CN107270883A - 具有对应的电气参数的降低的漂移的mems多轴陀螺仪的微机械检测结构 - Google Patents

具有对应的电气参数的降低的漂移的mems多轴陀螺仪的微机械检测结构 Download PDF

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Abstract

多轴MEMS陀螺仪(42)设置有微机械检测结构(10)，其具有：基板(12)；驱动块布置(14a‑14b)；具有中心窗口(22)的从动块布置(20)；感测块布置(20；35a‑35b、37a‑37b)，其在存在关于第一水平轴(x)和第二水平轴(x)的角速度的情况下经历感测运动；感测电极布置(29a‑29b、30a‑30b)，其相对于基板固定并且被设置在感测块布置下面；和锚定组件(24)，其被设置在中心窗口(22)内以用于在锚定元件(27)处将从动块布置约束到基板。锚定组件包括刚性结构(25a‑25b)，其悬挂在基板上方、在中心部分处通过弹性连接元件(26a‑26b)弹性地连接到从动块，并且在其端部处通过弹性解耦元件(28)弹性地连接到锚定元件。

Description

具有对应的电气参数的降低的漂移的MEMS多轴陀螺仪的微机 械检测结构
技术领域
本发明涉及一种MEMS(微机电系统)多轴陀螺仪的微机械检测结构，其具有在从对应的封装上的外部起作用的各种性质的热变形或应力存在的情况下的对应的电气参数的降低的漂移。
背景技术
特别地，在并不隐含丧失一般性的情况下，以下讨论将明确参考具有经受感测沿着垂直轴z(即，在正交于主延伸部的水平平面和对应的基板的上表面的方向上)的运动的感测块布置的双轴MEMS陀螺仪(此外，可能地能够进一步执行感测相同水平平面中的运动)。
所现知的是，由于例如由于从相同传感器的封装的外部起作用的各种性质的热现象、机械应力(例如，由于对印刷电路板的焊接)或由于湿度的膨胀而造成的对应的半导体材料的基板的变形，具有垂直轴z的MEMS传感器的微机械检测结构通常经受电气参数的漂移。
发明内容
图1示出了具有垂直轴z的MEMS传感器的已知类型的微机械结构1(其还包括未图示的电子读取接口，其电气耦合到相同微机械结构)。
微机械结构1包括：基板2(包括半导体材料，例如，硅)；和感测块3，其具有导电材料(例如，多晶硅)并且被布置在基板2上方、悬挂在离其上表面特定距离处。
感测块3具有水平平面xy的主延伸部以及沿着垂直轴z的基本上较低的尺度，水平平面xy由相互正交并且基本上平行于基板2的上表面(在静息状态中，即在缺少微机械结构1上起作用的外部量的情况下)的第一水平轴x和第二水平轴y而限定，垂直轴z沿着垂直于前述水平平面xy并且与第一和第二水平轴x、y形成一组三个笛卡尔轴xyz。
在中心处，感测块3具有贯穿其厚度穿过其的通口4。该通口4在俯视图中具有基本上矩形形状，其在沿着第一水平轴x的长度上延伸并且被设定在感测块3的质心(或重心)O。通口4因此将感测块3划分为被布置在沿着第二水平轴y关于相同通口4的相对侧的第一部分3a和第二部分3b。
还如图2a中示意性地图示的，微机械结构1还包括导电材料的第一固定电极5a和第二固定电极5b，它们被布置在基板2的上表面上、沿着第二水平轴y关于通口4的相对侧以相应地定位在感测块3的第一部分3a和第二部分3b下方、在分离(或间隙)的相应距离Δz1,Δz2处(其在静息状态中具有基本上相同值)。
第一固定电极5a和第二固定电极5b连同感测块3限定具有平面的平行面的第一感测电容器和第二感测电容器，其由C1、C2指派为整体并且具有静息时的给定的电容值。
感测块3通过由支柱元件构成的中心锚定元件6锚定到基板2，其在通口4内关于通口4中心地从基板2的上表面开始而延伸。中心锚定元件6对应于基板感测块3到基板2的仅有的约束点。
特别地，感测块3通过第一弹性锚定元件8a和第二弹性锚定元件8b机械地连接到中心锚定元件6，第一弹性锚定元件8a和第二弹性锚定元件8b在通口4内与沿着平行于关于中心锚定元件6的相对侧的第一水平轴x的旋转轴A对齐而以基本上直线的延伸来延伸。弹性锚定元件8a、8b被配置为服从关于其延伸的方向的扭矩，因此使能水平平面xy外的感测块3的旋转(响应于待检测的外部量，例如，加速度或角速度)。
由于旋转，感测块3接近的两个固定电极5a、5b中的一个(例如，第一固定电极5a)并且对应地远离两个固定电极5a、5b中的另一个(例如，第二固定电极5b)而移动，这生成感测电容器C1、C2的相反的电容性变化。
电气耦合到微机械结构1的MEMS传感器的适合的接口电子产品(在图1中未说明)在输入处接收感测电容器C1、C2的电容性变化，并且以不同方式处理这些电容性变化以用于确定待检测的外部量的值。
本申请人已认识到，在基板2经历变形的情况下，先前所描述的微机械结构1可能经受测量误差。
MEMS传感器的封装实际上经受随着温度变化的变形，归因于其制造材料的热膨胀的不同的系数的这些变形引起包含在其中的微机械结构1的基板2的对应的变形。类似变形还可以由于例如在印刷电路板上焊接封装期间从外部感应的特定应力或者由于归因于湿度的膨胀的现象而发生。
如图2b中示意性地图示的，由于基板2的变形，直接约束到基板2的固定电极5a、5b(一般而言，这些电极被设定在基板2的上表面上)跟随基板的相同变形，同时感测块3跟随中心锚定元件6的位移而移动。
基板2的变形可以引起静态偏移(在时间零处)或所谓的响应于零输入(ZRL-零速率水平)的输出的变化或漂移(即，在缺少待检测的量的情况下(例如，在缺少从外部起作用的角速度的情况下)提供在输出处的值)以及量的检测中的灵敏度的变化。
在所图示的示例中，基板2和对应的上表面经历沿着关于第二水平轴y的垂直轴z的变形(例如，弯曲)，并且由于该变形，因而在第一固定电极5a和第二固定电极5b处将感测块3与基板2分离的平均距离(或间隙)Δz1和Δz2发生变化。
距离的前述变化引起与待检测的量无关的、感测电容器C1、C2的电容的对应的变化，并且因此引起微机械结构1的感测性能的不期望的变化。
特别地，在其中基板2的变形引起间隙Δz1和Δz2的基本上相等变化的情况下，发生微机械结构1的检测的灵敏度的变化(被理解为比例ΔC/Δz)。在间隙Δz1和Δz2的不同变化的情况下，在时间零处发生电容性偏移和/或MEMS传感器的操作期间的ZRL的变化。
为了克服以上缺点，已经提出通常被设计为消除或至少降低微机械结构1的基板2的变形的影响的方案。
例如，以本申请人的名义提交的文档号US 2011/0023604 A1描述了一种用于具有单感测轴(垂直轴z)的MEMS惯性加速度计的微机械检测结构，其已经降低了漂移。
简言之，该方案基本上设想设定在固定电极附近的锚地(或到基板的约束点)处的微机械结构的感测块的锚定。这样，基板的变形以基本上类似的方式影响固定电极的位置和感测块的布置，这最小化了这些变形的影响。
然而，前述文档US 2011/0023604 A1中所描述的方案仅涉及单轴惯性加速度计的微机械结构；特别地，不存在对在更复杂的检测结构(诸如例如其中在不更改相同运动的特性的情况下需要协调多个驱动和感测运动的多轴MEMS陀螺仪的检测结构)中可以如何采取方案的参考。
以已知的方式，MEMS陀螺仪以利用科里奥利加速度的相对加速度的原理操作。当角速度被应用到在线性方向上驱动的对应的微机械检测结构的移动块时，移动块“感受到”惯性力或科里奥利力，其引起垂直于线性驱动方向和关于角速度应用到的轴线的方向上的位移。移动块经由使能驱动方向上的驱动和与角速度成正比的惯性力的方向上的位移的弹性元件而被支持在基板上面，并且可以例如经由电容性传导系统检测。
本发明的目标是提供一种在对应的基板的变形的存在的情况下例如在响应于零输入(ZRL)的输出信号和在灵敏度方面具有其电气参数的降低的漂移的多轴MEMS陀螺仪的微机械结构。
附图说明
根据本发明，因此，提供了一种MEMS陀螺仪，如附图中所定义的。
为了本发明的更好理解，现仅以非限制性示例的方式并且参考附图描述其优选的实施例，其中：
-图1是已知类型的具有垂直轴z的MEMS传感器的微机械结构的俯视图；
-图2a是沿着图1的线II-II取得的图1a的微机械结构的截面图；
-图2b是在存在微机械结构的基板的变形的情况下与图2a的截面图类似的截面图；
-图3是根据本发明的第一实施例的多轴MEMS陀螺仪的微机械检测结构的示意性俯视图；
-图4a是沿着图3的线IV-IV取得的图3的微机械结构的截面图；
-图4b是在存在微机械结构的基板的变形的情况下与图4a的截面图类似的截面图；
-图5是根据本发明的第二实施例的多轴MEMS陀螺仪的微机械检测结构的示意性俯视图；
-图6是根据本发明的另一方面的包含MEMS陀螺仪的电子设备的一般框图；以及
-图7示出了根据可能的变型实施例的MEMS陀螺仪的微机械结构的细节。
具体实施方式
图3是被提供在半导体材料(例如，硅基板)的主体(管芯)中的包括基板12的多轴MEMS陀螺仪的微机械检测结构(以10标出整体)的第一实施例的示意图。
微机械结构10具有水平平面xy中的主延伸部以及与在平行于垂直轴z的方向上的、与前述主延伸部相比较较小的尺度的基本上平面配置。
微机械结构10包括第一驱动块14a和第二驱动块14b，以及在水平平面xy中延伸(仅以示例的方式，基本上矩形)并且通过相应弹性锚定电极16a、16b连接到关于基板12固定的相应锚定15a、15b。
相应组的驱动电极17a、17b与每个驱动块14a、14b相关联。每组驱动电极17a、17b包括：相应多个移动电极18a、18b，其关于相应驱动块14a、14b固定并且在驱动块14a、14b外部延伸；以及相应多个固定电极19a、19b，其关于基板12固定并且梳齿状对接到移动电极18a、18b。
来自用于驱动MEMS陀螺仪的电子电路(此处未图示)的适合的电气偏置信号通过电极的相互并且交替的静电吸引来确定在示例中沿着第二水平轴y的线性驱动方向上的驱动块14a、14b的振荡驱动运动。特别地，在该驱动方向(如由图3中的箭头所指示的)的相反方向上驱动第一驱动块14a和第二驱动块14b。因此，弹性锚定元件16a、16b被配置为关于该驱动运动是符合的。
微机械结构10还包括从动块20，其被设定在第一驱动块14a与第二驱动块14b之间从动块20(在第一水平轴x的方向上)并且通过弹性连接元件21a、21b连接到相同驱动块14a、14b。
从动块20被悬挂在在静息状态中(即，在缺少待检测的量的情况下)与其平行的基板12上。
从动块20具有在例如矩形的形状的水平平面xy中的主延伸部和中心地定义空空间的中心窗口22(或通口)，中心窗口22的中心O符合整个微机械结构10的质心和对称中心。
耦合组件24被布置在中心窗口22内，并且根据本方案的特定方面被配置用于从动块20锚定到基板12的锚定。
特别地，耦合组件24包括一对刚性元件25a、25b，它们在示例中具有沿着第二水平轴y的直线延伸部，其中心地被布置到关于第二水平轴y对称地中心窗口11。
在与其中获得从动块20的过程步骤相同的过程步骤期间，例如经由相同材料层(例如，多晶硅)的化学蚀刻而形成前述刚性元件25a、25b。
每个刚性元件25a、25b通过相应弹性连接元件26a、26b弹性连接到从动块20，其在中心窗口22中从与从动块20(其定义中心窗口22)的面对侧一样远的相应刚性元件25a、25b的中心部分开始而延伸。在图3中所图示的示例中，弹性连接元件26a、26b在关于中心O的相对侧与沿着第一水平轴x的基本上直线的延伸部对齐(然而，针对弹性连接元件26a、26b的不同的实施例可以被设计为例如具有“L”形状)。
弹性连接元件26a、26b被配置为符合关于其延伸部的方向的扭矩，这使能在该实施例中(如在下文中所详细描述的)从动块20关于由相同弹性连接元件26a、26b限定的旋转轴出水平平面xy的旋转。
而且，每个刚性元件25a、25b在相应终端处通过相应弹性解耦元件28连接到锚定元件27，锚定元件27被设定与基板12接触并在基板12之上、关于基板12固定基板(例如，由梁柱元件构成，其从基板12开始垂直地延伸)。
在图3中所图示的实施例中，弹性解耦元件28具有沿着第一水平轴x的线性延伸部和比弹性连接元件26a、26b的长度更小的长度。而且，根据在下文中将澄清的适当的准则，锚定元件27被设定在中心窗口22内。
与弹性连接元件26a、26b和弹性解耦元件28相比较，刚性元件25a、25b被配置为具有高硬度。在没有基板12的变形的情况下，这些刚性元件25a、25b的延伸部将被认为是位于水平平面xy中。换句话说，甚至在存在基板12的最大容许变形的情况下，其硬度值使得刚性元件25a和25b可以合理地被认为是刚体。
每个弹性解耦元件28被配置为连同相应锚定元件27限定关于基板12的铰链类型的约束元件。另外，弹性解耦元件28具有比弹性连接元件26a、26b高得多的硬度，使得在结构的运动期间，无论其是驱动运动还是感测运动(如在下文中更详细描述的)，刚性元件25a、25b可以被认为是关于从动块20基本上不移动的。
微机械结构10还包括：第一对感测电极29a、29b，其被布置在基板12上并且关于基板12固定、且在沿着第一水平轴x的中心窗口22的相对侧的从动块20下面；并且此外，第二对感测电极30a、30b，其被布置在相同基板12上并且关于基板12固定、且在沿着第二水平轴y的中心窗口22的相对侧的从动块20下面。
特别地，根据本方案的一方面，锚定元件27成对地被布置在对应于相应感测电极29a、29b、30a、30b并且在相应感测电极29a、29b、30a、30b附近的位置中。
一般而言，在对应于每个感测电极29a、29b、30a、30b的位置中设置有基板从动块到基板12的(由相应锚定元件27和弹性解耦元件28定义的)至少一个约束点。在图3中所图示的示例中，例如，提供四个约束点，其中的两个被布置在感测元件30a处，另两个以关于中心窗口22的中心O基本上对称的方式被布置在感测电极30b处(同样地，第一对约束点被设定在感测电极29a处，并且第二对约束点被布置在感测电极29b处)。
在操作期间，耦合组件24被配置为响应于驱动块14a、14b的相反方向上的驱动运动(如由箭头表示的)，允许水平平面xy(关于基板12)中的从动块20关于垂直轴z的旋转。基本上，从动块20在由驱动块14a、14b的运动造成的旋转中(在示例中，在逆时针方向上)被驱动以产生从动块20自身上的切线力，特别地，其沿着感测电极30a、30b处的相反方向上的第一水平轴x被引导。
响应于驱动块14a、14b的该驱动运动，并且在存在关于第一水平轴x的角速度(以ωx标示)的情况下，在从动块20上生成具有沿着垂直轴z的方向和相反方向的几个科里奥利力，并且因此引起在示例中出水平平面xy的关于第二水平轴y的相应旋转。
感测电极29a、29b通过电容耦合使能指示关于第一水平轴x的前述角速度ωx的值的量的检测(其因此表示针对MEMS陀螺仪的第一感测轴)。
在存在关于第二水平轴y的角速度(以ωy标示)的情况下，还生成(在相反方向上，在感测电极30a、30b处)沿着垂直轴z引导的从动块20上的科里奥利力，其引起在示例中出水平平面xy的关于由弹性连接元件26a、26b限定的在平行于第一水平轴x的方向上的旋转轴的旋转。
感测电极30a、30b通过与从动块20的电容耦合使能指示前述角速度ωy的值关于第二水平轴y(其因此表示针对MEMS陀螺仪的第二感测轴)的电气量的检测。
如在图4a中示意性地所示(其表示静息状态)并且如在图4b中示意性地所示(其表示基板12的变形状态)，在存在基板12的变形的情况下，锚固元件27的布置(在该示例中位于感测电极30a、30b)有利地使能相对于静息状态降低将从动块20(在该情况下，也充当感测块)与感测电极30a、30b分离的间隙的变化Δz1和Δz2的平均值。这些间隙具有相互不相当大地不同的基本上对应的变化Δz1和Δz2。
而且，弹性解耦元件28有利地使从动块20关于基板12的倾斜的平均值能够降低，这实际上吸收并且补偿锚固元件27处的基板12的可能的应力和旋转。
因此，防止微机械结构10的电气检测参数(例如，在ZRL和灵敏度方面)的任何不期望的变化。
更详细地，在存在沿着垂直轴z的基板12(并且同时感测电极30a、30b)的位移的情况下，例如，由于作为温度的函数的变形，因而约束点沿着基本上以对应于固定电极30a、30b的方式沿着垂直轴z偏移，并且类似位移通过弹性解耦元件28传送到刚性元件25a、25b。由于这样的位移，刚性元件25a、25b移动，这将其设置在内插由约束点假定的新位置的平面中。特别地，内插平面与单独的约束点的位置之间的误差由弹性解耦元件28补偿，其还补偿基板12的任何可能的膨胀。
给定弹性解耦元件28的硬度，从动块20直接跟随刚性元件25a、25b的位移，因此将自身设置在空间中。换句话说，在跟随基板12沿正交轴z的变形时，从动块20刚性地连接到刚性元件25a、25b。
因此，从动块20还经历基本上对应于固定电极30a、30b的位移的位移，因此实际上降低从动块20与固定电极30a、30b之间的间隙的(平均)变化Δz1和Δz2，因此，在来自MEMS陀螺仪的输出处的灵敏度和偏移的值中未发生明显的改变。
因此，迄今为止，在固定电极30a、30b附近的约束点的布置本身是有利的，因为其使得从动块20经历可以约等于固定电极30a、30b的平均位移的位移，因此降低来自MEMS陀螺仪的输出处的电气值中的漂移。特别地，使用微机械结构10的数学建模，确定约束点(和对应的锚固元件27)的最佳特定位置诸如以有效地最小化从动块20与固定电极30a、30b之间的间隙平均变化Δz1和Δz2是有利地可能的(当然，类似的考虑适于固定电极29a、29b)。
例如，使用迭代程序在微机械结构10的设计和制造的阶段中确定在存在基板12的变形的情况下使能传感器的灵敏度和偏移的漂移的最小化的约束点的最佳位置是可能的。
参考图5，呈现了再次由10标出的多轴MEMS陀螺仪的微机械检测结构的第二实施例的描述(一般而言，与先前所图示的其他元件相类似的元件由相同附图标记标出并且在本文中不再详细描述)。
在该实施例中，从动块20再次通过其再次由弹性连接元件21a、21b连接到的第一驱动块14a和第二驱动块14b在关于垂直轴z的旋转的其运动中驱动(以整体与先前参考图3已经描述的那些相类似的方式)。
在从动块20中，再次如先前所描述的，中心开口22限定其中定位耦合组件24的空间(以整体与先前已经描述的那些相类似的方式提供)。
在这种情况下，从动块20还具有关于中心窗口22横向地设置在其中的另外的两对窗口(或通孔)，即：第一对横向窗口32a、32b，其设定在中心窗口22的相对侧上，沿着第一水平轴x对齐；和第二对横向窗口33a、33b，其设定在中心窗口22的相对侧上，沿着第二水平轴y对齐。
在这种情况下，微机械结构20包括进一步并且不同的感测块，其被设计用于检测沿着水平轴x、y的角速度并且被设定在前述横向窗口中。在这种情况下，从动块20和驱动块14a、14b二者都不具有检测角速度的功能(并且未电容耦合到感测电极)。
详细地，微机械结构20包括第一对感测块35a、35b，其各自设定在第一对的相应横向窗口32a、32b中、悬挂在基板12上面并且通过弹性悬挂元件36连接到从动块20。
特别地，扭矩类型的弹性悬挂元件36在被布置在中心窗口22附近的相应感测块35a、35b的终端部分的相对侧上平行于第二水平轴y延伸，使得相同感测块35a、35b以悬臂方式被设定在基板12上面(即，以相应的质心设定在离由弹性悬挂元件36构成的旋转轴适当的距离处)。
在操作期间，在存在关于第一水平轴x的角速度(角速度ωx)的情况下，在感测块35a、35b上生成沿着垂直轴z定向的科里奥利力，其引起在水平平面xy外绕由在相同垂直轴z的相反方向上的前述弹性悬挂元件36定义的旋转轴的其相应旋转。
方便地，在这种情况下，感测电极29a、29b被设置在感测块35a、35b下面的基板12上。另外，在这种情况下，耦合到耦合组件24的刚性元件25a、25b上的锚固元件27被设定在这些感测电极29a、29b的附近。
微机械结构20还包括第二对感测块37a、37b，其各自设定在第二对的相应横向窗口33a、33b中、悬挂在基板12上面并且通过各自的弹性悬挂元件38连接到从动块20。
在操作期间，在存在关于第二水平轴y的角速度(角速度ωy)的情况下，在感测块37a、37b上生成沿着垂直轴z的相反方向定向的科里奥利力，其引起从在平面xy外绕平行于第一水平轴x、穿过与前述弹性悬挂元件38耦合的点的旋转轴的其相应旋转。
设定在感测块37a、37b下面的基板12上的感测电极30a、30b通过与感测块37a、37b电容耦合使能检测指示角速度ωy的值的量。
在这种情况下，耦合到耦合组件24的刚性元件25a、25b上的锚固元件27也被设定在前述感测电极30a、30b的附近。
因此，以整体与已经参考图3的第一实施例讨论的那些相类似的方式，微机械结构10的耦合组件24使能有效地补偿基板12的可能变形和降低并最小化用于检测角速度的电气参数的漂移。
从前述描述清楚地显现所提出的方案的优点。
在任何情况下，应再次强调，MEMS陀螺仪的微机械检测结构10基本上对于基板的变形不敏感(例如，由于温度变化、外部应力，诸如归因于焊接到印刷电路板或存在湿度的那些)。作为基板的变形的函数的偏移和灵敏度的变化实际上极其低(基本上零)，因此这通常最小化电气参数的漂移。
特别地，由于所描述的方案，在不以任何方式影响MEMS陀螺仪中设想的角速度的驱动和感测的运动的情况下，有利地实现这些效果。
用于关于基板12的从动块20的锚固和支撑的所描述的方案不需要关于角速度的检测的模态和MEMS陀螺仪的一般操作的任何基本修改。
有利地，微机械结构10还具有与传统方案的那些(即，设想单个中心锚固的那些)可比较的总体尺寸。
迄今为止，与第一实施例相比较，参考图5所图示的第二实施例还可以提供特定优点，因为其使能较高的灵敏度值、角速度检测的两个轴线之间的干扰(关于所谓的“交叉轴灵敏度”)的较低的影响，以及与基板12的变形相关的干扰的拒绝的较大的影响(在该第二实施例中，锚固元件27被设定在与这两个感测轴相关联的感测电极29a-29b、30a-30b的附近)。
在任何情况下，在便携式或可穿戴类型的电子设备40中，微机械结构10和对应的MEMS陀螺仪的使用是特别地有利的，如图6中示意性地图示的。
特别地，在该图6中，MEMS陀螺仪由42标出，并且包括先前所描述的微机械结构10和ASIC 43，其提供对应的读取接口(并且可以设置在与微机械结构10的管芯相同的管芯中或可以在任何情况下安装在相同封装中的不同的管芯中)。
电子设备40优选地是移动通信便携式设备，诸如手机、PDA(个人数字助理)、便携式计算机，而且具有语音记录能力的数字音频播放器、照相机或摄影机、视频游戏控制器等；电子设备40还可以是可穿戴设备，诸如手表或手镯。
电子设备40一般地能够处理、存储和/或发射和接收信号和信息，并且包括：微处理器44，其接收由MEMS陀螺仪42检测的信号；以及输入/输出接口45，例如，其提供有耦合到微处理器44的小键盘和显示器。而且，电子设备40可以包括用于生成音频输出(未图示)上的声音的扬声器47和内部存储器48。
最后，显然，从而在不脱离如附图中定义的本发明的范围的情况下，可以对在本文中已经描述和说明什么做出修改和变型。
例如，从动块20机械地耦合到基板12所利用的约束点的数目可以关于已经说明什么而变化，使用更小或更大的数目是可能的。当然，小于四的约束点的数目的使用需要基板12的变形的补偿的能力的逐步降低，然而虽然支持变形的更大的补偿，但是更大数目的约束点的使用需要微机械结构10的更高的复杂性。
感测电极的数目可以关于已经说明什么而变化；实际上，可以存在更大数目的电极(例如，根据将作为整体与对应的感测块形成两个感测电容器C1、C2的适当的电极布置关于彼此缩短的)，或者甚至在其中未采纳差别的感测方案的情况中的仅一个感测电极。
而且，如图7的细节中所图示的，可以对每个感测电极29a-29b、30a-30b(附图仅以示例的方式图示了感测电极30a)进行塑造以便在水平平面xy中的其总体尺寸或包膜区内包括用于进一步降低与基板12的变形相关联的影响的相应锚定元件27的基本部分。
在这种情况下，每个感测电极具有被设计为至少部分安置耦合到基板12的对应的锚定元件27的基本部分的凹处。同样地，中心窗口22具有感测电极上的对应的延伸部。
最后，显然，所描述的方案可以有利地也适于其他类型的MEMS传感器，例如，能够还关于第三感测轴检测角速度的三轴陀螺仪(所谓的偏转角速度)，其在该情况下包括另一感测块布置(以此处未详细讨论的方式)。

Claims (13)

1.一种多轴MEMS陀螺仪(42)，其设置有具有水平平面(xy)中的主延伸部的微机械检测结构(10)，包括：
基板(12)，其包括半导体材料；
驱动块布置(14a-14b)，其被设计为在驱动运动中被驱动；
从动块布置(20)，其具有中心窗口(22)，并弹性地耦合到所述驱动块布置(14a-14b)并且被设计为在由所述驱动运动造成的运动中被驱动；
感测块布置(20；35a-35b、37a-37b)，其被设计为：在存在关于所述水平平面(xy)的第一水平轴(x)的第一角速度(ωx)的情况下，执行沿着垂直轴(z)从所述水平平面(xy)旋转出来的第一检测运动，以及在存在关于所述水平平面(xy)的第二水平轴(y)的第二角速度(ωy)的情况下，还执行从所述水平平面(xy)旋转出来的第二检测运动；
感测电极布置(29a-29b、30a-30b)，其相对于所述基板(12)被固定并且被布置在所述感测块布置(20；35a-35b、37a-37b)下面且电容性地耦合到所述感测块布置(20；35a-35b、37a-37b)；以及
锚定组件(24)，其被布置在所述从动块布置(20)的所述中心窗口(22)内、弹性地耦合到所述从动块布置并且被配置为在锚定元件(27)处将所述从动块布置约束到锚定所述基板(12)，
其特征在于，所述锚定组件(24)包括刚性结构(25a-25b)，所述刚性结构悬挂在所述基板(12)上方、通过中心部分处的弹性连接元件(26a-26b)弹性地连接到所述从动块(20)，并且通过所述刚性结构的端部处的弹性解耦元件(28)弹性地连接到所述锚定元件(27)；其中所述锚定元件(27)被定位在离所述弹性连接元件(26a-26b)一定距离处并且在所述水平平面(xy)中的所述感测电极布置(29a-29b、30a-30b)的位置处。
2.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中所述弹性解耦元件(28)被配置为将所述刚性结构(25a-25b)与所述基板(12)的变形进行弹性地解耦，所述变形归因于以下之中的一个或多个：热漂移、机械应力或吸湿性。
3.根据权利要求1或2所述的陀螺仪，其中将所述锚定元件(27)定位在所述感测电极布置(29a-29b、30a-30b)处是以便在所述基板(12)变形时降低所述感测块布置(20；35a-35b、37a-37b)与所述感测电极布置(29a-29b、30a-30b)之间的间隙的变化(Δz1、Δz2)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的陀螺仪，其中所述锚定组件(24)被配置使得所述刚性结构(25a-25b)相对于待检测的所述第一角速度(ωx)和所述第二角速度(ωy)是基本上不移动的。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的陀螺仪，其中所述刚性结构(25a-25b)包括一对刚性元件(25a、25b)，所述刚性元件具有沿着所述第二水平轴(y)的延伸部并且在所述中心窗口(22)中关于所述第二水平轴(y)对称地布置；其中每个刚性元件(25a、25b)通过相应的弹性连接元件(26a、26b)弹性地连接到所述从动块布置(20)，所述弹性连接元件从相应的所述刚性连接元件(25a、25b)的中心部分延伸远到所述从动块布置(20)；并且其中每个刚性元件(25a、25b)还通过相应的弹性解耦元件(28)在相应终端处连接到相应锚定元件(27)，所述锚定元件(27)被设置在所述感测电极布置(29a-29b、30a-30b)附近。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的陀螺仪，其中所述从动块布置包括从动块(20)，所述从动块(20)在内部具有相对于所述中心窗口(22)横向地设置的并且沿着所述第一水平轴(x)对齐的第一对横向窗口(32a、32b)；并且其中所述感测块布置(35a-35b、37a-37b)包括第一对感测块(35a、35b)，所述第一对感测块中的每一个感测块被设置在所述第一对横向窗口中的相应横向窗口(32a、32b)内、被悬挂在所述基板(12)上方、并且通过相应的弹性悬挂元件(36)连接到所述从动块(20)；其中扭矩类型的所述弹性悬挂元件(36)在相应的所述感测块(35a、35b)的终端部分的相对侧平行于所述第二水平轴(y)延伸，以使得所述感测块(35a、35b)以悬臂方式被设置在所述基板(12)上方。
7.根据权利要求6所述的陀螺仪，其中所述感测电极布置(29a-29b、30a-30b)包括被设置在所述第一对感测块(35a、35b)下面、所述基板(12)上的第一对感测电极(29a、29b)。
8.根据权利要求6或7所述的陀螺仪，其中所述从动块(20)在内部还具有相对于所述中心窗口(22)横向地设置的并且沿着所述第二水平轴(y)对齐的第二对横向窗口(33a、33b)；并且其中所述感测块布置(35a-35b、37a-37b)包括第二对感测块(37a、37b)，所述第二对感测块中的每一个感测块被设置在所述第二对横向窗口中的相应横向窗口(33a、33b)内并且通过相应弹性悬挂元件(36)连接到所述从动块(20)以便以悬臂方式悬挂在所述基板(12)上方。
9.根据权利要求8所述的陀螺仪，其中所述感测电极布置(29a-29b、30a-30b)包括被设置在所述第二对感测块(37a、37b)下面、所述基板(12)上的第二对感测电极(30a、30b)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的陀螺仪，其中所述驱动块布置(14a-14b)耦合到一组驱动电极(17a-17b)并且被设计为在所述一组驱动电极的电偏置之后在所述驱动运动中被驱动；其中所述驱动运动是沿着所述第二水平轴(y)的平移运动，以将所述从动块(20)驱动到关于所述垂直轴(z)的旋转中。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的陀螺仪，其中连接到所述刚性结构(25a-25b)的所述弹性连接元件(26a-26b)在所述中心窗口(22)内延伸并且被对齐以限定针对所述从动块布置(20)的从所述水平平面(xy)出来的旋转的旋转轴。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的陀螺仪，还包括读取接口电路(43)，其电耦合到所述微机械结构(10)。
13.一种电子设备(40)，其包括根据权利要求12所述的MEMS陀螺仪(42)；以及微处理器单元(44)，所述微处理器单元电连接到所述读取接口电路(43)；特别地，所述电子设备(40)是便携式类型或可穿戴类型的。
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