CN104132658A

CN104132658A - Mems传感器

Info

Publication number: CN104132658A
Application number: CN201410183960.6A
Authority: CN
Inventors: C.费尔
Original assignee: Atlantic Inertial Systems Ltd
Current assignee: Atlantic Inertial Systems Ltd
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2034-04-30
Also published as: KR20140130033A; CN104132658B; KR102142728B1; US9709401B2; GB201307773D0; EP2799814A1; EP2799814B1; US20140331769A1; JP6325329B2; JP2014219401A

Abstract

本发明提供一种MEMS传感器，包括由半导体基板层（50）形成的振动传感结构。半导体基板层（50）安装在底座上，所述底座包括接合至半导体基板（50）以形成矩形传感器芯片的电绝缘的基板层（52）。底座还包括用于将传感器芯片安装至外壳的电绝缘的间隔层（54）。电绝缘的间隔层（54）是八角形的。作为八角形间隔层（54）的结果，当振动传感结构被激发为cos2θ振动模式对时，由任何模式频率分裂产生的正交偏置不会受到温度改变的影响。

Description

MEMS传感器

技术领域

本公开涉及诸如振动结构陀螺仪的微机电系统（MEMS）传感器以及制造MEMS传感器的关联方法。MEMS传感器可以包括由例如硅的半导体基板形成的传感结构。

背景技术

振动结构陀螺仪提供了由例如硅的半导体基板形成的微机电系统（MEMS）传感器设备的一个示例。其可以使用常规的微机械加工技术，由硅晶片批量制造。由于其成本低、尺寸小和固有的耐用性质，对将MEMS陀螺仪利用于引导、导航和平台稳定应用的范围有着相当的兴趣。然而，MEMS设备的有限的性能能力限制了其在这些领域中的大规模部署。一个性能限制特性是速率偏置稳定性（rate bias stability），其例如是在设备的操作期间由温度的变化导致的。

振动结构陀螺仪的一些示例可以在GB2322196、US5932804和US6282958中找到。图1示出现有技术的振动结构陀螺仪的示例，其包括由柔性支承梁10安装的环形谐振器1，柔性支承梁10从环形谐振器1的内周边延伸至由半导体基板提供的凸台11。柔性支承梁10允许环形谐振器1响应于驱动换能器12、13以实质上无阻尼振荡模式振动，并许可环形谐振器响应于绕与环形谐振器的平面垂直的轴施加的角速度而振动。这样的振动结构陀螺仪可以具有由硅制成的环形谐振器，并特别适合使用微机械加工技术来制造。

在典型的振动结构陀螺仪中，环形谐振器典型地被激发为cos2θ谐振模式。对于完美对称的谐振器而言，该模式实际上作为互相45°的角的主要和次要振动模式（primary and secondary vibration modes）的简并对而存在。主要模式被激发作为载波模式。当环形谐振器绕垂直于其平面的轴旋转时，科里奥利效应导致将能量耦合到次要响应模式的正交方向的次要振动。次要响应模式的运动的大小与施加的角速度成正比。

在该设备中，由于在cos2θ谐振模式下主要和次要频率的不完美匹配，可能产生正交偏置（quadrature bias），主要和次要频率理想上应设为相等。正交偏置的大小与ΔF.sin4α成正比，其中，ΔF是模式频率分裂，α是相对于主要驱动轴对准的模式角。通常，在生产期间使用激光微调处理将正交偏置最小化，激光微调处理中将室温下的ΔF设为约等于0Hz。然而，申请人已认识到，由于用于组成陀螺仪的各种材料之间的热膨胀系数的不匹配而引起的应力和应变可能使ΔF值、进而使正交偏置在设备的操作温度范围改变。

图2示出对于在GB2322196中说明的传感器类型的范围的、从最初的室温值起的正交偏置变化的典型数据。平均变化在-40℃至+85℃的测量范围约为150°每秒。该信号与期望的速率偏置信号相位正交，大部分被电子控制设备拒绝。然而在实践中，电子设备的组件容差将会导入限制相位精度的误差，因此，允许一些正交偏置突破至速率偏置通道。正交偏置和相位误差这两者都随着温度变化，引起速率偏置的变化。在该常规振动结构陀螺仪中的速率偏置的稳定性会导致对于很多敏感应用而言，性能不令人满意。

图3示出GB2322196中说明的振动结构陀螺仪的传感器头结构的示意性截面。可见环形谐振器1被支承为与硅基板20隔开，而硅基板层20安装至派热克斯（Pyrex）玻璃底座层22和Pyrex玻璃间隔层24，以形成MEMS结构。MEMS芯片由例如硅酮弹性体附着剂的小片接合层（die bond layer）26附接至刚性罐封装基底28。根据GB2332196，罐封装外壳28由科瓦（Kovar）材料即镍铁合金制成。用于组成MEMS设备的各种材料的热膨胀的不同系数会引起应力和应变，其会随着设备的环境温度而变化。例如，硅的热膨胀的系数为3.2ppm每℃，Pyrex的热膨胀的系数为3.25ppm每℃，而镍铁合金（例如NILO 45）的热膨胀的系数为7ppm每℃。因为MEMS芯片是方形的，因此其趋向于在角落区域附近在更大程度上抵抗应力引起的形变，角落区域由于其更大的宽度而更硬。这可能会导致具有波峰和波谷的非对称的应力和应变分布，该波峰和波谷与方形芯片的角和面角对准。该可变应力和应变可以经由支承腿10耦合至环形谐振器1。这有效地向谐振器1给予cos4θ扰动，而这可以在cos2θ模式之间引起随环境温度变化的频率分裂ΔF。

由于在封装外壳28与MEMS设备之间的大的热膨胀失配，会产生非对称的应力和应变的显著来源。小片接合层26旨在将MEMS设备从封装外壳28的应力和应变解耦合。然而，该硅酮弹性体附着剂材料与硅层（190×10⁹Pa）和Pyrex层（62.7×10⁹Pa）的材料相比，典型地具有比较低的杨氏模量（0.1×10⁹Pa），但是与硅的3.2ppm每℃和Pyrex的3.25ppm每℃相比，具有非常高的热膨胀系数（500ppm每℃）。最终结果是可以从弹性体小片接合层26向MEMS结构给予显著的应力和应变，这可能会导入具有cos4θ周期性的显著的不对称。方形芯片结构进行动作以对该不对称集中，使得热引起的应力和应变将cos2θ模式对的频率分裂。

本公开谋求解决至少一些如上所述的问题。

发明内容

本文公开的MEMS传感器包括由半导体基板层形成的振动传感结构，所述半导体基板层安装在底座上，所述底座包括接合至所述半导体基板以形成矩形传感器芯片的电绝缘的基板层，并且所述底座还包括至少一个电绝缘的间隔层，用于将所述传感器芯片安装至外壳，其中，所述电绝缘的间隔层是八角形。

MEMS传感器可以包括可以使用cos2θ振动模式对来操作的任何类型的振动传感结构。MEMS传感器可以还包括驱动换能器，所述驱动换能器布置为使所述振动传感结构以主要平面内谐振模式、即cos2θ谐振模式振动。在一组示例中，MEMS传感器可以是包括振动环传感结构的振动结构陀螺仪。在另一组示例中，MEMS传感器可以是包括圆盘谐振器的谐振质量传感器检测器。该质量检测器可以测量由热引起的应力或者应变变化导致的、在cos2θ振动模式中产生的频率分裂。这在诸如医疗诊断和药物发现的应用中可以影响检测器的灵敏度。

在一个示例中，如上所述，作为存在于x和y切割线的至少一些连接点的孔隙的结果，八角形间隔层可以由穿过所有层一起划切而形成。或者八角形间隔层可以分开形成，然后例如在其被划切之后安装至矩形传感器芯片，以形成底座。

在这样的MEMS传感器中，间隔层保证固定至外壳的任何小片接合是八角形。这意味着，耦合至传感器的任何热引起的应力或者应变的方式由间隔层的八角形几何形状控制。间隔层可以厚于接合至半导体基板的电绝缘的基板层，甚至厚于整个矩形传感器芯片。间隔层可以是MEMS传感器的最厚的部分。使间隔层为八角形可以显著减小沿着对角的有效硬度，使其更类似于沿着主x和y轴。由矩形传感器芯片产生的硬度中残留的cos4θ不对称可以通过调节八角形间隔层的几何形状来补偿，例如使作为结果的平面内硬度沿着主轴和斜轴相等。例如，八角形间隔层可以具有非对称形状，例如斜边比主边更长。

在一个示例中，MEMS传感器是振动结构陀螺仪，例如如下文具体说明。在该示例中，传感结构可以包括实质上平面的环形谐振器；以及多个柔性支承构件，所述多个柔性支承构件布置为支承与所述半导体基板隔开的所述环形谐振器，以允许所述环形谐振器以一个或更多平面内谐振模式振荡。半导体基板和环形谐振器可以由硅制成。可以设置使环形谐振器以cos2θ谐振模式振动的驱动换能器。可以设置传感换能器来检测环形谐振器的振荡。

在有关振动结构陀螺仪的任何示例中，柔性支承构件可以设置具有2个正交的自由度、例如允许振荡的主要和次要模式的弹性悬挂。柔性支承构件可以包括8对柔顺腿（compliant leg），以WO2010/007406公开的方式等角地绕环形谐振器隔开，其内容通过应用并入本文。

在有关振动结构陀螺仪的任何示例中，驱动换能器可以使用任何适当的驱动装置，例如电磁、光学、热膨胀、压电或者静电效应。传感换能器可以使用任何适当的装置，例如电容传感或者电磁传感。然而，在一组示例中，传感换能器包括至少一个电感拾取换能器，例如在环形谐振器并在支承构件上由导电轨道构成。电感拾取换能器相对于电容换能器对可以是优选的，因为当每个电容换能器携带导电的例如金属轨道时，支承构件可以更对称。

常规技术中，在任何有关振动结构陀螺仪的示例中，设备可以还包括用于产生实质上垂直于环形谐振器的平面的磁场的装置。尤其是，环极磁部件包括定位在环形谐振器的周缘内的永磁体，用于将磁场集中在谐振器，其中，环形谐振器位于在部件的上下极之间的间隙中。

此外，本文公开的振动结构陀螺仪包括：半导体基板；实质上平面的环形谐振器；多个柔性支承构件，布置为支承与半导体基板隔开的环形谐振器，以允许环形谐振器以一个或更多平面内谐振模式振荡；驱动换能器，使环形谐振器以主要平面内谐振模式、即cos2θ谐振模式振动；以及传感换能器，检测由正交次要平面内谐振模式导致的环形谐振器的振荡，所述振荡响应于围绕实质上垂直于环形谐振器的平面的轴施加的角速度而产生，其中，半导体基板层安装至至少一个电绝缘的基板层，并且一个或更多基板层是八角形。

应该理解的是，用于形成诸如振动结构陀螺仪的MEMS设备的基板层的结构通常是矩形，因为这是由划切过程产生的自然形状，作为最频繁用于从在其上制造设备的、例如硅和/或玻璃的晶片切割传感器小片。因此，八角形基板层代表从标准的意外偏离。申请人认识到最有害的非对称应力效果是对cos2θ谐振模式对具有最大差分效应的那些。这在当最大径向应力与一个模式的径向腹点一致，最小与第二模式的径向腹点一致、即45°周期性时会发生。常规的方形基板结构恰好给予该应力不对称的45°周期性，因此，增强了环形谐振器的振动中的cos4θ扰动。在很多方式中，方形基板几何形状与环形谐振器利用的cos2θ谐振模式最兼容。通过形成至少一个基板层以便为八角形，可以减小甚至去除任何cos4θ不对称。

通过提供八角形基板层，主要和次要cos2θ谐振模式频率可以被设定为相等，或者至少模式频率分裂ΔF可以保持为实质上恒定。对于八角形结构而言，支配性的径向应力不对称具有cos8θ径向变化，因此对于每个cos2θ模式对，会具有相等数量的最大值和最小值，因此，不会引起差分应力效果。振动结构陀螺仪的正交偏置因此可以从温度的改变解耦合，否则会导致应力和应变不对称，扰乱主要和次要cos2θ谐振模式的匹配。非常期望减小正交偏置随温度的变化，因为这能使在陀螺仪的操作范围，正交偏置微调的精度在室温下执行，以维持为更高程度的精度。这反过来改善了设备的速率偏置性能。

八角形基板层可以对称（例如具有相等长度的边）或者非对称（例如具有不相等长度的边）。一些或者所有基板层可以具有相同的八角形形状。因此，MEMS振动结构陀螺仪可以由八角形传感器小片制作。

半导体基板层可以安装至一个或更多电绝缘的基板层来形成MEMS结构，该MEMS结构然后可以被适当容纳或封装。例如，至少一个电绝缘的基板层可以安装至诸如金属罐的封装基底。用于外壳的封装基底可以由磁材料制成，例如镍铁合金或者类似物。如上所述，一个或更多基板层是八角形的效果在于避免非对称的应力和应变分布，否则会由封装材料与基板层相比不同的热膨胀系数导致非对称的应力和应变分布。

电绝缘的基板层可以由任何适当的电绝缘材料制成，例如包括陶瓷层。在一个示例中，半导体基板层安装至包括玻璃层的至少一个电绝缘的基板层。半导体基板层可以接合至玻璃层。这可以提供例如硅基板层的半导体的气密密封，使其被保护得免受环境影响。

在常规微机械加工技术中，通常例如硅晶片的半导体被蚀刻以形成环形谐振器，然后上下颠倒地翻转并接合（例如使用静电或者阳极接合）至由另一个晶片提供的玻璃基板层。硅和玻璃基板层然后可以被切割，以形成单独的MEMS传感器小片。理想的是玻璃基板层、例如可以用于玻璃层的诸如Pyrex的硼硅酸盐玻璃的热膨胀系数类似于例如硅层的半导体的热膨胀系数。

（沿着x和y轴的）常规划切产生如图4所示的矩形传感器小片。对于GB2322196说明的设备而言，可以从4英寸（10cm）的晶片产生56个小片。由图3可知，每个小片在环形谐振器1内包含安装在硅基板20的磁部件30（被上下极夹着的永磁体）。在图4中，黑圈示出这些磁部件的位置。经过x和y轴的划切刀不接触形成磁部件的金属结构，因此能够穿过硅和玻璃层干净地切割，而不会损伤。

在一个示例中，至少半导体例如硅基板层被划切为八角形。安装至例如硅基板层的半导体的任何电绝缘（例如玻璃）的基板层可以被划切，以具有相同的八角形形式。方便的是基板层被一起安装、例如接合，然后，一起划切为单独的MEMS传感器小片。

一个划切方法包括还以与x和y轴具有角度地切割基板层，例如，适用额外的斜切割以制作八角形小片。然而，应该理解的是以离开x和y轴角度切割的风险是划切刀与MEMS设备的磁结构接触。这可以通过跨基板层交替分隔传感器部件来避免，以便划切刀具有不受限的通路来切割八角形传感器小片。从晶片上的一半的位置省略传感器结构不可避免地减小可以产生的MEMS设备的数量，例如仅28个而不是56个。

备选的方法包括在沿着x和y轴切割基板层之前，在x和y轴的至少一些连接点在基板层中形成孔隙。孔隙有效形成每个小片的附加边，从而导致八角形传感器小片。优点是，晶片上的所有传感器位置可以填充有磁部件，而不与划切刀干扰。可以在每个基板层中使用常规技术制造孔隙，诸如对于半导体基板层的深反应离子蚀刻（DRIE）处理、或者对于电绝缘的基板层的玻璃机械加工技术。然而，当半导体基板层安装至电绝缘的基板层时，需要每个基板层中的孔隙形成在相同的位置，并且对准这些孔隙。

在这两个情况下，每当形成八角形传感器小片时，都要求与常规矩形传感器芯片相比，重新设计一些设备特性。例如，在GB2322196说明的设备中，金属接合垫存在于矩形芯片的角落，用于将MEMS传感器电连接至封装引脚。根据需要，可以调节金属轨道和接合垫布局以避免角落区域。然而，对准楔特性也常规位于角落区域，并被用于协助对准不仅各种基板层，而且用于当在每个矩形芯片上定位磁部件时的对准。该对准楔可以被重新定位，这要求标准生产过程的显著修改，这可能费时且实现昂贵。

在特定的方便的布置中，至少半导体（例如硅）基板层是矩形，而至少一个电绝缘（例如玻璃）基板层具有八角形形式。这能使八角形几何形状被导入至MEMS传感器小片，并保留大多数现有的生产过程，尤其是对于携带传感器设备特性的半导体（例如硅）基板层而言。可能方便的是直接安装至半导体、例如硅基板层的电绝缘（例如玻璃）的基板层也具有相同的矩形形式。因此，这些层可以使用常规切割沿着x和y轴一起划切。在该示例中，方便的是间接安装至半导体基板层的另一个电绝缘（例如玻璃）的基板层具有八角形形式。该其他电绝缘的基板层可以采取间隔层的形式。

此外，本文公开的用于振动结构陀螺仪的底座的类型具有实质上平面的环形谐振器，环形谐振器从半导体基板支承并被驱动以cos2θ谐振模式振动，底座包括用于安装半导体基板层的至少一个电绝缘的基板层，其中，电绝缘的基板层是八角形的。如上所述，半导体基板层可以是矩形，并使用常规划切从晶片切割。半导体基板层可以由硅形成。电绝缘的基板层可以采取陶瓷或者玻璃层的形式。

在一个示例中，八角形电绝缘的基板层可以直接安装至半导体基板层。在另一个示例中，八角形电绝缘的基板层可以是间接安装半导体基板层的间隔层。这意味着间隔层可以被切割为八角形形状，而不干扰安装在半导体基板层上的MEMS传感器结构。方便的是在安装至直接安装至半导体基板层的电绝缘的基板层之前，间隔层形成有孔隙。组装的层然后可以都通过沿着x和y轴切割而被一起划切，以便在上层形成矩形小片，并由于孔隙而在间隔层形成八角形小片。

本文公开的用于制作MEMS传感器、例如振动结构陀螺仪小片的方法包括：在半导体基板层上形成振动传感结构；将所述半导体基板层安装至电绝缘的基板层，使得矩形传感器小片能够由所述基板层的所述平面中正交的x和y切割线定义；将所述电绝缘的基板层安装至间隔层，所述间隔层具有在所述x和y切割线的至少一些连接点形成的孔隙；以及切割所述层，以形成包括安装在八角形间隔层上的矩形传感器芯片的传感器小片。振动传感结构可以是用于振动结构陀螺仪的实质上平面的环形谐振器，如上所述。

公开的方法保留了八角形几何形状的很多好处，而不必要求改变安装在半导体基板层的传感器特性、诸如对准楔或者接合垫位置。通过仅在下间隔层中产生孔隙，并保持上电绝缘的基板（例如玻璃底座）层和半导体（例如硅）基板层完好，可以使用常规部件处理而没有修改。

在一个示例中，方法包括如下步骤：在所述间隔层中在所述x和y切割线的每个连接点形成孔隙；以及沿着所述x和y切割线划切所述层，以形成包括安装在所述八角形间隔层上的矩形传感器芯片的传感器小片。

方法可以还包括如下步骤：选择所述传感器小片中的一个，并将所述间隔层接合至传感器封装，以形成封装的传感器。

方法可以包括使用静电或者阳极接合，将半导体基板层接合至电绝缘的基板层。方法可以包括使用例如环氧树脂附着剂的附着剂将电绝缘的基板层接合至间隔层。

应该理解的是，间隔层中的孔隙的数量和布置可以指示划切之后实现的八角形几何形状。孔隙可以所有是相同的尺寸或者不同的尺寸，例如制作对称或者非对称形状。间隔层中的孔隙可以由例如常规玻璃机械加工技术的任何适当的技术形成，诸如超声波机械加工、湿法蚀刻或者喷粉。可以使用超声波机械加工，因为其能够产生具有垂直侧壁的精确几何形状的孔隙。另一方面，湿法蚀刻或者喷粉典型地产生具有锥形侧壁的孔隙。

当使用该方法制作MEMS传感器小片时，每个矩形传感器芯片可以受益于安装至八角形间隔层。例如，热引起的应力集中在矩形芯片的角落的有害效果可以通过间隔层的八倍（eight-fold）对称来减轻。该好处延伸至包括振动传感结构的任何MEMS传感器设备，例如方形几何形状的纯粹矩形可能导致cos2θ谐振模式下的差分应力效果。

现在参考附图，说明振动结构陀螺仪形式的MEMS传感器的示例。

附图说明

图1示出包括环形谐振器的MEMS传感器的现有技术布置；

图2示出GB2322196中说明的MEMS传感器类型的范围的、随温度的正交偏置变化；

图3提供GB2322196中说明的现有技术的振动结构陀螺仪的剖视图；

图4示出常规晶片划切方案；

图5示出用于制作八角形小片的第一晶片划切方案；

图6示出用于制作八角形小片的第二晶片划切方案；

图7是示例性传感器小片的示意性示出；

图8是另一个示例性传感器小片的示意性示出；以及

图9示出使用八角形小片制作的MEMS传感器的、随温度的正交偏置变化。

实施方式

图1示出现有技术的振动结构陀螺仪的示例，其包括由8个柔性支承4a至4h安装的环形谐振器2，柔性支承4a至4h被布置为将环形谐振器1保持在半导体基板6内。柔性支承4a至4h的每个都包含一对柔顺腿8a、8b，柔顺腿8a、8b的一端附接至环形谐振器2的外周，另一端附接至由基板6定义的支承架10的内周。柔性支承4a至4h允许环形谐振器2响应于电磁驱动换能器（未示出）而振动，该电磁驱动换能器在2个支承上由金属轨道区段构成。电感拾取换能器（未示出）的主要和次要对在其他支承上由金属轨道区段构成。

图2示出对于在图3中示出截面并在GB2322196中说明的传感器类型的范围的、作为温度（以25℃值归一化）函数的正交偏置变化的典型数据。如上所述，平均变化在-40℃至+85℃的测量范围约为150°每秒。由图3可知，常规振动结构陀螺仪包括安装在环形谐振器1内的磁部件30，磁部件30与硅基板20隔开而被支承。硅基板层20安装在Pyrex玻璃底座层22和Pyrex玻璃间隔层24上。当硅和Pyrex玻璃基板层20、22、24具有实质上类似的热膨胀系数，Pyrex玻璃间隔层24由硅酮弹性体附着剂的层26接合至外罐封装外壳28，小片接合层26和封装外壳28的材料具有非常不同的热膨胀系数。热膨胀的不同系数在传感器设备中导致随环境温度变化的、热引起的应力和应变。此外，因为由基板层20、22、24形成的传感器芯片是矩形，因此趋向于非对称的应力和应变分布集中在矩形结构的角落，这会向环形谐振器1给予cos4θ扰动。由图2可知，这会跨操作温度的范围导致正交偏置不期望地大变化。

矩形传感器芯片可以使用如图4所示的常规划切方案从硅和/或玻璃晶片划切。为了制作八角形传感器小片，可以使用如图5所示的附加斜切来划切一个或更多硅和/或玻璃基板层。在这些图中，对每个传感器小片提供的磁部件30示出为黑圆。可见通过使磁部件30交替间隔来适应图5中的附加斜切，使得由相同尺寸的晶片产生例如与图4相比一半数量的小片。

如图6所示的备选的划切方案提供在每个矩形小片的由x和y切割线交叉的角落具有孔隙40的一个或更多基板层，以生产形状为八角形的传感器小片。这意味着可以使用常规切割技术，而不干扰磁部件30。如果硅基板层20被切割为八角形小片，那么与GB2322196中说明的设备相比，可能需要一些重新设计，例如调节金属轨道和接合垫布局，并重新定位可能存在于矩形芯片的角落区域的对准楔。然而，这可以通过仅在安装在硅基板层20下方的一个下基板层、例如用于将传感器设备安装至外壳28的玻璃间隔层24中形成孔隙40来避免。当基板层一起安装并接下来沿着x和y切割线划切时，上硅层20和玻璃底座层22被切割为矩形小片，而下玻璃间隔层24被切割为八角形小片，作为对每个小片形成附加侧的孔隙40的结果。

图7所示的示例性传感器小片包括安装在玻璃底座层52（0.8mm厚）的硅基板层50（0.1mm厚），其自身安装至玻璃间隔层54（1.5mm厚）。硅层50和玻璃底座层52已被一起切割为矩形形状，而玻璃间隔层54被切割为具有对称的八角形形状。该传感器小片然后可以使用常规技术接合至罐封装基底或者其他外壳。图8示出备选的传感器小片，其中，玻璃间隔层54'已被切割为具有非对称的八角形形状。

尽管在图7和8中未示出，为了形成振动结构陀螺仪，使用深反应离子蚀刻（DRIE）处理，由0.1mm厚的硅晶片50制造环形谐振器和支承构件。蚀刻的硅晶片然后使用阳极接合处理，接合至Pyrex玻璃底座晶片52。该晶片对然后使用环氧树脂附着剂，被依次接合至Pyrex玻璃间隔层54。为了在每个传感器小片中产生八角形间隔层54，在晶片结合处理之前，在x和y切割线（例如图6所示）之间的连接点产生孔隙。这些孔隙可以使用诸如超声波机械加工、湿法蚀刻或者喷粉的常规玻璃机械加工技术来方便地形成。在晶片结合之后，各种层可以使用常规切割，沿着x和y轴一起划切而没有任何对准问题。

示例

在GB2322196中说明的类型的设备已通过生产晶片而制造，该晶片如图5所示填充有交替布置在小片位置的磁部件30。对晶片适用附加的斜划切来生产八角形传感器小片，然后例如通过硅酮弹性体附着层附接，使用常规过程组装在标准罐封装中。与在GB2322196中说明的设备的差异仅在于一些相对小的修改，需要该修改来更改在MEMS传感器的表面上的金属轨道的位置。然后测试这些八角形设备来测量随温度的正交偏置的变化，以能使与常规方形芯片设备的性能直接做出比较。图9所示的结果数据可以与图2所示的数据直接比较。

图9示出作为温度（以25℃值归一化）函数的正交偏置变化。已证明了与矩形设备相比，对于八角形设备的正交偏置温度变化减小到小于6分之一。这清楚证明了八角形传感器小片减小导致向cos2θ模式对的cos4θ扰动的有害硬度不对称的有效性。

应该理解上述示例涉及振动结构陀螺仪，但本公开不限于该设备，可以适用于包括振动传感结构的任何MEMS传感器设备、诸如各种类型的惯性传感器和质量检测传感器。

Claims

1. 一种MEMS传感器，

包括由半导体基板层形成的振动传感结构，所述半导体基板层安装在底座上，所述底座包括接合至所述半导体基板以形成矩形传感器芯片的电绝缘的基板层，并且

所述底座还包括至少一个电绝缘的间隔层，用于将所述传感器芯片安装至外壳，其中，所述电绝缘的间隔层是八角形。

2. 如权利要求1所述的MEMS传感器，其中，所述八角形间隔层厚于直接安装所述半导体基板层的所述电绝缘的基板层。

3. 如权利要求1或2所述的MEMS传感器，其中，所述八角形间隔层在被安装至所述电绝缘的基板层之前形成有孔隙，并且所述基板层被切割以形成所述底座。

4. 如权利要求1或2所述的MEMS传感器，其中，所述八角形间隔层分开形成，然后安装至所述矩形传感器芯片。

5. 如前面的权利要求的任一项所述的MEMS传感器，其中，所述八角形间隔层具有非对称形状。

6. 如前面的权利要求的任一项所述的MEMS传感器，包括驱动换能器，所述驱动换能器布置为使所述振动传感结构以主要平面内谐振模式、即cos2θ谐振模式振动。

7. 如前面的权利要求的任一项所述的MEMS传感器，其中，所述传感器是振动结构陀螺仪，并且所述振动传感结构包括：实质上平面的环形谐振器；以及多个柔性支承构件，所述多个柔性支承构件布置为支承与所述半导体基板隔开的所述环形谐振器，以允许所述环形谐振器以一个或更多平面内谐振模式振荡。

8. 如权利要求7所述的MEMS传感器，

包括传感换能器，检测由正交次要平面内谐振模式导致的所述环形谐振器的振荡，所述振荡响应于围绕实质上垂直于所述环形谐振器的所述平面的轴施加的角速度而产生。

9. 一种制作MEMS传感器小片的方法，包括：

在半导体基板层上形成振动传感结构；

将所述半导体基板层安装至电绝缘的基板层，使得矩形传感器小片能够由所述基板层的所述平面中正交的x和y切割线定义；

将所述电绝缘的基板层安装至间隔层，所述间隔层具有在所述x和y切割线的至少一些连接点形成的孔隙；以及

划切所述层，以形成包括安装在八角形间隔层上的矩形传感器芯片的传感器小片。

10. 如权利要求9所述的所述方法，包括：在所述间隔层中在所述x和y切割线的每个连接点形成孔隙；以及沿着所述x和y切割线划切所述层，以形成包括安装在所述八角形间隔层上的矩形传感器芯片的传感器小片。

11. 如权利要求9或10所述的方法，还包括：选择所述传感器小片中的一个，并将所述间隔层接合至传感器封装，以形成封装的传感器。

12. 如权利要求9至11的任一项所述的所述方法，其中，所述八角形间隔层厚于直接安装所述半导体基板层的电绝缘的基板层。

13. 如权利要求9至12的任一项所述的所述方法，其中，所述振动传感结构是用于振动结构陀螺仪的、实质上平面的环形谐振器。

14. 如前面的权利要求的任一项所述的MEMS传感器或者方法，其中，所述半导体基板层由硅形成。

15. 如前面的权利要求的任一项所述的MEMS传感器或者方法，其中，所述电绝缘的基板层由玻璃形成。