010-09-18 2016-03-08 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS multi-axis gyroscope Z-axis electrode structure
US9352961B2 (en) 2010-09-18 2016-05-31 Fairchild Semiconductor Corporation Flexure bearing to reduce quadrature for resonating micromachined devices
US8813564B2 (en) 2010-09-18 2014-08-26 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS multi-axis gyroscope with central suspension and gimbal structure
US10065851B2 (en) 2010-09-20 2018-09-04 Fairchild Semiconductor Corporation Microelectromechanical pressure sensor including reference capacitor
US9006846B2 (en) 2010-09-20 2015-04-14 Fairchild Semiconductor Corporation Through silicon via with reduced shunt capacitance
US9062972B2 (en) 2012-01-31 2015-06-23 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS multi-axis accelerometer electrode structure
US9599472B2 (en) 2012-02-01 2017-03-21 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS proof mass with split Z-axis portions
US8978475B2 (en) 2012-02-01 2015-03-17 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS proof mass with split z-axis portions
US9488693B2 (en) 2012-04-04 2016-11-08 Fairchild Semiconductor Corporation Self test of MEMS accelerometer with ASICS integrated capacitors
US9444404B2 (en) 2012-04-05 2016-09-13 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS device front-end charge amplifier
US9618361B2 (en) 2012-04-05 2017-04-11 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS device automatic-gain control loop for mechanical amplitude drive
US9069006B2 (en) 2012-04-05 2015-06-30 Fairchild Semiconductor Corporation Self test of MEMS gyroscope with ASICs integrated capacitors
US10060757B2 (en) 2012-04-05 2018-08-28 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS device quadrature shift cancellation
US9625272B2 (en) 2012-04-12 2017-04-18 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS quadrature cancellation and signal demodulation
US9094027B2 (en) 2012-04-12 2015-07-28 Fairchild Semiconductor Corporation Micro-electro-mechanical-system (MEMS) driver
US9425328B2 (en) 2012-09-12 2016-08-23 Fairchild Semiconductor Corporation Through silicon via including multi-material fill
US9802814B2 (en) 2012-09-12 2017-10-31 Fairchild Semiconductor Corporation Through silicon via including multi-material fill
US10697994B2 (en) 2017-02-22 2020-06-30 Semiconductor Components Industries, Llc Accelerometer techniques to compensate package stress

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