CN110366685B - 电极层分区 - Google Patents

Abstract

MEMS传感器包括悬挂在衬底上方的检验质块。感测电极平行于检验质块位于衬底的顶表面上，并且与检验质块形成电容器。感测电极具有为MEMS传感器提供改善的性能的多个槽。通过MEMS传感器感测的测量值基于检验质块相对于开槽感测电极的移动来确定。

Description

电极层分区

对其它申请的交叉引用

本申请要求于2017年2月23日提交的标题为“Electrode Layer Partitioning”的美国临时专利申请No.62/462,519和于2017年5月4日提交的标题为“Electrode LayerPartitioning”的美国非临时专利申请No.15/586,497的优先权，这些申请通过引用并入本文用于所有目的。

背景技术

诸如智能电话、智能手表、平板电脑、汽车、空中无人机、电器、飞行器、锻炼辅助设备和游戏控制器的许多物品可以在其操作期间利用运动传感器。在许多应用中，可以独立地或一起分析诸如加速度计和陀螺仪的各种类型的运动传感器，以便确定用于特定应用的各种信息。例如，陀螺仪和加速度计可以用于游戏应用(例如，智能电话或游戏控制器)以捕获用户的复杂运动，无人机和其它飞行器可以基于陀螺仪测量确定朝向(例如，横滚、纵摇(pitch)和偏航)，以及车辆可以利用测量用于确定方向(例如，用于航位推算)和安全性(例如，识别打滑或翻滚情况)。

诸如加速度计和陀螺仪的运动传感器可以被制造为使用半导体制造技术制造的微机电(MEMS)传感器。MEMS传感器可以包括可移动的检验质块，该检验质块可以响应于诸如线加速度(例如，对于MEMS加速度计)、角速度(例如，对于MEMS陀螺仪)和磁场的力。可以基于检验质块的响应于力的移动来测量这些力在可移动的检验质块上的操作。在一些实施方式中，基于可移动的检验质块和感测电极之间的距离来测量这个移动，该可移动的检验质块和感测电极形成用于感测移动的电容器。

基于传感器类型、期望的Q因子以及其它相关设计和操作因子，通常将诸如可移动MEMS层和感测电极的MEMS传感器的操作部件封装在具有合适的压力的密封腔内。因为腔是密封的，所以可以保护这些部件免受诸如压力改变、湿度和潮湿的某些环境因素的影响。然而，MEMS传感器的操作部件将经历诸如温度、组装、冲击的其它环境因素。传感器可以位于极端(例如，工业、制造、资源开采等)环境中，或者另外可以经受环境情况的显著改变。反复暴露于极端情况或改变的环境情况，或者环境情况的突然改变可以引起诸如检验质块或感测电极的腔内物理部件的改变。

发明内容

在实施例中，一种用于提供对微机电系统(MEMS)设备上的外力的电容性感测的示例性系统包括位于第一平面中的衬底和MEMS设备层的可移动部件，MEMS设备层耦合于衬底，其中可移动部件响应于外力沿着第一轴移动。系统还包括设置在第一平面中的衬底上的感测电极，其中第一电容性感测元件在可移动部件和第一感测电极之间形成，其中第一电容性感测元件被配置为响应于可移动部件的沿着第一轴的运动，以及其中感测电极包括基本上在感测电极的两个非相邻边之间延伸的多个槽。

一种用于执行电容性感测的系统包括位于第一平面中的衬底，位于第一平面上的电极屏蔽件，其中电极屏蔽件由第一导电材料形成，以及设置在第一平面中的衬底上的多个感测电极，其中多个感测电极中的每个相邻于第一平面中的电极屏蔽件的至少一部分定位，其中感测电极中的每个包括弯折的条电极，以及其中弯折的条电极的长度长于感测电极的周界的长度。

一种用于执行电容性感测的系统包括位于第一平面中的衬底，位于第一平面上的电极屏蔽件，其中电极屏蔽件由第一导电材料形成，以及设置在第一平面中的衬底上的多个感测电极，其中多个感测电极中的每个相邻于第一平面中的电极屏蔽件的至少一部分定位，其中感测电极中的每个包括基本上在感测电极的两个非相邻边之间延伸的多个槽，以及其中多个槽将感测电极中的每个的顶表面的暴露面积减小至少8％。

附图说明

结合附图考虑以下详细描述，本公开的上述和其它特征、其性质以及各种优点将变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本公开实施例的说明性运动感测系统；

图2A示出了根据本公开一些实施例的具有平面外感测的微机电(MEMS)惯性传感器的说明性部分的截面视图；

图2B示出了根据本公开一些实施例的具有平面内感测的MEMS惯性传感器的说明性部分的截面视图；

图3A示出了根据本公开一些实施例的用于感测线加速度的说明性MEMS系统的顶视图；

图3B示出了根据本公开一些实施例的用于感测线加速度的说明性MEMS系统的侧截面视图；

图4示出了根据本公开一些实施例的用于感测角速度的说明性系统；

图5A示出了根据本公开一些实施例的位于衬底的平面上的感测电极的示例性配置；

图5B示出了根据本公开一些实施例的图5A的示例性感测电极之一；

图5C示出了根据本公开一些实施例的在延长暴露于操作环境之后的图5A的感测电极配置；

图5D示出了根据本公开一些实施例的图5C的示例性感测电极之一；

图5E示出了根据本公开一些实施例的图5D的感测电极的一部分的示例性细节视图；

图6A示出了根据本公开一些实施例的位于衬底的平面上的平行开槽感测电极的示例性配置；

图6B示出了根据本公开一些实施例的图5A的示例性平行开槽感测电极之一；

图6C示出了根据本公开一些实施例的在延长暴露于操作环境之后的图5A的平行开槽感测电极配置；

图6D示出了根据本公开一些实施例的图5C的示例性平行开槽感测电极之一；

图6E示出了根据本公开一些实施例的图5D的平行开槽感测电极的一部分的示例性细节视图；

图7A描绘了根据本公开一些实施例的示例性“T-槽”感测电极开槽图案；

图7B描绘了根据本公开一些实施例的示例性“Y-槽”感测电极开槽图案；

图7C描绘了根据本公开一些实施例的示例性“螺旋槽”感测电极开槽图案；

图7D描绘了根据本公开一些实施例的示例性“凹入槽”感测电极开槽图案；

图7E描绘了根据本公开一些实施例的示例性“连接槽”感测电极开槽图案；

图8描绘了根据本公开一些实施例的示例性加速度计的示例性开槽感测电极层；

图9描绘了根据本公开一些实施例的用于设计开槽电极图案的方法的示例性步骤；以及

图10描绘了根据本公开一些实施例的用于在暴露于操作环境的寿命中对MEMS传感器提供补偿的方法的示例性步骤。

具体实施方式

MEMS设备由诸如CMOS层、MEMS设备层以及帽层的若干层构建。MEMS设备层包括用于在感测检验质块的位置或朝向中使用的至少一个感测电极和可移动的检验质块。检验质块的至少一部分是导电的，使得检验质块和与检验质块的平面表面相对的感测电极形成电容器。在操作期间，施加具有本文称为“操作电压”的电压的操作信号至感测电极或检验质块的导电部分。MEMS设备的运动引起检验质块相对于感测电极移动，从而改变检验质块和感测电极之间的距离，并且因此改变由检验质块和感测电极形成的电容器的电容。处理电路系统基于从感测电极或检验质块接收的信号测量电容，以确定指示相关的检验质块和感测电极之间的移动的值。基于电容的改变，处理电路系统确定指示MEMS设备的运动的运动参数(例如，线加速度、角速度或磁场)。作为示例，MEMS设备可以形成加速度计、陀螺仪、压力传感器或者其它类型的运动传感器。

可以通过对一个或多个感测的电容执行若干处理操作来确定运动参数，诸如滤波、放大、缩放以及其它模拟和/或数字处理操作，以生成表示期望被测量的运动参数的信号。任何所测量的电容与所感测的运动参数之间的关系至少部分地基于关于检验质块相对于感测电极的位置和朝向的已知或假设信息。如果这些部件中的一个损坏或者检验质块和感测电极之间的相对位置距离和/或朝向另外改变，那么给定电容可能不再对应于所测量的参数的给定值。在许多情况下，可能难以基于所测量的电容或者可以用MEMS传感器所作的其它测量来识别这种改变，例如，因为可能难以确定所测量的电容的值随时间的改变是电容系统改变的结果还是仅仅是施加至MEMS传感器的不同的力(例如，惯性力)的结果。

MEMS传感器可以用于它们可以经受挑战性的环境情况的各种应用中，诸如温度的频繁改变、暴露于温度极端和温度的突然改变。MEMS传感器的部件可以由可以例如通过作为温度差异的结果而膨胀和收缩来随时间经历对这种环境情况的物理应力的材料制造。

例如，设置在MEMS传感器的平面衬底层上的感测电极可以限定具有检验质块或者位于与感测电极平行的平面上的其它可移动MEMS部件的电容器的一部分。感测电容器具有平的平面表面，以及可以设计平行感测电极和检验质块之间的距离，使得给定电容和电容的改变对应于诸如线加速度、角速度或磁场的测量运动参数。感测电极可以由可以经历起因于不同环境情况的应力的材料构建。例如，可以通过沉积或溅射包括诸如铝、硅、铜、金、钨、钛、氮化钛或二氧化硅的材料的层来制造感测电极。感测电极上的应力可以导致部件材料随时间结晶或破裂。这种破裂例如通过改变感测电极的电特性和在面向感测电极的先前的平的表面上产生不连续性来改变感测电极的行为。此外，这些不连续性可以例如通过引起感测电极的表面在感测电极的方向上进一步延伸来修改感测电极和检验质块之间的设计距离。

示例性感测电极可以包括在平面表面中的多个槽。槽可以是贯穿槽，使得沿着槽的位置移除感测电极的所有，或者可以是将一部分路径延伸至感测电极的深处内的部分槽。当破裂随时间在感测电极内发生时，破裂可以耦合于感测电极的槽，其可以避免在感测电极的表面上的结构和缺损的形成。以这种方式，槽可以以限制破裂对感测电容的影响的方式引导任何破裂的形成。

感测电极开槽可以减小可用于与检验质块形成电容器的电极的一部分表面，或者在部分开槽的实施例中，可以基于开槽部分和检验质块之间的增加的距离来部分地减小开槽。因而，感测电极的槽可以具有各种图案和参数，该图案和参数可以被修改或调节以选择用于特定应用的适当的电极设计。示例性图案可以包括在各种朝向的蛇形槽，“T-槽”图案(例如，梳图案)、“Y-槽”图案(例如，部分六边形图案)、螺旋图案、其它合适的图案以及它们的组合。可以调节和选择图案、槽深度、槽宽度、电极材料、电极结晶图案和其它相似参数，以产生特定的期望的感测特性和环境恢复力。

在一些实施例中，可以已知特定的开槽电极设计如何响应于环境情况。可以基于对感测电极的随时间的预期或计算的修改来随时间修改用于MEMS传感器的参数(例如，缩放因子等)。可以基于诸如服务时间、操作时间、测量参数随时间的改变和诸如温度的外测量特性的因素来作出修改。

图1描绘了根据本公开一些实施例的示例性运动感测系统10。虽然图1中描绘了特定的部件，但是将理解的是，必要时为不同的应用和系统可以利用传感器、处理部件、存储器和其它电路系统的其它合适的组合。在如本文所描述的实施例中，运动感测系统可以包括至少MEMS惯性传感器12(例如，单轴或多轴加速度计、单轴或多轴陀螺仪或它们的组合)以及诸如处理电路系统14和存储器16的支持电路系统。在一些实施例中，一个或多个附加传感器18(例如，附加MEMS陀螺仪、MEMS加速度计、MEMS麦克风、MEMS压力传感器和罗盘)可以被包括在运动处理系统10内，以提供集成运动处理单元(“MPU”)(例如，包括3轴MEMS陀螺仪感测、3轴MEMS加速度计感测、麦克风、压力传感器和罗盘)。

处理电路系统14可以包括基于运动处理系统10的要求提供必要处理的一个或多个部件。在一些实施例中，处理电路系统14可以包括硬件控制逻辑，该硬件控制逻辑可以被集成在传感器的芯片内(例如，在MEMS惯性传感器12或其它传感器18的帽或衬底上，或者在芯片的与MEMS惯性传感器12或其它传感器18的相邻部分上，以控制MEMS惯性传感器12或其它传感器18的操作和执行用于MEMS惯性传感器12或其它传感器18的处理的方面。在一些实施例中，MEMS惯性传感器12和其它传感器18可以包括允许修改硬件控制逻辑的操作的方面的一个或多个寄存器(例如，通过修改寄存器的值)。在一些实施例中，处理电路系统14也可以包括诸如执行例如存储在存储器16中的软件指令的微处理器的处理器。微处理器可以通过与硬件控制逻辑交互来控制MEMS惯性传感器12的操作，并且处理从MEMS惯性传感器12接收的信号。微处理器可以以相似的方式与其它传感器交互。

虽然在一些实施例中(图1中未描绘)，MEMS惯性传感器12或其它传感器18可以与外部电路系统直接通信(例如，经由串行总线或直接连接于传感器输出和控制输入)，但是在实施例中，处理电路系统14可以处理从MEMS惯性传感器12和其它传感器18接收的数据，并且经由通信接口20(例如，SPI或I2C总线、或者在汽车应用中控制器局域网(CAN)或本地互连网络(LIN)总线)与外部部件通信。处理电路系统14可以将从MEMS惯性传感器12和其它传感器18接收的信号转换成适当的测量单元(例如，基于通过在通信总线20上通信的其它计算单元提供的设置)，以及执行更复杂的处理以确定诸如朝向或欧拉(Euler)角的测量，以及在一些实施例中，以从传感器数据确定是否正在发生特定的活动(例如，走、跑、制动、打滑、横滚等)。

在一些实施例中，可以基于来自多个MEMS惯性传感器12和其它传感器18的数据，在可以被称为传感器融合的处理中确定某些类型的信息。通过组合来自各种传感器的信息，可以能够准确地确定在诸如图像稳定、导航系统、汽车控制和安全、航位推算、遥控和游戏设备、活动传感器、3-维相机、工业自动化以及许多其它应用的各种应用中有用的信息。

示例性MEMS惯性传感器(例如，MEMS惯性传感器12)可以包括一个或多个可移动的检验质块，该一个或多个可移动的检验质块允许MEMS惯性传感器(例如，MEMS加速度计或MEMS陀螺仪)测量沿着轴的期望的力(例如，线加速度、角速度、磁场等)的方式配置。在一些实施例中，可以从锚定点悬挂一个或多个可移动的检验质块，该锚定点可以指MEMS传感器的固定的任何部分，诸如从平行于设备的MEMS层的层(例如，CMOS层)延伸的锚定件、设备的MEMS层的框架或者MEMS设备的相对于可移动的检验质块固定的任何其它合适的部分。可以以使得检验质块响应于所测量的力移动的方式布置检验质块。测量和缩放检验质块响应于所测量的力的相对于固定表面(例如，延伸至MEMS层内或者平行于衬底上的可移动质块定位的固定的感测电极)的移动，以确定期望的惯性参数。

图2A描绘了根据本公开一些实施例的说明性惯性传感器200的一部分的截面视图，该惯性传感器200被配置为基于检验质块的平面外移动来感测外力(例如，沿着轴的线加速度、绕轴的角速度或磁场)。虽然在图2A中以特定的方式描绘和配置了特定的部件，但是将理解的是，运动感测惯性传感器200可以包括其它合适的部件和配置。图2A的截面视图描绘了一般地包括MEMS层内的弹簧-质块系统的MEMS惯性传感器的部件的有限子集，该弹簧-质块系统包括各种部件，诸如弹簧、检验质块、耦合质块、驱动质块、驱动电极和梳、感测电极和梳、杠杆臂、耦合件和使用半导体制造技术制造的其它合适的机电部件。图2A中所描绘的部件的集合提供了通过惯性传感器用于平面外电容性感测的配置。示例性MEMS加速度计可以响应于沿着z-轴(即，在MEMS设备平面之外)的方向上的线加速度而经历沿着那个轴的力。示例性陀螺仪可以响应于沿着z-轴(即，在MEMS设备平面之外)的科里奥利(Coriolis)力经历沿着z-轴的力，该科里奥利力为绕垂直于MEMS陀螺仪的驱动轴和z-轴的轴的角速度的结果。

在图2A的实施例中，惯性传感器200由多个接合的半导体层构建。虽然可以以各种方式构建MEMS设备，但是在实施例中，MEMS设备可以包括在某些点处接合在一起形成气密密封的封装的衬底220、MEMS层210和帽层230。衬底220可以包括CMOS电路系统并且形成MEMS设备的CMOS层，尽管CMOS电路系统可以存在于设备的诸如帽层230的其它部分中，或者在一些实施例中，存在于MEMS管芯之外。可以使用半导体制造技术来生产示例性MEMS层，以构建用于在诸如MEMS传感器(例如，加速度计、陀螺仪、压力传感器、麦克风等)的应用中使用的微机械部件。示例性CMOS层可以提供CMOS层内的电气部件和设备的集成，并且也可以提供那些部件之间的互连。在一些实施例中，MEMS层210的部件可以是导电的，以及可以提供在CMOS层220和MEMS层210的部件之间的互连。作为示例，CMOS层220内的电路系统可以将MEMS层210的电气部件(例如，电极或可移动的检验质块)电耦合于处理电路系统14或者其它电气部件。

在示例性实施例中，MEMS层210可以包括至少一个锚定点208和至少一个耦合于锚定点208并且悬挂在衬底220之上的可移动的检验质块206。锚定点208可以固定地附接(例如，接合)于衬底220的平面表面以及从衬底220的平面表面延伸。锚定点208和可移动的检验质块206可以包括导电材料，并且可移动的检验质块206可以被布置为绕锚定点208枢转，使得响应于惯性力检验质块206的一端向上倾斜而另一端向下倾斜。因而，当检验质块表面的一侧远离衬底220移动时，在相对端上的检验质块表面的另一侧朝着衬底220移动。虽然在图2A中未描绘，但是可以以响应于所测量的惯性力将检验质块的移动限制为期望的移动的方式来将弹簧和耦合件连接于MEMS层内的平面内锚定件、检验质块和其它部件，该期望的移动诸如在MEMS加速度计的情况下沿着感测的线加速度的轴或者对于MEMS陀螺仪沿着科里奥利轴(以及在一些实施例中，沿着驱动轴)。

检验质块206可以限定多个平面表面，包括上平面表面(检验质块206的顶，在x/y平面中)和下平面表面(检验质块206的底，在x/y平面中)。虽然在不同的实施例中检验质块可以在MEMS设备平面内具有多个不同的形状，但是在图2A的示例性实施例中，检验质块206包括至少左侧平面表面(检验质块206的左侧，在y/z平面中)和右侧平面表面(检验质块206的右侧，在y/z平面中)。

惯性传感器200也可以包括至少一个感测电极，该感测电极与检验质块206共同形成电容器。图2A的示例性实施例示出了定位在衬底220的在锚定点208的相对侧上的平面表面上的两个感测电极201和202，但是在其它实施例中，其它数量和布置的感测电极是可能的。虽然在图2A中未描绘，但是在实施例中，也可以在衬底上(例如，围绕感测电极)形成电极屏蔽件，以及在一些实施例中，电极屏蔽件可以是与感测电极相同或相似的材料。每个感测电极201和202面向悬挂在衬底220之上的检验质块206的下平面表面的相对部分。使用这些感测电极201和202电容性地感测检验质块206的位置。就这点而言，感测电极201和检验质块206之间的电容值基于感测电极201的上平面表面和检验质块206的下平面表面之间的距离而改变。感测电极202和检验质块206之间的电容基于感测电极202的上平面表面和检验质块206的下平面表面之间的距离而改变。可以感测由每个电容器形成的电容，以及可以处理电容信号(例如，通过滤波、放大、缩放等)，以确定关于所感测的惯性力的信息。在示例性实施例中，存储器16(图1)存储被处理电路系统14使用的数据，以便将感测的电压转换成运动的测量，例如线加速度、角速度或磁场。可以在制造期间或者在其它时间校准这数据，使得检验质块206的某个移动对应于所测量的运动参数的某个改变。

图2B描绘了根据本公开一些实施例的说明性惯性传感器200的一部分的横截面视图，该惯性传感器200被配置为基于检验质块的平面内移动来感测外力(例如，沿着轴的线加速度、绕轴的角速度或磁场)。示例性惯性传感器200包括衬底220、MEMS层210和帽层230，如上面参考图2A所描述的。虽然在图2B中以特定的方式描绘和配置了特定的部件，但是将理解的是，运动感测惯性传感器200可以包括其它合适的部件和配置。图2B的横截面视图描绘了一般地包括MEMS层内的弹簧-质块系统的MEMS惯性传感器的部件的有限子集，该弹簧-质块系统包括各种部件，诸如弹簧、检验质块、耦合质块、驱动质块、驱动电极和梳、感测电极和梳、杠杆臂、耦合件和使用半导体制造技术制造的其它合适的机电部件。图2B中所描绘的部件的集合提供用于通过惯性传感器的平面内电容性感测的配置。示例性MEMS加速度计可以响应于沿着x-轴(即，在MEMS设备平面内)的方向上的线加速度而经历沿着那个轴的力。示例性陀螺仪可以响应于沿着x-轴(即，在MEMS设备平面内)的科里奥利力经历沿着x-轴的力，该科里奥利力为绕垂直于MEMS陀螺仪的驱动轴(例如，y-轴)和x-轴的轴(例如，z-轴)的角速度的结果。

在示例性实施例中，MEMS层210可以包括至少一个耦合于多个弹簧207和209的可移动的检验质块206。在实施例中，弹簧207和209耦合于MEMS层210内的诸如耦合质块、驱动质块、科里奥利质块、杠杆臂、锚定件或其它合适部件的检验质块206和其它的部件。以使得弹簧207和209促进检验质块206响应于沿着感测轴(例如，x-轴)惯性力的沿着感测轴的移动的方式配置弹簧207和209。例如，弹簧207和209可以具有如下这样的长宽比和形状：使得它们顺应于沿着x-轴的运动，以及在一些实施例中，相对于沿着其它轴(例如，沿着y-轴和z-轴)的运动是刚性的。检验质块206可以限定多个平面表面，包括上平面表面(检验质块206的顶，在x/y平面中)和下平面表面(检验质块206的底，在x/y平面中)。虽然在不同的实施例中检验质块可以在MEMS设备平面内具有多个不同的形状，但是在图2B的示例性实施例中，检验质块206包括至少左侧平面表面(检验质块206的左侧，在y/z平面中)和右侧平面表面(检验质块206的右侧，在y/z平面中)。

惯性传感器200也可以包括至少一个感测电极，该感测电极与检验质块206共同形成电容器。图2B的示例性实施例示出了两个感测电极203和204，但是在其它实施例中，其它数量和布置的感测电极是可能的。感测电极203和204锚定于衬底220并且延伸至MEMS设备平面内。感测电极203可以包括右侧平面表面，该右侧平面表面的一部分位于MEMS设备平面中，与检验质块206的左侧平面表面相对和平行。感测电极204可以包括左侧平面表面，该左侧平面表面的一部分位于MEMS设备平面中，与检验质块206的右侧平面表面相对和平行。使用这些感测电极203和204电容性地感测MEMS平面内的检验质块206沿着x-轴的位置。就这点而言，感测电极203和检验质块206之间的电容值基于感测电极203的右侧平面表面和检验质块206的左侧平面表面之间的距离而改变。感测电极203和检验质块206之间的电容值基于感测电极204的左侧平面表面和检验质块206的左侧平面表面之间的距离而改变。可以感测由每个电容器形成的电容，以及可以(例如，通过滤波、放大、缩放等)处理电容信号，以确定关于所感测的惯性力的信息。在示例性实施例中，存储器16(图1)存储被处理电路系统14使用的数据，以便将所感测的电压转换成运动的测量，例如线加速度、角速度或磁场。可以在制造期间或者在其它时间校准这数据，使得检验质块206的某个移动对应于所测量的运动参数的某个改变。

图3A描绘了根据本公开一些实施例的用于响应于沿着z-轴的线加速度的示例性MEMS加速度计300的顶视图。加速度计300包括通过在垂直于感测电极320A-320D的上平面表面的反相方向上移动来响应于沿着z-轴的线加速度的两个检验质块PM1 302B和PM2302A，该感测电极320A-320D位于衬底306的表面上。虽然在图3A中未描绘，但是在实施例中，电极屏蔽件也可以在衬底上(例如，围绕感测电极)形成，以及在一些实施例中，电极屏蔽件可以是与感测电极相同或相似的材料。通过两个检验质块PM1 302B和PM2 302A与衬底306之间的柔性耦合来约束反相移动。柔性耦合包括两个分离的锚定点A1 310A和A2 310B、两个中心扭力弹簧B1 314A和B2 314B、两个转动杠杆L1 316A和L2 316B以及四个外扭力弹簧B11 318A、B21 318B、B12 318C和B22 318D。基于检验质块相对于电容性感测电极320A-320D的平面外移动来测量加速度计300的运动。

弹簧B1 314A和B2 314B将锚定点A1 310A和A2 310B连接于杠杆L1 316A和L2316B。四个外扭力弹簧B11 318A、B21 318B、B12 318C和B22 318D通过(trough)两个检验质块PM1 302B和PM2 302A将一个杠杆的端部连接于另一个杠杆的在相对侧上的端部。特别地，弹簧B11 318A将左杠杆L1 316A的顶连接于内检验质块PM1 302B，该内检验质块PM1302B通过弹簧B22 318D连接于右杠杆L2 316B的底。以相同的方式，用弹簧B12 318C和B22318D将左杠杆L1 316A的底耦合于右杠杆L2 316B的顶。

为简单起见，假设检验质块具有在中心弹簧(B1 314A和B2 314B)的轴上的重心，以及外弹簧(B12 318C、B21 318B、B11 318A和B22 318D)以正交于这个轴的相对于重心的相同的距离耦合于检验质块。以下描述更一般的情况。

Z方向上的线加速度a将产生对每个检验质块的在Z上的力：

其中m₁和m₂分别为PM1 302B和PM2 302A的质量。在每个检验质块上，这个力的一半作用在外弹簧中的每一个上，对于PM1 302B的B11 318A和B22 318D，以及对于PM2 302A的B12 318C和B21 318B。在杠杆的末端传递这个力，所以在杠杆的中心存在扭矩，该扭矩为这个力乘以PM1 302B和PM2 302A的杠杆的差值：

其中PM1的杠杆长度l_PM1是从弹簧B11 318A至B1 314A和B22 318D至B2 314B的距离，以及l_PM2是从弹簧B12 318C至B1 314A和B21 318B至B2 314B的距离。扭矩M引起中心弹簧和两个杠杆反相转动，并且所以一个检验质块朝着衬底移动，以及另一个在相反方向上移动。

为了引起反相移动，必须存在非平衡扭矩M。这个非平衡扭矩M可以通过质量的差异(m₁≠m₂)、通过杠杆的差异(l_PM1≠l_PM2)、或者通过质量杠杆乘积的差异(m₁l_PM1≠m₂l_PM2)给出。

在更一般的示例中，其中质块的重心不位于弹簧轴上或者外弹簧不以正交于这个轴的相同距离耦合于检验质块，加速度除了引起在Z方向上的力之外还引起扭矩。在这种情况下，传感器的结构也转动。传感器也包括感测电极以测量传感器的运动。

如图3A中所描绘的，检验质块PM2 302A可以相对于和朝着下面的衬底沿着z-轴在“向下”方向上移动，而检验质块PM1 302B可以相对于和远离下面的衬底沿着z轴在“向上”方向上移动。多个感测电极320A-320D可以位于衬底上，该衬底具有与检验质块PM2 302A和PM1 302B中的每个的下表面平行和相对而定位的上平面表面。即，感测电极320A可以与检验质块PM1 302B的第一部分相对而定位，感测电极320A可以与PM2 302A的第一部分相对而定位，感测电极320C可以与PM2 302A的第二部分相对而定位，以及感测电极320D可以与PM1302B的第二部分相对而定位。

可以基于由相应电极中的每个与检验质块的一部分形成的电容来执行电容性感测，使得在图3A的实施例中，基于检验质块和感测电极之间的相应距离，与感测电极320A/320D和检验质块PM1 302B相关联的电容器将具有比与感测电极320B/320C和检验质块PM2302A相关联的电容器更低的电容。

图3B示出了根据本公开一些实施例的用于感测线加速度的说明性MEMS系统的从图3A的截面线330观察的侧截面视图。图3A和图3B描绘为检验质块PM1 302B在“向上”方向上远离下面的衬底移动以及检验质块PM2 302A在“向下”方向上朝着下面的衬底移动。感测电极320A(图3B中未描绘)、320B(图3B中未描绘)、320C和320D位于衬底上，其中320A和320B位于锚定件A1和A2后面以及感测电极320C和320D位于锚定件A1和A2前面。将感测电极中的每个连接于包括诸如C-至-V转换器、放大器、比较器、滤波器和缩放的模拟和数字电路系统的感测路径(例如，在衬底的CMOS电路系统内)，以基于通过感测电极所感测的电容确定加速度。

检验质块PM2 302A的第一部分位于锚定件A1的前面并且在感测电极320C正上方以与其形成电容器，该电容器的电容基于检验质块PM2 302A的第一部分朝着感测电极320C的移动而增加。检验质块PM2 302A的第二部分位于锚定件A2的后面并且在感测电极320B正上方(感测电极320D后面，未描绘)以与其形成电容器，该电容器的电容基于检验质块PM2302A的第二部分朝着感测电极320B的移动而增加。检验质块PM1 302B第一部分位于锚定件A2的前面并且在感测电极320D正上方以与其形成电容器，该电容器的电容基于检验质块PM1 302B的第一部分远离感测电极320D的移动而减小。检验质块PM1 302B的第二部分位于锚定件A1的后面并且在感测电极320A正上方(感测电极320C后面，未描绘)以与其形成电容器，该电容器的电容基于检验质块PM1 302B的第二部分远离感测电极320A的移动而减小。

图4描绘了根据本公开一些实施例的有相对于感测电极的多个可移动质块的电压感测的说明性MEMS陀螺仪。提供图4的陀螺仪设计是为了说明而非限制的目的。将理解的是，本公开的原理可以应用于任何合适的MEMS设备(例如，MEMS加速度计、陀螺仪、压力传感器、麦克风等)以及这种设备的任何合适的配置。图4的示例性实施例图示了包括平衡引导质块系统400的双轴陀螺仪的实施例。引导质块系统400包括通过耦合弹簧405耦合在一起的两个引导质块系统400a和400b。

引导质块系统400a和400b经由弹簧408a-d连接于锚定点406a-d。附加的锚定点440a和440b位于纵摇检验质块450a和450b的内部中。位于图4中所描绘的悬挂弹簧-质块系统的MEMS层之下的是衬底CMOS层401。锚定点406a-d和440a-b中的每个可以接合于CMOS层401(例如，经由相应的连接点)，以及可以向上延伸至悬挂弹簧-质块系统的平面内。

对称引导质块系统400a绕第一横滚感测轴在平面外转动。对称引导质块系统400b绕平面内并且平行于第一横滚感测轴的第二横滚感测轴在平面外转动。耦合弹簧405连接于横滚检验质块402b和402c。耦合弹簧405绕在X-方向上的轴扭转地顺应，使得对称引导质块系统400a和400b可以绕第一横滚感测轴和第二横滚感测轴在平面外反相转动。耦合弹簧405在Z-方向上是刚性的，其避免对称引导质块系统400a和400b在平面外同相转动。

在实施例中，纵摇检验质块450a和450b各自经由弹簧4201a-d柔性地连接于它们相应的四个横滚检验质块402a-402d。弹簧4201a和4201b是扭转地顺应的，使得纵摇检验质块450a可以在y-方向上绕第一纵摇感测轴在平面外转动，以及弹簧4201c和4201d是扭转地顺应的，使得纵摇检验质块450b可以绕在Y-方向上的第二纵摇感测轴在平面外转动。

在这个实施例中，检验质块450a和450b也经由弹簧系统431和432以及锚定点440a和440b分别地耦合于CMOS层401。纵摇检验质块450a和450b跟随CMOS层401衬底的运动，并且即使在像温度变化和外施加力的外部作用下，衬底和检验质块之间的垂直间隙也保持相同。

布置两个对称引导质块系统400a和400b使得横滚检验质块402a-d沿着x-轴反相移动。耦合弹簧405在X-方向上是刚性的，使得横滚检验质块402b和402c在X-方向上一起移动。横滚检验质块402a和402d与横滚检验质块402b和402c相反移动。

弹簧4201a-d在平面内是顺应的，使得当驱动横滚检验质块402a-d时，纵摇检验质块450a和450b绕在z-方向上的分离的轴在平面内反相转动。诸如梳驱动器的静电致动器409a-h连接于横滚检验质块402a-d，以驱动平衡引导质块系统400。通过耦合于致动器409a-h的驱动电路以一频率一起驱动包括横滚检验质块402a-d和纵摇检验质块450a和450b的两个引导质块系统400a和400b。在一些实施例中，驱动感测电极(未描绘)可以连接于陀螺仪的任何部件，以检测对于提供给系统的特定致动/驱动的驱动响应。来自驱动感测电极的测量可以用作反馈以调节提供给系统的致动。

绕在x-方向上的纵摇输入轴的角速度将引起科里奥利力分别绕第一纵摇感测轴和第二纵摇感测轴作用在纵摇检验质块450a和450b上。科里奥利力引起纵摇检验质块450a和450b绕第一纵摇感测轴和第二纵摇感测轴在平面外反相转动。纵摇检验质块450a和450b绕第一纵摇感测轴和第二纵摇感测轴的转动幅度与绕纵摇输入轴的角速度成比例。

在实施例中，位于衬底上并且在纵摇检验质块450a和450b之下的感测电极460a-460d用于检测绕第一纵摇感测轴和第二纵摇感测轴的反相转动。虽然在图4中未描绘，但是在实施例中，电极屏蔽件也可以在衬底上(例如，围绕感测电极)形成，以及在一些实施例中，电极屏蔽件可以是与感测电极相同或相似的材料。绕横滚输入轴的外部施加的角加速度将在纵摇检验质块450a和450b上生成引起它们绕第一纵摇感测轴和第二纵摇感测轴同相转动的同相的惯性扭矩。可以耦合感测电极460a和460d，以及可以耦合感测电极460b和460c，使得纵摇检验质块450a和450b的同相转动不被检测，但是反相转动被检测。

绕横滚输入轴的角速度将引起科里奥利力在Z-方向上作用在横滚检验质块402a-d上。科里奥利力引起对称引导质块系统400a和400b绕第一横滚感测轴和第二横滚感测轴在平面外反相转动。在横滚检验质块402a-d之下的感测电极412a-c用于检测对称引导质块系统400a和400b的转动。绕纵摇输入轴的外部施加的角加速度将在对称引导质块系统400a和400b上生成同相的惯性扭矩。

然而，对称引导质块系统400a和400b不转动，因为耦合弹簧405避免了绕第一横滚感测轴和第二横滚感测轴的同相转动。可以耦合感测电极412a和412c，使得对称引导质块系统400a和400b的同相转动不被检测，但是反相转动被检测。

图5A示出了根据本公开一些实施例的位于衬底的平面上的感测电极的示例性配置。虽然可以为不同的合适应用提供各种感测电极配置，但是在实施例中，可以在衬底上提供四个矩形感测电极502A-502D以执行用于惯性传感器的电容性感测。衬底500可以是合适的衬底，诸如本文所描述的CMOS衬底。电极屏蔽件501可以在衬底500上形成。电极屏蔽件501可以将感测电极屏蔽于其它部件系统(例如，除了所测量的检验质块)，其可以改善通过感测电极502A-502D执行的电容性测量的准确度。可以在电极屏蔽件501和感测电极502A-502D之间提供非导电间隙，使得每个感测电极502A-502D提供用于与其相关联的检验质块或检验质块部分的电容性相互作用的绝缘且连续的导电垫。

图5B示出了根据本公开一些实施例的图5A的示例性感测电极之一。感测电极502A是连续矩形感测电极，并且被电极屏蔽件501围绕，有着介于中间的非导电间隙。在图5A-图5B的实施例中，MEMS传感器的部件(例如，电极屏蔽件501和感测电极502A-502D)可能还未暴露于导致那些部件材料改变的环境情况。因而，部件基本上可以是与它们被设置的方式相似的形式，一般地有光滑的暴露表面(例如，面向检验质块的感测电极502A-502D的暴露表面)。

图5C描绘了在延长暴露于环境情况之后的图5A的示例性感测电极和电极屏蔽件。随着时间，暴露于诸如温度极端或温度的突然改变的环境情况可以影响电极屏蔽件501和感测电极502A-D的构成材料的物理结构，导致包括在感测电极502A-502D和电极屏蔽件501的表面处的破裂图案的形成。在图5A-图5E的示例性实施例中，可以以相似的方式影响电极屏蔽件501和感测电极502A-502D，使得遍及电极屏蔽件501和感测电极502A-502D破裂图案相对均匀。对于图5D中的示例性感测电极502A以及用图5E中所描绘的感测电极502A的附加细节更详细地描绘这个图案。

在感测电极502A-502D上形成的破裂图案可以导致表面效应，该表面效应修改了电特性，并且因而修改了基于感测电极502A-502D和它们相应的检验质块的电容器所感测的生成的电容性信号。此外，破裂也可以导致感测电极或其部分相对于检验质块的高度的变化，其可以导致MEMS惯性传感器的电容性响应的改变。这可以导致感测参数的不准确读数，因为给出的感测参数可能是基于假设的与特定电容的对应的(例如，基于滤波、放大、缩放和本文所描述的其它处理)。

图6A示出了根据本公开一些实施例的位于衬底的平面上的平行开槽感测电极的示例性配置。虽然可以为不同的合适应用提供各种感测电极配置，但是在实施例中，可以在衬底上提供四个开槽矩形感测电极602A-602D以执行用于惯性传感器的电容性感测。衬底600可以是合适的衬底，诸如本文所描述的CMOS衬底。电极屏蔽件601可以在衬底600上形成。电极屏蔽件601可以将开槽感测电极屏蔽于其它部件系统(例如，除了所测量的检验质块)，其可以改善通过开槽感测电极602A-602D执行的电容性测量的准确度。可以在电极屏蔽件601和开槽感测电极602A-602D之间提供非导电间隙，使得每个开槽感测电极602A-602D提供用于与其相关联的检验质块或检验质块部分的电容性相互作用的绝缘和连续的导电垫。

虽然可以以各种方式配置开槽感测电极，但是在图6A的实施例中，开槽感测电极可以具有形成保持用于开槽感测电极602A-602D的连续导电路径的连续的“蛇形”图案的多个平行槽。可以基于期望的设计因素来修改用于开槽感测电极的各种参数，诸如为了优化感测电极的操作表面区域，同时限制环境情况对感测电极的操作的影响。可以被修改的示例性因素包括槽的数量、槽宽度、槽深度(例如，在如本文所描述的凹入槽中)、槽形状等。在一些实施例中，可以为特定的电极材料和/或不同的预期环境情况优化这些设计因素，例如，基于不同的预期材料结构和预期破裂图案。在一些实施例中，可以期望的是配置开槽结构以使得它为材料提供限制由破裂引起的不期望的平面外改变的在平面内扩展的救济。在一些实施例中，基于用于特定应用的不同电极形状、尺寸和材料，单个设备内的不同感测电极可以具有不同的图案。

图6B示出了根据本公开一些实施例的图6A的示例性开槽感测电极之一。感测电极602A是开槽的矩形感测电极，并且经由介于中间的非导电间隙被电极屏蔽件601围绕，有着。在图6A-图6B的实施例中，MEMS传感器的部件(例如，电极屏蔽件601和开槽感测电极602A-602D)可能还未暴露于导致那些部件材料的改变的环境情况。因而，部件基本上可以是与它们被设置的方式相似的形式，一般地有光滑的暴露表面(例如，面向检验质块的感测电极602A-602D的暴露表面)。

图6C描绘了在延长暴露于环境情况之后的图6A的示例性开槽感测电极和电极屏蔽件。随着时间，暴露于诸如温度极端或温度的突然改变的环境情况可以影响电极屏蔽件601和开槽感测电极602A-D的构成材料的物理结构，导致包括在感测电极602A-602D和电极屏蔽件601的表面处的破裂图案的形成。在图6A-6E的示例性实施例中，电极屏蔽件601和感测电极602A-602D可能不均匀地破裂，使得电极屏蔽件601的破裂图案明显比感测电极602A-602D所经历的破裂图案更密集。如本文所描述的，可以设计槽使得破裂图案不太可能形成完整的结构(例如，基于由电极材料形成的结晶结构)，避免附加的破裂和减少破裂对由相应的开槽感测电极形成的电容器的灵敏度的影响。对于图6D中的示例性感测电极602A以及用图6E中所描绘的感测电极602A的附加细节更详细地描绘了开槽区域中的减少破裂的这个图案。

在感测电极602A-602D上形成的破裂图案可以导致表面效应，该表面效应修改了电特性，并且因而修改了基于感测电极602A-602D和它们相应的检验质块的电容器所感测的生成的电容性信号。然而，因为开槽减小了感测电极区域内的破裂程度，所以也减小了对电容器的灵敏度的改变。对灵敏度的改变可以小于阈值灵敏度差异，或者因而可以延长传感器的使用寿命。在一些实施例中，可以测量MEMS传感器的参数，使得可以估计传感器灵敏度的预期改变以及可以执行补偿。

图7A-7E描绘了根据本公开的各种开槽感测电极图案。本文所描绘的图案仅仅是示例性的，并且将理解的是，可以以适当的方式组合或者修改本文所描绘的任何电极图案，以及根据本公开可以利用附加图案。在实施例中，可以修改诸如槽宽度、槽密度、槽深度和槽朝向的用于图案的参数，以便满足与电功能(例如，电容性感测)和抗破裂或者其它环境作用相关的期望的特性。在一些实施例中，可以利用诸如典型的破裂形状和尺寸(例如，用于感测电极的特定构成材料)以及电极覆盖(例如，以保持期望的量的电极材料或表面面积，诸如在未开槽材料和/或表面面积的至少20％或更少之间)的因素来设置参数。

图7A描绘了根据本公开一些实施例的示例性“T-槽”感测电极开槽图案700。示例性T-槽图案可以包括在图案中的一方向(例如，纵向、横向、成角度或者其它方向)上延伸的多个槽(例如，平行，如图7A所描绘)。多个槽短线可以从槽中的每个延伸，形成可以提供用于与破裂图案接合的附加开槽的T-槽图案，并且因而减小了破裂图案的整体密度和感测电极内结晶变形的形成。

图7B描绘了根据本公开一些实施例的示例性“Y-槽”感测电极开槽图案701。对于感测电极的一些材料组合，可能结晶图案和尺寸可以是已知的。在一些实施例中，可以期望的是设计适应已知破裂图案的槽结构，并且因而减小破裂图案的整体密度和感测电极内结晶变形的形成。Y-槽开槽图案可以提供近似可能的破裂图案的一系列互连的120°角，因而限制了包括在感测电极的电极材料内的材料破裂的程度。

如本文所描述的，可以根据本公开实现各种开槽形状，并且可以根据期望组合多个开槽形状。图7C描绘了根据本公开一些实施例的示例性“螺旋-槽”感测电极开槽图案702。螺旋槽704开始于感测电极的中心，以及在实施例中，以在槽之间的均匀的距离从感测电极的中心延伸，同时保持导电性。在如图7C中所描绘的示例性矩形电极中，附加的线外围槽705集可以从电极的外表面延伸，以提供附加电极开槽。然而，将理解的是，在其它螺旋-开槽实施例中，可以不利用附加电极槽。

图7D描绘了根据本公开一些实施例的“凹入-槽”感测电极开槽图案706的示例性顶视图和侧视图。不是提供贯穿至衬底表面的其中所有感测电极材料被移除的贯穿-槽，而是槽708的集合可以是凹入的，使得它们仍然包括电极材料，但是它们在感测电极707的上表面之下。以这种方式，可以遍及感测电极保持导电性，其可以允许在感测电极的表面上实现各种合适的图案(例如，平行、Y-槽、T-槽、螺旋、其组合、其它复杂图案等)。凹入开槽也可以促进附加表面开槽，同时保持期望的量的电极材料。可以在各种合适的深度处提供槽凹入，诸如在整体感测电极深度的5％、20％、50％或者80％。

图7E描绘了根据本公开一些实施例的“连接-槽”感测电极开槽图案709的示例性顶视图和侧视图。连接槽图案可以在感测电极710的多个部分之间的跨越贯穿槽711之间提供连接部分712。以这种方式，可以遍及感测电极保持导电性，其可以允许在感测电极的表面上实现各种合适的贯穿-槽图案(例如，平行、Y-槽、T-槽、螺旋、其组合、其它复杂图案等)。在图7E的示例性实施例中，可以相对于感测电极709的顶表面711凹入连接部分712，尽管在其它实施例中可以采用其它图案(例如，全厚度)。

图8描绘了根据本公开一些实施例的示例性加速度计800的示例性开槽感测电极层。在实施例中，电极屏蔽件801具有与电极802A-802F中的每个相似或相同的厚度和材料。在图8的示例性实施例中，加速度计800的感测电极802A-802F中的每个可以与相应的检验质块相关联，该检验质块响应于绕感测轴的转动而朝着或远离其关联的感测电极802A-802F在平面外移动以改变电容。虽然在一些实施例中，一个或多个感测电极可以具有基于MEMS传感器设计的不同形状或图案，但是在实施例中，图8的MEMS传感器的感测电极中的每个可以具有相似的形状以及可以包括相似的开槽图案(例如，蛇形开槽图案)。在实施例中，设计可以是部分或完全对称的，使得电极图案关于穿过感测电极的中心点的一条或多条线对称。在完全对称设计的示例性实施例中，开槽图案可以关于穿过感测电极的中心点的任何线是一致的。

图9-图10描绘了根据本公开一些实施例的用于设计和实现开槽感测电极结构的示例性步骤。虽然在本公开的开槽感测电极的上下文中描述了图9-图10，但是将理解的是，本文和图9-图10中所描述的设计、部件、配置、方法和步骤可以应用于MEMS传感器的任何合适的部件，包括MEMS传感器的其它电极类型(例如，驱动电极)或非电极部件。虽然在图9-图10中描绘了步骤的特定次序和流程，但是将理解的是，在一些实施例中，可以修改、移动、移除或者添加一个或多个步骤，以及可以修改图9-图10中所描绘的流程。

图9描绘了根据本公开一些实施例的用于设计开槽电极图案的方法的示例性步骤。处理可以开始于示例性传感器设计，诸如用于惯性设计。设计可以包括诸如MEMS设备平面中的弹簧-质块系统的部件，该弹簧-质块系统具有响应于被传感器所测量的特定惯性力(例如，线加速度、角速度或磁场)而相对于下面的衬底(例如，平面外感测)或者在MEMS设备平面内(例如，平面内感测)移动的一个或多个检验质块。

在步骤902处，可以确定用于感测电极的可用电容性区域。这个可用电容性区域可以是基于感测电极的一部分的，该感测电极的一部分相对于(例如，平行于)响应于所测量的传感器移动的检验质块的相邻部分定位，还可以是基于检验质块相对于感测电极移动的方式的(例如，垂直于感测电极的表面，由于杠杆移动以一角度等)。在一些实施例中(例如，响应于其中检验质块相对于感测电极的表面变得位于一角度的杠杆运动)，例如，基于与检验质块具有更大的电容性相互作用的感测电极的某些部分，可以确定有效电容性区域。一旦确定了可用的电容性区域，处理可以继续至步骤904。

在步骤904处，可以分析可用的感测电极材料、模拟电路系统和/或数字电路系统，以确定可以对从感测电极和/或检验质块输出的电容性信号执行的处理、放大、滤波和缩放的类型。例如，特定的处理电路系统可以适应能够以用于特定应用的可接受的准确度处理的电容的特定范围，其可以影响可以用于开槽同时保持适当的电容性分辨率的感测电极的一部分。不同的感测电极材料也可以提供不同的感测电极灵敏度。例如，在实施例中，可以确定可接受的材料去除的范围，其在一些实施例中可以是单位数或低的两位数，诸如至少4％以提供足够的开槽，小于33％以提供足够的电容性感测，以及在一个实施例中，8％-20％的范围。

在步骤906处，可以基于从步骤902和904确定的信息以及在一些实施例中的诸如可用的槽设计的不同信息，来选择槽图案。例如，槽图案的选择可以是取决于诸如来自步骤902的可用电容性区域的形状、来自步骤904的构成材料和破裂图案、来自步骤904的处理分辨率以及来自步骤904的可用开槽区域的因素的。一旦选择了适当的槽图案，处理可以继续至步骤908。

在步骤908处，可以选择槽参数。槽参数可以包括诸如槽密度、槽宽度和槽深度的参数。在实施例中，可以优化这些参数以限制完整结晶破裂图案的形成，同时为特定的应用、传感器配置和电路系统提供合适的电容性感测区域。一旦选择了槽参数，处理可以继续至步骤908。

在步骤910处，可以分析初始开槽设计以确定初始灵敏度。可以基于模拟全部或部分地执行这种分析，或者在一些实施例中，可以制造标准部件用于分析。可以在诸如惯性运动的所感测的运动的预期范围上分析传感器响应，例如，以验证感测电极设计以足够的精度适应测量信号的整个范围，以及以存储在操作期间使用的缩放和修整因子。然后处理可以继续至步骤912。

在步骤912处，可以确定环境响应。可以基于模拟全部或部分地执行这种分析，或者在一些实施例中，可以制造标准部件以及可以执行寿命测试以测量环境情况对传感器的影响。在实施例中，可以对于在寿命测试中不同阶段处的已知惯性力测量性能，以便确定在不同环境情况下特定感测电极设计的响应如何随时间改变。在一些实施例中，这个信息可以用于随时间或者响应于用于传感器的特定测量环境情况调节传感器的操作。在其它实施例中，可以确定特定的感测电极设计在特定环境情况下或者在要求的寿命周期长度上未提供可接受的性能。在确定环境响应之后，处理可以继续至步骤914。

在步骤914处，可以确定是否修改感测电极设计，例如，因为所测量的寿命周期测试未提供可接受的结果或者为了进一步改善设计。如果要修改感测电极设计，那么处理可以继续至步骤906。如果不要修改感测电极设计，那么可以保存诸如缩放值和补偿值的值用于在传感器操作期间使用。然后可以结束图9的处理。

图10描绘了根据本公开一些实施例的用于在暴露于操作环境的寿命中对MEMS传感器提供补偿的方法的示例性步骤。如本文所描述的，感测电极设计可以改善感测对环境情况的响应。在一些实施例中，设计也可以提供关于感测特性将如何随时间改变的可预测性(例如，基于图9中所执行的测试，以及如本文所描述的)。

在步骤1002处，可以确定环境响应。在实施例中，可以在设计和/或制造期间确定环境响应(例如，如关于图9所描述的)。在其它实施例中，可以在操作期间在实地确定环境响应。例如，在实施例中，一个或多个驱动测试电极可以施加已知力以引起检验质块或其它质块(例如，测试质块)相对于感测电极或感测测试电极(例如，与例如位于测试质块对面的感测电极具有相同图案的电极部分)以已知方式移动。基于响应于已知运动的改变，可以确定操作环境响应。然后处理可以继续至步骤1004。

在步骤1004处，环境响应可以被存储在存储器中，或者在一些实施例中，被提供为对寄存器值或其它电路系统的修改。在一些实施例中，可以连同与传感器电路系统相关的信息一起存储表示环境响应的数据，该与传感器电路系统相关的信息诸如是可以用于补偿环境响应的改变的对传感器操作的修改(例如，驱动力、缩放因子、放大、滤波等)。然后，处理可以继续至步骤1004。

在步骤1006处，可以识别用于传感器的响应模式，使得可以提供对传感器操作的更新。响应模式可以基于诸如服务时间、实际传感器运行时间、所测量的响应(例如，基于测试质块和/或电极)的合适的操作数据，或者实际环境情况的其它测量(例如，温度、温度改变率等)，及其各种组合。在一些实施例中，响应模式数据可以用于直接确定感测电极的情况，或者在其它实施例中，可以基于相关信息的查找或者基于对所测量的响应模式数据的预期响应的计算来确定可能的情况。然后处理可以继续至步骤1008。

在步骤1008处，可以修改传感器的操作以补偿环境情况。在实施例中，可以通过改变从所感测的电容计算值的方式来修改感测值(例如，对于线加速度、角速度或磁场)的计算，例如通过修改放大器增益、滤波器参数、缩放因子或者其它模拟或数字操作参数。以这种方式，可以至少部分地基于由于作为开槽感测电极设计结果的改善的环境响应而改善的响应，补偿传感器的操作以允许无论环境情况的准确计算。一旦执行了补偿，图10的处理可以结束。

前述的描述包括根据本公开的示例性实施例。提供这些实施例仅仅用于说明目的，并且不是用于限制的目的。将理解的是，本公开可以以不同于本文中那些明确描述和描绘的形式实现，并且本领域普通技术人员可以实现符合以下权利要求的各种修改、优化和变化。

Claims (19)

1.一种用于提供对微机电系统MEMS设备上的外力的电容性感测的系统，所述系统包括：

位于第一平面中的衬底；

MEMS设备层的可移动部件，所述MEMS设备层耦合于所述衬底，其中所述可移动部件响应于所述外力沿着第一轴移动；以及

设置在所述第一平面中的所述衬底上的感测电极，其中第一电容性感测元件在所述可移动部件和第一感测电极之间形成，其中所述第一电容性感测元件被配置为响应于所述可移动部件的沿着所述第一轴的运动，

其中所述感测电极包括基本上在所述感测电极的两个非相邻边之间延伸的多个槽，并且其中所述多个槽包括所述感测电极的表面面积的至少8％并小于所述感测电极的表面面积的20％。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个槽基本上在所述感测电极的两个平行边之间延伸。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述两个平行边包括所述感测电极的两个长边。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述两个平行边包括所述感测电极的两个短边。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个槽包括梳图案。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个槽包括部分六边形图案。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述感测电极包括凹入槽图案，在所述凹入槽中所述感测电极的厚度减小。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个槽中的每个槽的至少一部分平行于所述多个槽中的另一个槽定位。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一轴垂直于所述第一平面。

10.根据权利要求1所述的系统，还包括：

所述MEMS设备层的第二可移动部件，其中所述第二可移动部件响应于所述外力沿着第二轴移动；以及

设置在所述第一平面中的所述衬底上的第二感测电极，其中第二电容性感测元件在所述第二可移动部件和所述第二感测电极之间形成，其中所述第二电容性感测元件被配置为响应于所述第二可移动部件的沿着所述第二轴的运动，以及其中所述第二感测电极包括基本上在所述第二感测电极的两个非相邻边之间延伸的第二多个槽。

11.根据权利要求10所述的系统，还包括在所述感测电极和所述第二感测电极之间的位于所述第一平面中的中心点，其中所述多个槽和所述第二多个槽关于穿过所述第一平面中的所述中心点的线是对称的。

12.根据权利要求10所述的系统，还包括耦合于所述第一感测电极和所述第二感测电极的处理单元，以基于所述第一电容性感测元件和所述第二电容性感测元件的组合测量来确定外力的值。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个槽包括多个成角度的槽。

14.根据权利要求13所述的系统，其中成角度的槽中的三个成角度的槽以120度角相交。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述感测电极包括弯折的条电极。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述弯折的条电极的长度长于所述感测电极的周界的长度。

17.根据权利要求15所述的系统，其中所述感测电极基本上形成方波图案、螺旋图案、T-槽图案或Y-槽图案。

18.根据权利要求1所述的系统，还包括：

设置在所述第一平面中的所述衬底上的第二感测电极，其中第二电容性感测元件在所述MEMS设备层的一个或多个部件与所述第二感测电极之间形成；以及

处理电路系统，所述处理电路系统耦合于所述感测电极和所述第二感测电极，以接收来自所述感测电极的第一信号和来自所述第二感测电极的第二信号，所述处理电路系统被配置为组合所述第一信号和所述第二信号以输出响应于所述MEMS设备层的至少一部分的沿着所述第一轴的移动的信号。

19.一种用于执行电容性感测的系统，所述系统包括：

位于第一平面中的衬底；

位于所述第一平面上的电极屏蔽件，其中所述电极屏蔽件由第一导电材料形成；

设置在所述第一平面中的所述衬底上的多个感测电极，其中所述多个感测电极中的每个感测电极相邻于所述第一平面中的所述电极屏蔽件的至少一部分定位；

以及其中所述感测电极包括基本上在所述感测电极的两个非相邻边之间延伸的多个槽，并且其中所述多个槽包括所述感测电极的表面面积的至少8％并小于所述感测电极的表面面积的20％。

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