CN108534769A - 加速度和角速度谐振检测集成结构及相关mems传感器设备 - Google Patents

加速度和角速度谐振检测集成结构及相关mems传感器设备 Download PDF

Info

Publication number
CN108534769A
CN108534769A CN201810105444.XA CN201810105444A CN108534769A CN 108534769 A CN108534769 A CN 108534769A CN 201810105444 A CN201810105444 A CN 201810105444A CN 108534769 A CN108534769 A CN 108534769A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mass body
inertial mass
resonator element
rotary shaft
detection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810105444.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108534769B (zh
Inventor
C·科米
A·科里利亚诺
L·巴尔达萨雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics SRL
Original Assignee
STMicroelectronics SRL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STMicroelectronics SRL filed Critical STMicroelectronics SRL
Publication of CN108534769A publication Critical patent/CN108534769A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108534769B publication Critical patent/CN108534769B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5733—Structural details or topology
    • G01C19/574—Structural details or topology the devices having two sensing masses in anti-phase motion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/097—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0831—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type having the pivot axis between the longitudinal ends of the mass, e.g. see-saw configuration

Abstract

本公开的实施例涉及加速度和角速度谐振检测集成结构及相关MEMS传感器设备。一种集成检测结构具有：第一惯性质量体和第二惯性质量体，每个惯性质量体弹性地锚定到基板并且具有沿着第一水平轴的线性运动、绕着与第二水平轴平行的第一旋转轴的第一旋转检测运动和沿着第二水平轴的第二平移检测运动；驱动电极，引起惯性质量体在第一水平轴的相反方向上的线性运动；成对挠曲谐振器元件和成对扭转谐振器元件，弹性耦合到惯性质量体，挠曲谐振器元件具有绕着相互平行并且与第一旋转轴平行的第二旋转轴和第三旋转轴的谐振旋转运动。

Description

加速度和角速度谐振检测集成结构及相关MEMS传感器设备
本申请是中国国家申请号为201310463706.7的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开内容涉及一种加速度和角速度谐振检测集成结构，并且涉及一种所谓MEMS(微机电系统)类型的相关传感器设备。
背景技术
正如所知，已经提出MEMS加速度计和陀螺仪，并且由于它们的高紧凑性、它们的减少的消耗水平和它们的良好电性能而在广泛应用环境中(例如在便携电子装置领域中)用于惯性导航应用、用于创建用户接口或者总体用于检测在三维空间中的移位。
具体而言，已经提出用表面微加工技术制作的谐振微传感器，这些传感器使外部量的检测基于在谐振中设置的一个或者多个元件的频率变化。谐振检测与其它测量技术相比具有赋予直接频率输出、准数字类型、高灵敏度和宽动态范围的优点。
在谐振加速度计中，待测量的外部加速度产生集成机械检测结构的一个或者多个谐振器元件的谐振频率的可检测移位。谐振器元件可以由集成检测结构的整个惯性质量体(测试质量体或者自由质量体，所谓“验证质量体”)、由其某一部分或者由耦合到惯性质量体的不同元件构成。
根据集成检测结构的配置，在惯性质量体移位时谐振器元件中的轴向应力或者相同谐振器元件受到的所谓“电刚度(electrical stiffness)”的变化的存在可以引起谐振频率的变化。
例如在以下文献中描述如下谐振加速度计，这些谐振加速度计的操作原理基于对由于谐振器元件中的轴向应力所致的谐振频率的变化的检测：
D.W.Bruns,R.D.Horning,W.R.Herb,J.D.Zook,H.Guckel “Resonant microbeamaccelerometers”,Proc.Transducers 95,Stockholm,Sweden,June 25-29,659-662(1995)；以及
R.Zhu,G.Zhang,G.Chen“A novel resonant accelerometer based onnanoelectromechanical oscillator”,Proc.MEMS 2010,Hong Kong,440-443(2010)。
例如在以下文献中描述如下谐振加速度计，这些谐振加速度计的操作原理代之以基于对由于电刚度的变化所致的谐振频率的变化的检测：
B.Lee,C.Oh,S.Lee,Y.Oh,K.Chun,“A vacuum packaged differential resonantaccelerometer using gap sensitive electrostatic stiffness changing effect”,Proc.MEMS 2000；以及
H.C.Kim,S.Seok,I.Kim,S-D.Choi,K.Chun,“Inertial-grade out-of-plane andin-plane differential resonant silicon accelerometers (DRXLs)”,Proc.Transducers‘05,Seoul,Korea,June 5-9,172-175(2005)。
另外，在第IT 1 395 419号专利中和在以本申请人的名义、于2011年8月31日提交的第TO2011A000782号意大利专利申请(与WO2013030798相关)中，描述关于特性(具体为灵敏度)和减少的机械尺度而改进的谐振加速度计。
在陀螺仪中，一般使惯性质量体以固有谐振频率振动，并且测量由于在存在外部角速度时在一个或者多个检测元件上产生的科里奥利力(Coriolis force)所致的影响。
一般而言，借助电容技术来进行检测，然而存在有利用谐振检测的微陀螺仪的少数示例，在这些示例中可以引用以下文献作为示例：
A.A.Seshia,R.T.Howe,S.Montague,“An integrated microelectromechanicalresonant output gyroscope”,Proc.MEMS2002,722-726(2002)；
J.Li,J.Fang,H.Dong,Y.Tao,“Structure design and fabrication of a noveldual-mass resonant output micromechanical gyroscope”,Microsyst.Technology,16,543-552。
在这些文献中，科里奥利力在谐振器元件中生成轴向应力，这些轴向应力相应地修改它们的谐振频率，从而实现检测角速度。
发明内容
就本申请人所知，尚未开发如下微陀螺仪，这些微陀螺仪使它们的检测原理基于由于电刚度的变化所致的谐振频率的变化。
另外已知具体在便携装置中以减少尺度和以优化空间占用为目标的如下趋势，该趋势朝着在同一集成设备(所谓“芯片”)内集成多个检测结构；例如具有多个测量轴的检测结构或者另外与角速度检测结构集成的加速度检测结构。
然而迄今为止，这些集成检测结构通常具有用于检测各种外部量(例如与相应测量轴对应的加速度和/或角速度)的某个数目的不同惯性质量体并且还具有不同读取元件和电路。
一般而言，希望主要在便携应用的情况下具体关于电特性和机械尺度来优化这些集成检测结构，在便携应用中希望低消耗水平和减少的尺度。
根据本公开内容的一个实施例，提供一种加速度和角速度谐振集成检测结构以及对应传感器设备。
在一个实施例中，集成检测结构包括基板、弹性锚固元件以及第一惯性质量体和第二惯性质量体。每个惯性质量体在平面中悬置于基板之上并且由弹性锚固元件中的相应弹性锚固元件锚定到基板。弹性锚固元件被配置用于允许相应惯性质量体执行在所述平面中沿着第一轴的线性驱动运动和绕着与横切于所述第一轴的在所述平面中的第二轴平行的相应第一旋转轴的相应第一旋转检测运动。该结构还包括：第一组驱动电极，操作地耦合到所述第一惯性质量体和所述第二惯性质量体中的每个惯性质量体，并且被配置用于沿着所述第一轴在相反方向上用驱动运动驱动第一惯性质量体和第二惯性质量体。该结构还包括：弹性支撑元件；成对第一谐振器元件，经由弹性支撑元件中的相应弹性支撑元件弹性耦合到所述第一惯性质量体和第二惯性质量体中的每个惯性质量体。相应弹性支撑元件被配置用于在相应第一旋转检测运动期间将所述成对第一谐振器元件耦合到所述第一惯性质量体和第二惯性质量体中的相应惯性质量体并且实现成对第一谐振器元件的独立谐振运动。所述第一惯性质量体或者第二惯性质量体的相应第一检测运动根据待检测的第一角速度或者第一线性加速度的存在变化并且引起所述第一谐振器元件的对应谐振频率变化。
附图说明
为了更好地理解本公开内容，现在仅通过非限制示例并且参照附图描述其优选实施例，在附图中：
图1a是根据本公开内容的一个实施例的集成检测结构的示意平面图；
图1b是图1a的集成检测结构的一部分的示意侧向截面图；
图2示出处于横摆角速度检测的操作状况下的集成检测结构的简化平面图；
图3a-3b分别在平面图中和在侧向截面中示出处于滚动角速度检测的操作状况下的集成检测结构；
图4示出处于平面内加速度检测的操作状况下的集成检测结构的简化平面图；
图5a-5b分别在平面图中和在侧向截面中示出处于平面外加速度检测的操作状况下的集成检测结构；
图6是集成检测结构的一个实施例的更具体平面图；
图7是电子装置中的MEMS传感器设备的简化框图，该MEMS传感器设备并入集成检测结构；并且
图8是根据又一备选实施例的集成检测结构的示意平面图。
具体实施方式
图1a示出用于集成检测加速度和角速度的作为整体由1标示的微机电类型的检测结构。可以具体从半导体材料(比如硅)本体开始用半导体表面微加工技术制作集成检测结构1。
集成检测结构1包括由第一惯性质量体2和第二惯性质量体2’构成的单对惯性质量体，相应成对挠曲(flexural)谐振器元件3a-3b、3a’-3b’以及相应成对扭转(torsional)谐振器元件4a-4b、4a’-4b’耦合到每个惯性质量体(注意在图1a中，如在以下图中类似的那样，引号指示与第二惯性质量体2’关联的元件)。
集成检测结构1具有在由第一轴x和第二轴y限定的水平平面xy中的主要延伸以及在沿着竖轴z与水平平面xy正交的方向上的基本上可忽略不计的尺寸(在与在水平平面xy中的尺寸比较时)，该竖轴与在水平平面中的前述第一和第二轴x、y限定一组三个正交轴。
集成检测结构1还优选地关于穿过它的几何中心并且分别与第一和第二轴x、y平行的第一中轴Mx和第二中轴My理想地对称。
假定该结构对称，以镜像方式配置惯性质量体2、2’和关联的谐振器元件，使得以下描述将仅详细讨论两个惯性质量体中的第一个惯性质量体，具体为第一惯性质量体2，清楚的是完全相似的考虑也在两个惯性质量体中的第二个惯性质量体(在这一情况下为第二惯性质量体2’)的情况下适用。
具体而言，第一惯性质量体2锚定到下面的基板(这里未图示，例如半导体材料的基板，诸如硅)以便在静止状况下(即在不存在待检测的外部量时)悬置于基板上方而水平平面xy基本上平行于其顶表面。
具体而言，第一惯性质量体2弹性耦合到成对的外部锚固件6a、6b，外部锚固件6a、6b相对于第一惯性质量体2在水平平面xy中的总尺度外部地、沿着水平平面xy中的第一轴x和第二轴y以某个距离侧向地设置。外部锚固件6a、6b例如由竖直延伸与基板一样远并且机械连接到基板的相应柱构成，并且相对于第一中轴Mx对称设置。
第一惯性质量体2借助例如直线或者折叠类型的相应弹性元件(或者弹簧)8a、8b连接到每个外部锚固件6a、6b；相对于第一中轴Mx对称布置弹性锚固元件8a、8b。
具体而言，每个弹性元件8a、8b具有第一端和第二端，该第一端锚定(约束或者集成)到相应外部锚固件6a、6b，该第二端锚定(约束或者集成)到第一惯性质量体2的在与第一中轴Mx对应的位置设置的内部部分9。每个弹性元件8a、8b具有第一弹簧部分和第二弹簧部分，该第一弹簧部分与第一轴x平行纵向延伸并且与第一惯性质量体2并排侧向设置并且关联到前述第一端，该第二弹簧部分与第二轴y平行纵向延伸并且相对于第一部分成直角设置以形成“L”并且关联到前述第二端。第二弹簧部分在贯穿第一惯性质量体2的厚度穿越第一惯性质量体2的相应凹陷10中在第一惯性质量体2内延伸。
第一惯性质量体2具有相对于弹性锚固元件8a、8b的第二弹簧部分沿着第一轴x的不对称质量分布并且以离心方式约束到外部锚固件6a、6b。
弹性锚固元件8a、8b作为整体被配置(具体在挠曲和扭转刚度方面)以便维持在基板上方悬置的第一惯性质量体2并且以如下方式来配置：第一惯性质量体2的第一固有模式是沿着第二轴y的平移；第二固有模式是绕着与第二轴y平行的第一旋转轴A在水平平面xy外的旋转，该第一旋转轴穿越前述内部部分9并且由第二弹簧部分的纵向延伸轴限定；并且第三固有模式是沿着第一轴x的平移。
关联到第一惯性质量体2的挠曲谐振器元件3a、3b为梁式、很薄(即宽度比它们的长度小得多)、在与第二轴y平行的方向上纵向延伸并且相对于第一轴x与第一惯性质量体2并排设置。
具体而言，每个挠曲谐振器元件3a、3b借助两个元件共用的并且在与第一纵轴Mx对应的位置设置的中心锚固件11在第一纵向端处约束到基板。每个挠曲谐振器元件3a、3b另外在它的第二纵向端处与对应的外部锚固件6a、6b严格邻近地约束到相应弹性元件8a、8b，具体约束到相同弹性元件8a、8b的对应的第一部分。挠曲谐振器元件3a、3b因此从与相应弹性元件8a、8b的约束点向中心锚固件11延伸，并且经由相同弹性元件8a、8b耦合到第一惯性质量体2。
具体而言，在挠曲谐振器元件3a、3b到相应弹性元件8a、8b的约束点与相应外部锚固件6a、6b之间的由c标示的距离比弹性元件8a、8b的第一部分本身的长度L小得多；例如满足以下关系：
0.01·L<c<0.1·L (1)
如在前述第IT 1 395 419号专利中详细描述的那样，选择挠曲谐振器元件3a、3b的约束位置(与外部锚固件6a、6b很近)以便最大化由于惯性质量体沿着第二轴y的平移所致的在谐振器元件中的轴向应力(如下文更具体描述的那样)；因此获得高的力放大因数而未求助于杠杆系统。
挠曲谐振器元件3a、3b的谐振驱动和所得电谐振信号的检测通过与如下电极的电容耦合而出现，这些电极与挠曲谐振器元件3a、3b平行设置并且面向挠曲谐振器元件3a、3b。
具体而言，存在挠曲谐振器元件3a、3b二者共用的驱动电极12，该驱动电极具有沿着第二轴y与第一惯性质量体2的对应延伸基本上一致的延伸，并且沿着第一轴x设置于挠曲谐振器元件3a、3b与第一惯性质量体2之间。针对每个挠曲谐振器元件3a、3b另外存在相应检测电极13a、13b，该检测电极在第一轴x的相对于相应驱动电极12的相对侧上面向挠曲谐振器元件，沿着第二轴y设置于相应外部锚固件6a、6b与中心锚固件11之间。
如下文将阐明的那样，驱动电极12还功能地耦合到第一惯性质量体2，从而用于引起第一惯性质量体2沿着第一轴x在线性方向上处于谐振状况下的驱动。
扭转谐振器元件4a-4b由相应悬置质量体构成，这些悬置质量体具有在水平平面xy中比第一惯性质量体2小得多的尺度以及在平面图中的方形(或者总体为矩形)，并且关于第一旋转轴A对称布置于第一惯性质量体2的内部部分9的相对于相同第一旋转轴A的相对侧上。
具体而言，该对扭转谐振器元件的第一扭转谐振器元件4a在经过第一惯性质量体2(在第一惯性质量体2被内部部分9划分时)的第一部分提供的第一开口14内设置于第一惯性质量体2以内，该第一部分具有沿着第一轴x的更小延伸，而该对扭转谐振器元件的第二扭转谐振器元件4b在经过第一惯性质量体2的第二部分提供的第二开口15内设置于相对于第一惯性质量体2的侧向位置，该第二部分具有沿着第一轴x的更小延伸并且布置于整个集成检测结构1的对称中心处。
具体而言，第二扭转谐振器元件4b位于距第一旋转轴A可能的最大距离处，使得其外部侧向表面与第一惯性质量体2的相应侧向表面沿着第二轴y齐平并且对准。第二开口15在前述侧向表面处朝着第一惯性质量体2以外打开。
如在前述第TO2011A000782(WO2013030798)号专利申请中具体描述的那样，扭转谐振器元件4a、4b的这一位置实现最大化检测灵敏度，维持极小总尺度。
扭转谐振器元件4a、4b由扭转类型的相应弹性支撑元件16弹性约束到第一惯性质量体2，这些弹性支撑元件被配置以便允许扭转谐振器元件4a、4b执行绕着与第一旋转轴A和第二轴y平行的相应第二旋转轴B和第三旋转轴C在水平面xy外的旋转运动；这一运动构成用于扭转谐振器元件4a、4b的第一固有模式。旋转轴B、C关于第一旋转轴A对称布置于第一旋转轴A的相对侧上。
更具体而言，每个扭转谐振器元件4a、4b由成对弹性支撑元件16约束到第一惯性质量体2的相应部分，这些弹性支撑元件由直线或者折叠类型的扭转弹簧构成，这些扭转弹簧一般沿着第二轴y相对于相应扭转谐振器元件4a、4b基本上居中地在相应扭转谐振器元件4a、4b的相对侧上延伸。
再次参照图1b，对于每个扭转谐振器元件4a、4b，提供相应成对电极，并且具体而言，驱动电极17和检测电极18在相对于对应旋转轴B、C的相对侧上布置于扭转谐振器元件4a、4b下面；电极17和18设置于集成检测结构1的在图1b中由20标示的基板上。
驱动电极17用于通过施加适当电势差在绕着相应旋转轴B、C的旋转中在谐振状况下驱动关联扭转谐振器元件4a、4b，并且相对于第一旋转轴A和第一惯性质量体2在水平平面xy中的总尺度设置于更外部的侧向位置处。检测电极18代之以用于借助与对应扭转谐振器元件4a、4b的电容耦合的变化来检测对应谐振频率的变化(根据称为“平行板(parallelplate)”的检测方案)。
以未图示的方式，提供适当电连接路径用于将前述电极17、18电连接到耦合到集成检测结构1的电子电路。电子电路被配置用于向集成检测结构1供应电驱动信号并且接收和处理由相同集成结构1供应的电检测信号。
现在进行对集成检测结构1的操作原理的描述，该集成检测结构实现集成检测绕着两个角速度检测轴的角速度和沿着两个加速度检测轴的线性加速度。
具体而言，借助挠曲谐振器元件3a-3b、3a’-3b’，集成检测结构1实现差分检测绕着在水平平面xy外的方向(具体沿着竖轴z)作用的角速度(所谓横摆角速度Ωz)和沿着第二轴y的线性加速度ay。此外，借助扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’，集成检测结构1实现差分检测绕着第二轴y作用的角速度(所谓滚动角速度Ωr)和线性平面外加速度az(沿着竖轴z作用)。
具体而言并且参照图2(其中为了简化未表示扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’)，为了检测关于竖轴z作用的横摆角速度Ωz，借助由相应驱动电极12、12’实施的静电驱动(在用实线代表的箭头的方向上)根据第三固有运动模式(即沿着第一轴x的平移)在谐振中保持惯性质量体2、2’。
在应用外部横摆角速度Ωz时，在两个惯性质量体2、2’上，相应科里奥利力Fc沿着第二轴定向产生，具有相反方向并且具有由下式给定的模量：
其中是惯性质量体2、2’由于谐振驱动而沿着第一轴x的线性速度，并且m是它们的质量。
借助与驱动电极12、12’的静电交互沿着第一轴x在平面中根据第一挠曲模式在谐振中保持挠曲谐振器元件3a-3b、3a’-3b’，并且这些挠曲谐振器元件在不存在外部角速度时具有相同标称挠曲振荡频率f0。
在应用外部横摆角速度Ωz时，由于科里奥利力Fc，挠曲谐振器元件3a-3b、3a’-3b’受到轴向动作：具体而言，两个挠曲谐振器元件(例如为了简化而在图2中由I和IV表示的挠曲谐振器元件3a和3b’)受到压缩应力，而其它两个挠曲谐振器元件(在该示例中为挠曲谐振器元件3b和3a’，为了简化而在图2中由II和III表示)受到相同强度N的张力应力：
其中α是如先前讨论的那样可以通过调节挠曲谐振器元件3a-3b、3a’-3b’相对于对应弹性锚固元件8a-8b、8a’-8b’的约束点(c，c’)来优化的力放大因数。
采用用于指明挠曲谐振器元件3a-3b、3a’-3b’的相同符号表示，以下表达式因而适用，从而联系由挠曲谐振器元件感知的轴向应力：
NII＝NIII＝-NI＝-NIV (4)
因而根据以下关系，受到压缩应力的挠曲谐振器元件的振荡频率减少，而受到张力应力的挠曲谐振器元件的振荡频率增加：
其中γ是依赖于约束条件的系数，并且h、J和E分别是挠曲谐振器元件的长度、惯性力矩和弹性模量。
组合四个挠曲谐振器元件3a-3b、3a’-3b’的读数，从在标称挠曲振荡频率f0周围线性化的等式(5)，对于与外部横摆角速度Ωz成比例的挠曲谐振频率变化Δf获得以下表达式(6)：
参照图3a和3b，现在提供对集成检测结构1的用于借助扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’检测绕着第二轴y的滚动角速度Ωr的操作的描述。
在应用外部滚动角速度Ωr时，两个科里奥利力在惯性质量体2、2’上产生，这两个科里奥利力这里由沿着竖轴z定向的Fc’标示、方向相反并且具有由下式给定的模量：
该式如前述图3a、3b中示意地所示。
由于这些力，两个惯性质量体2、2’的弹性锚固元件8a-8b、8a’-8b’经受扭转变形，从而实现惯性质量体绕着相应旋转轴A、A’的旋转。给定惯性质量体2、2’和旋转轴A、A’的布置，旋转对于二者在相同方向(例如逆时针)上出现。
扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’在这一旋转运动中固定地约束到对应惯性质量体2、2’(由于对应弹性支撑元件16、16’的特性)，并且因此如图3b中示意地所示经受沿着竖轴z的对应移位(注意在图3b中，为了简化图示而在静止状况下示出扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’，但是理解它们的谐振振荡在任何情况下以连续方式存在)。
具体而言，第一谐振器元件迫近基板20(和布置于其上的检测电极18、18’)，第一谐振器元件例如第一谐振器元件4a(在第一惯性质量体2的情况下，为了简化而也由‘1’表示)和第二谐振器元件4b’(在第二惯性质量体2’的情况下，这里为了简化而也由4’表示)，而另一谐振器元件从相同基板20(和从布置于其上的检测电极18、18’)移开，另一谐振器元件具体为第二谐振器元件4b(在第一惯性质量体2的情况下，这里为了简化而由‘2’表示)和第一谐振器元件4a’(在第一惯性质量体2的情况下，这里为了简化而由‘3’表示)。
可以表达扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’的标称扭转谐振频率如下：
其中Km是旋转机械刚度，Jp是谐振质量体的极惯性矩，并且Ke是电扭转刚度。
由于电容驱动而存在并且与在电极之间的距离的立方成反比的后者因此在扭转谐振器元件‘1’和‘4’中增加并且在扭转谐振器元件‘2’和‘3’中减少。
因而对应地，扭转谐振器元件‘1’和‘4’的扭转谐振频率减少，而扭转谐振器元件‘2’和‘3’的扭转谐振频率增加。
通过组合四个扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’的读数，因此对于与滚动角速度Ωr成比例的扭转谐振频率变化获得以下表达式：
现在描述集成检测结构1作为加速度计的操作原理。
在存在沿着第二轴y的外部线性加速度ay时，如图4(其中再次为了简化图示而未表示扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’)中示意地所示，惯性质量体2、2’受到在第二轴y的同一方向上、具有相同符号并且具有以下模量的定向的惯性力Fa：
Fa＝m·ay (10)
由于惯性力Fa，挠曲谐振器元件3a-3b、3a’-3b’再次受到轴向应力，但是在这一情况下，不同于在存在横摆角速度Ωz时出现的情况，这些轴向应力对于挠曲谐振器元件I和III为相同符号(在图4的示例中，它们是张力应力)，如同它们对于挠曲谐振器元件II和IV为相同符号(在示例中，它们为压缩应力)。另外表达这些应力的模量如下：
并且另外适用联系由挠曲谐振器元件感知的轴向应力的以下表达式：
NI＝NIII＝-NII＝-NIV (12)
组合四个挠曲谐振器元件3a-3b、3a’-3b’的读数，再次从在标称挠曲振荡频率f0周围线性化的等式(5)开始，可以在这一情况下对于与线性加速度ay成比例的这里由Δf’标示的挠曲谐振频率变化而获得以下表达式(13)：
因此可以注意，经由由相同挠曲谐振器元件3a-3b、3a’-3b’供应的量的不同组合，有可能检测横摆角速度Ωz和沿着第二轴y的线性加速度ay这两个外部量。事实上，谐振频率在至少一对的挠曲谐振器元件中的不同移位根据横摆角速度Ωz或者线性加速度ay的存在而出现。
为了检测沿着竖轴z作用的线性加速度ay，以与已经描述的用于检测滚动角速度Ωr的方式相似的方式使用扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’。
具体而言，在存在线性加速度az时，如图5a、5b中示意地所示，两个惯性力在两个惯性质量体2、2’上产生，这两个惯性力这里由Fa’标示、沿着竖轴z定向、在这一情况下具有相同方向。
由于这些惯性力Fa’，惯性质量体2、2’绕着相应旋转轴A、A’旋转，一个在逆时针方向上(在图5a的示例中为第一惯性质量体2)而另一个在顺时针方向上(在示例中为第二惯性质量体2’)。
在这一情况下，因此相同符号的频率变化在扭转谐振器元件‘1’和‘3’中以及在扭转谐振器元件‘2’和‘4’中出现。
组合四个扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’的读数，因此对于与将检测其值的线性加速度az成比例的这里由标示的扭转谐振频率变化而获得以下表达式：
因而，可以再次注意，经由由相同扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’供应的量的不同组合，有可能检测滚动角速度Ωr和沿着竖轴z的线性加速度az这两个外部量。
图6图示再次由1标示的集成检测结构的一个实施例的更具体俯视平面图(所谓“布局”)，其中可以注意除了其它特征之外还经过惯性质量体2、2’和扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’的整个厚度制作孔以便通过下面的材料区域的化学蚀刻相对于基板20释放它们。
也可以注意停止器元件21、21’布置于惯性质量体2、2’内用于限制相同惯性质量体2、2’在水平平面xy中以及还沿着竖轴z的杂散运动。这些停止器21、21’方便地锚定到基板20并且能够在可能损坏之前停止惯性质量体2、2’的运动。
在图6中所示集成检测结构1中，在两个惯性质量体2、2’的尺寸近似为420μm x470μm x 22μm并且偏置电压为6V时，在方向y和z二者上作为加速度计的灵敏度高于350Hz/g，而作为(滚动和横摆)陀螺仪的灵敏度近似为0.15Hz/°/s。
如图7中所示，集成检测结构1方便地耦合到适当读取和驱动电子电路22，该读取和驱动电子电路以及其它特征被配置用于执行对挠曲谐振频率fI-fIV的值和扭转谐振频率的值的适当处理操作和组合(具体而言，为了获得挠曲和扭转谐振频率变化Δf-Δf′、而先前具体描述的这些值的不同组合)以便确定待检测的加速度和角速度的外部量的值。
集成检测结构1以及关联的读取和驱动电子电路22一起形成具有两个加速度测量轴和两个角速度测量轴的谐振传感器设备24；在可以有利地在同一如下封装中容纳的裸片中以集成形式方便地提供电子读取电路22作为ASIC(专用集成电路)，该封装也容纳其中提供集成检测结构1的裸片。
如相同图7中示意地所示，具有谐振传感器设备24的电子装置(例如便携装置，诸如移动电话、智能电话、膝上型计算机、掌上型计算机、写字板、照相相机或者视频相机)还包括控制单元28(例如微处理器控制单元)，该控制单元电连接到读取和驱动电路22以便接收检测到的加速度和角速度这些外部量的测量用于执行用于管理电子装置26的操作。
如先前提到的那样，可以用表面微加工工艺来获得集成检测结构1，例如使用所谓ThELMA(用于微致动器和加速度计的厚Epipoly层)工艺。
ThELMA工艺使得有可能获得具有相对小的厚度(例如在15-25μm的范围内)、通过顺应部分(弹簧)锚定到基板并且因而能够相对于下面的硅基板移位的悬置结构。该工艺由各种制造步骤工艺构成，在这些制造步骤之中：
热氧化基板；
沉积和图案化水平电互连(这些电互连例如被设计用于形成电极17、18和关联的电路径)；
沉积和图案化牺牲层；
外延生长结构层(例如由具有22μm厚度的多晶硅制成用于形成悬置质量体)；
借助沟槽蚀刻来图案化结构层；
去除牺牲氧化物用于释放各种悬置质量体；并且
沉积接触金属化。
从先前已经描述和图示的内容清楚本解决方案赋予的优点。
具体而言，强调的是虽然仅使用两个惯性质量体2、2’，但是描述的集成检测结构1实现独立读取两个加速度分量和两个旋转速度分量而在总尺度方面明显节省。
该结构对于所有四个外部应力为全差分，假定在任何情况下，每对的无论是挠曲还是扭转的一个第一谐振器元件经受谐振频率增加，而相同对的无论是挠曲还是扭转的另一谐振器元件经受对应谐振频率减少。差分读数有利地实现即使在存在由于例如由可能引起结构非平坦的热变化所生成的约束而产生的状态时仍然检测外部量。另外，差分读数以已知方式增加检测外部量时线性范围和灵敏度。
提出的几何配置(具体为挠曲谐振器元件3a-3b、3a’-3b’相对于相应惯性质量体2、2’的位置和绕着与相同惯性质量体的旋转轴A平行的旋转轴B-B’、C-C’旋转的扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’的位置)实现减少集成检测结构1的总尺度。
另外，挠曲谐振器元件3a-3b、3a’-3b’的位置借助与用于驱动两个惯性质量体2、2’的驱动电极相同的驱动电极12、12’实现它们的谐振驱动，同样有利于减少总尺度。
一般而言，在同一集成检测结构1中使用两个不同谐振频率变化原理(即谐振频率对谐振器中的轴向动作和对相同谐振器受到的电刚度的依赖)使得有可能用表面微加工技术提供加速度计和谐振陀螺仪，用于同时检测在水平平面xy中和在相同平面外的加速度以及横摆和滚动角速度。
作为结论，清楚的是可以对这里已经描述和图示的内容进行修改和变化而未由此脱离本公开内容的范围。
具体而言，集成检测结构1的一个变化实施例可以可能构思在希望仅检测第一线性加速度分量以及第一角速度的情况下例如仅存在扭转谐振器元件4a-4b、4a’-4b’，从而运用由扭转谐振器元件感知的电刚度的变化原理用于检测两个量。类似地，又一变化可以构思在将检测单个线性平面内加速度分量和横摆角速度的情况下仅存在挠曲谐振器元件3a-3b、3a’-3b’。
另外，集成检测结构1或者其部分的几何形状可以不同于先前已经描述的几何形状而这无需操作原理的相关变化。
集成检测结构1可以在使用可以实现达到亚微米尺度的充分制作方法的情况下是纳米机电类型。
如图8中所示，还可以构思将驱动电极12、12’一分为二，从而构思用于驱动挠曲谐振器元件3a-3a’、3b-3b’和用于驱动相应惯性质量体2、2’的不同驱动电极。
可以组合以上描述的各种实施例以提供更多实施例。可以按照以上具体描述对实施例进行这些和其它改变。一般而言，在所附权利要求中，不应解释使用的术语使权利要求限于在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应当解释这些术语包括所有可能实施例以及这样的权利要求有资格具有的全等效范围。因而，权利要求不受公开内容限制。

Claims (18)

1.一种集成检测结构(1)，包括：
-第一惯性质量体(2)和第二惯性质量体(2')，所述第一惯性质量体(2)和所述第二惯性质量体(2')中的每个惯性质量体具有在平面(xy)中的主要延伸并且借助于相应的弹性锚固元件(8a-8b，8a'-8b')而锚定到基板(20)，以便被悬置于所述基板之上，所述弹性锚固元件(8a-8b，8a'-8b')被配置为允许相应的所述惯性质量体(2，2')沿着属于所述平面(xy)的第一轴(x)执行线性驱动运动，以及绕着与横切于所述第一轴(x)的属于所述平面(xy)的第二轴(y)平行的相应第一旋转轴(A，A')的相应第一旋转检测运动；
-第一组驱动电极(12，12')，可操作地耦合到所述第一惯性质量体(2)和第二惯性质量体(2')中的每个惯性质量体，所述第一组驱动电极被配置为在所述第一轴(x)的相反方向上产生用于所述第一惯性质量体(2)和第二惯性质量体(2')的相应驱动运动；以及
-成对第一谐振器元件(4a-4b，4a'-4b'；3a-3b，3a'-3b')，经由相应弹性支撑元件(16；8a-8b)而弹性地连接到所述第一惯性质量体(2)和所述第二惯性质量体(2')中的每个惯性质量体，所述相应弹性支撑元件被配置为：在相应第一检测运动期间将所述第一谐振器元件耦合到所述第一惯性质量体(2)和所述第二惯性质量体(2')中的相应的一个惯性质量体，并且以便实现所述第一谐振器元件的独立谐振运动；
其中所述第一惯性质量体(2)或所述第二惯性质量体(2')的所述相应第一检测运动根据待检测的第一角速度(Ωr；Ωz)或第一线性加速度(az；ay)的存在而变化，并且被设计成引起所述第一谐振器元件(4a-4b，4a'-4b'；3a-3b，3a'-3b')的对应谐振频率变化。
2.根据权利要求1所述的结构，其中每对的所述第一谐振器元件(4a-4b，4a'-4b')是扭转类型的，并且所述独立谐振运动是所述第一谐振器元件绕着相应第二旋转轴(B，B')和第三旋转轴(C，C')的独立旋转运动，所述第二旋转轴和所述第三旋转轴彼此平行并且此外平行于所述第一惯性质量体(2)和所述第二惯性质量体(2')的所述相应第一旋转轴(A，A')；其中用于所述第一惯性质量体(2)和所述第二惯性质量体(2')的所述相应第一检测运动在绕着所述第二水平轴(y)的第一角速度(Ωr)的存在下由于相应的科里奥利力(Fc')而为同一旋转方向，并且在沿着横切于所述平面(xy)的竖轴(z)定向的第一线性加速度(az)的存在下由于相应的惯性力(Fa')而为相反旋转方向。
3.根据权利要求2所述的结构，包括第一组检测电极(18，18')，所述第一组检测电极布置于所述基板(20)上，所述第一组检测电极可操作地耦合到所述第一谐振器元件(4a-4b，4a'-4b')，以实现根据由于所述第一惯性质量体(2)和所述第二惯性质量体(2')的所述第一旋转检测运动而产生的距所述基板(20)的距离的变化来检测谐振频率随着电刚度变化的对应变化。
4.根据权利要求3所述的结构，其中所述第一惯性质量体(2)和所述第二惯性质量体(2')的所述相应第一检测运动被设计成：根据所述第一角速度(Ωr)或所述第一线性加速度(az)的存在，引起在每对的所述第一谐振器元件(4a-4b，4a'-4b')中距所述基板(20)的相反距离变化以及在至少一对的所述第一谐振器元件(4a-4b，4a'-4b')中的不同谐振频率变化。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的结构，具有平行于所述第二水平轴(y)的中轴(My)；其中所述第一惯性质量体(2)和所述第二惯性质量体(2')相对于所述中轴(My)以对称的方式布置。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的结构，其中相应的所述弹性锚固元件(8a-8b，8a'-8b')将所述第一惯性质量体(2)和第二惯性质量体(2')中的每个惯性质量体连接到相应的外部锚固件(6a-6b，6a'-6b')，所述外部锚固件侧向地设置在相应的所述惯性质量体(2，2')的外部上；并且其中所述第一惯性质量体(2)和第二惯性质量体(2')具有相对于所述相应第一旋转轴(A'，A')不对称的质量分布，并且经由相应的所述弹性锚固元件(8a-8b，8a'-8b')以离心方式约束到所述基板20。
7.根据权利要求6所述的结构，其中每对的所述第一谐振器元件(4a-4b，4a'-4b')是扭转类型的；还包括耦合到所述第一惯性质量体(2)和所述第二惯性质量体(2')中的每个惯性质量体的挠曲类型的成对第二谐振器元件(3a-3b，3a'-3b')，所述第二谐振器元件(3a-3b，3a'-3b')中的每个第二谐振器元件具有与所述外部锚固件(6a-6b，6a'-6b')中的相应的一个锚固件邻近地约束到朝着所述基板(20)的锚固件(11)的第一端和约束到所述弹性锚固元件(8a-8b，8a'-8b)中的相应的一个弹性锚固元件的第二端；其中所述弹性锚固元件(8a-8b，8a'-8b')还被配置为允许相应的所述惯性质量体(2,2')沿着所述第二水平轴(y)执行相应第二线性检测运动，所述相应第二检测运动被设计成引起所述第二谐振器元件(3a-3b，3a'-3b')中的轴向应力以便改变所述谐振频率。
8.根据权利要求7所述的结构，还包括第二组检测电极(13a-13b，13a'-13b')，所述第二组检测电极可操作地耦合到所述第二谐振器元件(3a-3b，3a'-3b')，以实现随着所述轴向应力变化的对应谐振频率变化的检测。
9.根据权利要求7或8所述的结构，其中用于所述第一惯性质量体(2)和所述第二惯性质量体(2')的所述相应第二检测运动在沿着所述第二水平轴(y)定向的第二线性加速度(ay)的存在下在所述第二水平轴(y)的相同方向上，并且在绕着所述竖轴(z)的第二角速度(Ωz)的存在下在所述第二水平轴(y)的相反方向上。
10.根据权利要求8所述的结构，被设计成：实现联合检测分别沿着所述竖轴(z)和所述第二水平轴(y)定向的所述第一线性加速度(az)和所述第二线性加速度(ay)，以及分别绕着所述第二水平轴(y)和所述竖轴(z)的所述第一角速度(Ωr)和所述第二角速度(Ωz)。
11.根据权利要求8或10所述的结构，其中所述惯性质量体(2，2')的所述相应第二检测运动被设计成：根据所述第二角速度(Ωz)或所述第二线性加速度(ay)的存在，引起在每对的所述第二谐振器元件(3a-3b，3a'-3b')中的相反轴向应力以及此外的至少一对的所述第二谐振器元件(3a-3b，3a'-3b')的不同谐振频率变化。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的结构，其中所述第一组驱动电极(12，12')还被配置为：以所述第二谐振器元件的标称挠曲谐振频率(f0)引起对所述第二谐振器元件(3a-3b，3a'-3b')的谐振驱动。
13.根据权利要求12所述的结构，其中所述第二谐振器元件(3a-3b，3a'-3b')是梁式形状的并且具有沿着所述第二水平轴(y)的纵向延伸，并且其中所述第一组驱动电极(12，12')包括相应驱动电极，所述相应驱动电极相对于所述第一惯性质量体(2)和所述第二惯性质量体(2')中的相应的一个惯性质量体侧向布置，面向相应一对所述第一谐振器元件(3a-3b，3a'-3b')并且沿着所述第一水平轴(x)设置于相应的所述成对第二谐振器元件(3a-3b，3a'-3b')与所述相应惯性质量体(2，2')之间。
14.根据权利要求2所述的结构，其中每对的所述第一谐振器元件(4a-4b，4a'-4b')被布置在第一开口(14，14')中和第二开口(15，15')中，所述第一开口和第二开口分别设置在相应的所述惯性质量体(2，2')中；其中所述第一开口(14，14')和所述第二开口(15，15')相对于所述第一旋转轴(A，A')对称地设置，所述第二开口(15，15')相对于所述集成检测结构(1)居中地朝向相应的所述惯性质量体(2，2')的外侧打开。
15.根据权利要求14所述的结构，其中所述第一谐振器元件(4a-4b，4a'-4b')所述平面(xy)中被包含在相应的所述惯性质量体(2，2')的总尺度中，并且相对于所述第一旋转轴(A，A')对称地设置，所述第二旋转轴(B，B')和所述第三旋转轴(C，C')被布置为在距所述第一旋转轴(A，A')同一距离处。
16.根据权利要求2、14或15中任一项所述的结构，还包括第二组驱动电极(17，17')，所述第二组驱动电极可操作地耦合到所述第一谐振器元件(4a-4b，4a-4b')并且被配置为在谐振状况下以标称扭转谐振频率(φ0)分别在绕着所述第二旋转轴(B，B')和所述第三旋转轴(C，C')的旋转中引起对所述第一谐振器元件的驱动。
17.一种谐振传感器设备(24)，包括：根据前述权利要求中任一项所述的集成检测结构(1)、以及读取和驱动电路(22)，所述读取和驱动电路电耦合到所述集成检测结构(1)并且被配置为：根据由于所述惯性质量体(2，2')的所述相应第一旋转检测运动所致的所述第一谐振器元件(4a-4b，4a'-4b'；3a-3b，3a'-3b')的谐振频率变化的相应组合来联合检测至少一个第一角速度(Ωr；Ωz)和至少一个第一线性加速度(az；ay)的值。
18.一种电子装置(26)，包括根据权利要求17所述的谐振传感器设备(24)和控制单元(28)，所述控制单元电连接到所述谐振传感器设备(24)的所述读取和驱动电路(22)，以接收所述至少一个第一角速度(Ωr；Ωz)和所述至少一个第一线性加速度(az；ay)的检测值。
CN201810105444.XA 2012-09-28 2013-09-27 加速度和角速度谐振检测集成结构及相关mems传感器设备 Active CN108534769B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000855A ITTO20120855A1 (it) 2012-09-28 2012-09-28 Struttura integrata di rilevamento risonante di accelerazione e velocita' angolare e relativo dispositivo sensore mems
ITTO2012A000855 2012-09-28
CN201310463706.7A CN103712612B (zh) 2012-09-28 2013-09-27 加速度和角速度谐振检测集成结构及相关mems传感器设备

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310463706.7A Division CN103712612B (zh) 2012-09-28 2013-09-27 加速度和角速度谐振检测集成结构及相关mems传感器设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108534769A true CN108534769A (zh) 2018-09-14
CN108534769B CN108534769B (zh) 2022-12-16

Family

ID=47278466

Family Applications (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310463706.7A Active CN103712612B (zh) 2012-09-28 2013-09-27 加速度和角速度谐振检测集成结构及相关mems传感器设备
CN201810104997.3A Pending CN108413954A (zh) 2012-09-28 2013-09-27 加速度和角速度谐振检测集成结构及相关mems传感器设备
CN201320621912.1U Withdrawn - After Issue CN203772280U (zh) 2012-09-28 2013-09-27 集成检测结构及相关谐振传感器设备
CN201810105444.XA Active CN108534769B (zh) 2012-09-28 2013-09-27 加速度和角速度谐振检测集成结构及相关mems传感器设备

Family Applications Before (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310463706.7A Active CN103712612B (zh) 2012-09-28 2013-09-27 加速度和角速度谐振检测集成结构及相关mems传感器设备
CN201810104997.3A Pending CN108413954A (zh) 2012-09-28 2013-09-27 加速度和角速度谐振检测集成结构及相关mems传感器设备
CN201320621912.1U Withdrawn - After Issue CN203772280U (zh) 2012-09-28 2013-09-27 集成检测结构及相关谐振传感器设备

Country Status (4)

Country Link
US (2) US9389077B2 (zh)
EP (1) EP2713169B1 (zh)
CN (4) CN103712612B (zh)
IT (1) ITTO20120855A1 (zh)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITTO20120855A1 (it) 2012-09-28 2014-03-29 Milano Politecnico Struttura integrata di rilevamento risonante di accelerazione e velocita' angolare e relativo dispositivo sensore mems
ITTO20130237A1 (it) * 2013-03-22 2014-09-23 St Microelectronics Srl Struttura microelettromeccanica di rilevamento ad asse z ad elevata sensibilita', in particolare per un accelerometro mems
EP3028007A4 (en) 2013-08-02 2017-07-12 Motion Engine Inc. Mems motion sensor and method of manufacturing
FI125695B (en) * 2013-09-11 2016-01-15 Murata Manufacturing Co Improved gyroscope construction and gyroscope
US20170030788A1 (en) 2014-04-10 2017-02-02 Motion Engine Inc. Mems pressure sensor
US11674803B2 (en) * 2014-06-02 2023-06-13 Motion Engine, Inc. Multi-mass MEMS motion sensor
DE102014211054A1 (de) * 2014-06-10 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Beschleunigungssensor
CN105319393A (zh) * 2014-07-31 2016-02-10 立锜科技股份有限公司 具有共构微机电感测单元的微机电系统元件
US9733269B2 (en) * 2014-11-06 2017-08-15 Richtek Technology Corporation Micro-electro-mechanical system (MEMS) device with multi-dimensional spring structure and frame
WO2016090467A1 (en) 2014-12-09 2016-06-16 Motion Engine Inc. 3d mems magnetometer and associated methods
CN105895625B (zh) * 2014-12-25 2018-09-21 意法半导体有限公司 用于邻近传感器的晶片级封装
CN104459181B (zh) * 2014-12-31 2017-06-23 东南大学 一种用于流速、加速度和角速度敏感的仿生毛发传感器
JP6354603B2 (ja) * 2015-01-21 2018-07-11 株式会社デンソー 加速度センサおよび加速度センサの実装構造
WO2017007428A1 (en) * 2015-07-07 2017-01-12 Agency For Science, Technology And Research Motion measurement devices and methods for measuring motion
US9720012B2 (en) * 2015-07-21 2017-08-01 Nxp Usa, Inc. Multi-axis inertial sensor with dual mass and integrated damping structure
JP6597099B2 (ja) * 2015-09-15 2019-10-30 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、電子機器および移動体
FR3046223B1 (fr) * 2015-12-23 2018-02-16 Safran Systeme de suspension d'une masse mobile comprenant des moyens de liaison de la masse mobile a linearite optimisee
ITUA20162172A1 (it) * 2016-03-31 2017-10-01 St Microelectronics Srl Sensore accelerometrico realizzato in tecnologia mems avente elevata accuratezza e ridotta sensibilita' nei confronti della temperatura e dell'invecchiamento
ITUA20162173A1 (it) 2016-03-31 2017-10-01 St Microelectronics Srl Sensore accelerometrico mems avente elevata accuratezza e ridotta sensibilita' nei confronti della temperatura e dell'invecchiamento
JP6911444B2 (ja) * 2017-03-27 2021-07-28 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、電子機器、および移動体
JP6897224B2 (ja) * 2017-03-27 2021-06-30 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、電子機器、および移動体
CN107063223B (zh) * 2017-04-17 2019-04-30 东南大学 单片式谐振加速度计陀螺仪结构
IT201700099412A1 (it) * 2017-09-05 2019-03-05 St Microelectronics Srl Giroscopio mems con regolazione del mismatch fra la frequenza di pilotaggio e la frequenza di rilevamento
US10895457B2 (en) * 2018-03-08 2021-01-19 Analog Devices, Inc. Differential z-axis resonant accelerometry
EP3598146B1 (en) 2018-07-16 2022-05-11 Murata Manufacturing Co., Ltd. Microelectromechanical device for out-of-plane motion detection
US10816569B2 (en) 2018-09-07 2020-10-27 Analog Devices, Inc. Z axis accelerometer using variable vertical gaps
US11255873B2 (en) 2018-09-12 2022-02-22 Analog Devices, Inc. Increased sensitivity z-axis accelerometer
US11099207B2 (en) * 2018-10-25 2021-08-24 Analog Devices, Inc. Low-noise multi-axis accelerometers and related methods
CN109613301B (zh) * 2018-12-19 2020-09-11 东南大学 一种可同时测量水平方向加速度和角速度的微传感器
CN109613300B (zh) * 2018-12-19 2020-09-11 东南大学 一种可同时测量垂直方向加速度和角速度的微传感器
US11112246B2 (en) 2019-06-14 2021-09-07 United States Government As Represented By The Secretary Of The Army Torsional oscillator micro electro mechanical systems accelerometer
US10823569B1 (en) 2019-08-22 2020-11-03 Nxp Usa, Inc. Multiple axis sensing device based on frequency modulation and method of operation
IT202000003868A1 (it) * 2020-02-25 2021-08-25 St Microelectronics Srl Inclinometro mems avente ridotto errore di rettificazione di vibrazioni
CN114487480A (zh) * 2022-01-14 2022-05-13 瑞声开泰科技(武汉)有限公司 微机电系统加速度计

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001133268A (ja) * 1999-11-05 2001-05-18 Denso Corp 角速度センサ
KR20040057182A (ko) * 2002-12-24 2004-07-02 삼성전기주식회사 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프
CN1559882A (zh) * 2004-03-12 2005-01-05 中国科学院上海微系统与信息技术研究 一种音叉式微机械陀螺及其制作方法
US20060117852A1 (en) * 2004-12-03 2006-06-08 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Tuning fork vibratory MEMS gyroscope
CN101078736A (zh) * 2006-05-24 2007-11-28 日立金属株式会社 角速度传感器
CN101160506A (zh) * 2005-04-14 2008-04-09 模拟设备公司 交叉四元和垂直接合的惯性传感器
CN102539830A (zh) * 2012-01-29 2012-07-04 迈尔森电子（天津）有限公司 多轴传感器及其制作方法、差分的传感器系统

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6848304B2 (en) * 2003-04-28 2005-02-01 Analog Devices, Inc. Six degree-of-freedom micro-machined multi-sensor
CN100338470C (zh) * 2005-03-25 2007-09-19 中北大学 单片双惯性参数加速度计陀螺仪
FR2937145B1 (fr) * 2008-10-10 2010-09-24 Thales Sa Accelerometre micro-usine
IT1395419B1 (it) 2009-09-07 2012-09-14 Milano Politecnico Accelerometro risonante mems con migliorate caretteristiche elettriche
EP2616771B8 (en) * 2010-09-18 2018-12-19 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined monolithic 6-axis inertial sensor
ITTO20110782A1 (it) 2011-08-31 2013-03-01 Milano Politecnico Struttura di rilevamento perfezionata per un accelerometro risonante ad asse z
ITTO20120855A1 (it) 2012-09-28 2014-03-29 Milano Politecnico Struttura integrata di rilevamento risonante di accelerazione e velocita' angolare e relativo dispositivo sensore mems

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001133268A (ja) * 1999-11-05 2001-05-18 Denso Corp 角速度センサ
KR20040057182A (ko) * 2002-12-24 2004-07-02 삼성전기주식회사 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프
CN1559882A (zh) * 2004-03-12 2005-01-05 中国科学院上海微系统与信息技术研究 一种音叉式微机械陀螺及其制作方法
US20060117852A1 (en) * 2004-12-03 2006-06-08 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Tuning fork vibratory MEMS gyroscope
CN101160506A (zh) * 2005-04-14 2008-04-09 模拟设备公司 交叉四元和垂直接合的惯性传感器
CN101078736A (zh) * 2006-05-24 2007-11-28 日立金属株式会社 角速度传感器
CN102539830A (zh) * 2012-01-29 2012-07-04 迈尔森电子（天津）有限公司 多轴传感器及其制作方法、差分的传感器系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN203772280U (zh) 2014-08-13
US9989364B2 (en) 2018-06-05
US20140090469A1 (en) 2014-04-03
EP2713169B1 (en) 2015-05-20
ITTO20120855A1 (it) 2014-03-29
CN108413954A (zh) 2018-08-17
CN103712612A (zh) 2014-04-09
CN108534769B (zh) 2022-12-16
US20160305780A1 (en) 2016-10-20
CN103712612B (zh) 2018-03-13
EP2713169A1 (en) 2014-04-02
US9389077B2 (en) 2016-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103712612B (zh) 加速度和角速度谐振检测集成结构及相关mems传感器设备
JP5562517B2 (ja) 表面加工により形成される可変厚さの共振型マイクロ慣性センサ
KR101100021B1 (ko) Ｚ-축 각속도 센서
US8733172B2 (en) Microelectromechanical gyroscope with rotary driving motion and improved electrical properties
CN105531564B (zh) 改进的陀螺仪结构和陀螺仪
CN107576322B (zh) 具有分开z轴部分的微电子机械系统（MEMS）质量块
CN103363978B (zh) 陀螺仪设备和制造微机电陀螺仪的方法
US9377482B2 (en) Detection structure for a Z-axis resonant accelerometer
US8919199B2 (en) Apparatus and method for anchoring electrodes in MEMS devices
CN102597699A (zh) 微机械惯性传感器器件
JP5450451B2 (ja) 垂直方向に集積した電子回路およびウェハスケール密封包装を含むｘ−ｙ軸二重質量音叉ジャイロスコープ
US9010193B2 (en) Inertial sensor having an oscillating rotating disk
US9766259B2 (en) Compact device for detecting at least one acceleration and one speed of rotation
WO2013179647A2 (ja) 物理量センサ
US7155976B2 (en) Rotation sensing apparatus and method for manufacturing the same
CN107179074B (zh) 用于mems传感器设备特别是mems陀螺仪的具有改进的驱动特征的微机械检测结构
EP3853617A1 (en) Inertial sensor and method of inertial sensing with tuneable mode coupling strength
JP5816320B2 (ja) Ｍｅｍｓ素子
US10126128B2 (en) Angular rate sensor
JP2006153481A (ja) 力学量センサ
Maenaka Current MEMS technology and MEMS sensors-focusing on inertial sensors
Zega et al. Integrated structure for a resonant micro-gyroscope and accelerometer
Chang et al. Improved Dual-Axis Micro Gyroscope Using a Commercially Available Fabrication Processes

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant