CN112284513A - 具有悬臂结构的压电mems装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的主题是“具有悬臂结构的压电MEMS装置”。一种MEMS装置包括第一层、第二层、第一系留部分、第二系留部分和MEMS装置主体，所述第二层连接到所述第一层。所述MEMS装置主体连接到所述第一系留部分和所述第二系留部分。所述MEMS装置主体还包括第一悬臂、第二悬臂和弹簧，所述第一悬臂附接到所述第一系留部分，所述第二悬臂附接到所述第二系留部分。所述弹簧与所述第一悬臂和所述第二悬臂可操作地连通。
Description
政府权益声明
本发明是依据国防高级研究计划局授予的W911QX18C0021在政府支持下完成的。政府对本发明拥有某些权利。
背景技术
本公开涉及微机电系统(MEMS)。更具体来说，本公开涉及具有悬臂式结构的MEMS。
MEMS悬臂是在一侧受约束的装置，并且并入有可用作传感器和致动器的压电材料。可通过使用附接到悬臂的特定质量将此类装置调谐到特定共振频率。MEMS悬臂可能会意外地感测到次频率模式，所述次频率模式会使悬臂以扭转或摇摆运动方式移动而非以主要竖直运动方式移动。响应于次频率模式进行的此类移动被称为“寄生感测(parasiticsensing)”。寄生感测可干扰MEMS装置的操作并造成悬臂断裂。调谐到较低振动频率的悬臂需要较高的检测质量，并且较容易断裂。
发明内容
一种MEMS装置包括第一层、第二层、第一系留部分、第二系留部分和MEMS装置主体。所述第一层连接到所述第二层。所述MEMS装置主体连接到所述第一系留部分和所述第二系留部分。所述MEMS装置主体还包括第一悬臂、第二悬臂和弹簧。所述第一悬臂附接到所述第一系留部分。所述第二悬臂附接到所述第二系留部分。所述弹簧与所述第一悬臂和所述第二悬臂可操作地连通。
一种换能器包括支撑框架和MEMS装置。所述支撑框架还包括支撑晶片、结合材料、第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁和腔。所述结合材料具有高度H。所述第一侧壁通过所述结合材料附接到所述支撑晶片。所述第二侧壁通过所述结合材料在所述第一侧壁的对面附接到所述支撑晶片。所述第三侧壁通过所述结合材料与所述第一侧壁和所述第二侧壁相邻地附接到所述支撑晶片。所述第四侧壁在所述第三侧壁的对面且与所述第一侧壁和所述第二侧壁相邻。所述第四侧壁通过所述结合材料附接到所述支撑晶片。所述腔在所述支撑框架内，且由所述第一侧壁、所述第二侧壁、所述第三侧壁、所述第四侧壁、所述结合材料和所述支撑晶片形成。所述MEMS装置由所述支撑框架支撑且悬置在所述腔上方。所述MEMS装置还包括第一层、第二层、第一系留部分、第二系留部分和MEMS装置主体。底层连接到所述第一层。所述MEMS装置主体附接到所述第一系留部分和所述第二系留部分。所述MEMS装置主体还包括第一悬臂、第二悬臂和弹簧。所述第一悬臂附接到所述第一系留部分。所述第二悬臂附接到所述第二系留部分。所述弹簧与所述第一悬臂和所述第二悬臂可操作地连通。
附图说明
图1是以平面定向的在先技术MEMS悬臂的透视图。
图2是MEMS振动计的俯视图。
图3是沿着图2的线3-3所截取的MEMS振动计的横截面图。
图4是包括利用弹簧而连接的一对悬臂的MEMS装置的俯视图。
图5是沿着图4的线5-5所截取的MEMS装置的横截面图。
图6A是处于松弛状态的MEMS装置的透视图。
图6B是处于屈曲状态下的MEMS装置的透视图。
图7是MEMS装置的替代实施方案的俯视图，所述MEMS装置包括具有利用弹簧而连接的四个悬臂的系统。
具体实施方式
图1是以x-y-z坐标定向的在先技术MEMS悬臂10的透视图。MEMS悬臂10包括支撑结构14、悬臂16和检测质量22，悬臂16具有顶层18和底层20。
支撑结构14以电方式和机械方式连接到悬臂16的一端。悬臂16的顶层18由诸如氮化铝或锆钛酸铅(PZT)等压电材料制成。悬臂16的底层20由诸如硅等衬底材料制成。在悬臂16的与支撑结构14相对的端部处，悬臂16的底层20连接到检测质量22。支撑结构14基本上位于y-z平面内，且悬臂16基本上位于x-y平面内。
MEMS悬臂10通过测量响应于振动移动而在悬臂16的顶层18的压电材料中积聚的电荷来感测振动。检测质量22可具有不同的质量，以将MEMS悬臂10调谐成感测特定的振动共振频率。可选地或另外地，可根据底层20的刚度来调谐MEMS悬臂10的共振频率，底层20比顶层18更厚且更具刚性。在MEMS悬臂10在特定共振频率下感测到z方向上的振动力时，悬臂16将沿着z轴以两种方式扭曲。悬臂16的机械移动将使电荷在悬臂16的顶层18的压电材料中积聚。电荷将沿着顶层18传导。
MEMS悬臂10也对次共振频率模式做出响应。此类振动可在悬臂16中引起寄生感测。y方向上的力将在悬臂16中引起扭转运动。x方向上的力将诱发检测质量22的旋转力矩，且将引起z方向上的摇摆振荡。这种摇摆振荡将类似于主模式，但是响应于不同的共振频率的。这些次共振频率可非常接近主频率模式，并且干扰装置的操作。x方向、y方向和z方向上的过度移动可能造成悬臂断裂。
图2是MEMS振动计30的俯视图。图3是沿着图2的线3-3所截取的MEMS振动计30的横截面图。将一起论述图2和图3。MEMS振动计30包括MEMS装置32和支撑框架34。MEMS装置32包括顶层36、底层38、电子迹线39、第一系留部分40、第二系留部分42、MEMS装置主体44、第一边缘(margin)46、第一狭槽48、第二边缘50和第二狭槽52。支撑框架34包括第一侧壁54、第二侧壁56、第三侧壁58、第四侧壁60、结合材料62、支撑晶片64和腔66，结合材料62具有高度H。支撑框架34还包括第一附接位点68、第二附接位点70、第三附接位点72和第四附接位点74。图2至图3还示出第一电极75、第二电极76、第一连接导线77A和第二连接导线77B。图3还示出间隙空间GS。
附接MEMS装置32和支撑框架34以形成MEMS振动计30。MEMS装置32被制造为包括顶层36和底层38的单个件。顶层36是由如氮化铝或PZT等压电材料制成的第一层。底层38是由如表面经掺杂的硅等衬底材料制成的第二层。表面经掺杂的硅允许底层38传导在压电顶层36中产生的电荷。掺杂剂包括但不限于磷或硼。底层38比顶层36更具刚性且更厚。在顶层36与底层38之间有电子迹线39。MEMS装置32还包括在第二系留部分42对面的第一系留部分40。电子迹线39位于顶层36与底层38之间，并且延伸经过第一系留部分40和第二系留部分42。MEMS装置主体44在两侧附接到第一系留部分40和第二系留部分42。第一边缘46与MEMS装置主体44并排地伸展且附接到第一系留部分40和第二系留部分42。第一狭槽48位于装置主体44与第一边缘46之间。第一狭槽48延伸穿过顶层36和底层38。第二边缘50与MEMS装置主体44并排地并与第一边缘46相对地伸展，且附接到第一系留部分40和第二系留部分42。第二狭槽52位于MEMS装置主体44与第二边缘50之间。第二狭槽52延伸穿过MEMS装置32的顶层36和底层38。
支撑框架34被构造成使得第一侧壁54在第二侧壁56的对面。第三侧壁58附接到第一侧壁54和第二侧壁56。第四侧壁60在第三侧壁58的对面且附接到第一侧壁54和第二侧壁56。结合材料62沿着第一侧壁54的底部、第二侧壁56的底部、第三侧壁58的底部和第四侧壁60的底部延伸。结合材料62将第一侧壁54、第二侧壁56、第三侧壁58和第四侧壁60连接到支撑晶片64。腔66由MEMS装置32、第一侧壁54、第二侧壁56、第三侧壁58、第四侧壁60、结合材料62和支撑晶片64限定。第一附接位点68是第一侧壁54的顶部。第二附接位点70是第二侧壁56的顶部。第三附接位点72是第三侧壁58的顶部。第四附接位点74是第四侧壁60的顶部。第一附接位点68、第二附接位点70、第三附接位点72和第四附接位点74被构造成将MEMS装置32附接到支撑框架34。
MEMS装置32在四个地方以机械方式连接到支撑框架34。MEMS装置32的第一系留部分40和电子迹线39附接到第一侧壁54上的第一附接位点68。MEMS装置32的第二系留部分42和电子迹线39附接到第二侧壁56上的第二附接位点70。第一边缘46在第三附接位点72处附接到第三侧壁58。第二边缘50附接到第四侧壁60上的第四附接位点74。将MEMS装置32附接到支撑框架34会在MEMS振动计30内形成腔66。当MEMS装置32附接到支撑框架34时，腔66为MEMS装置32提供振动的空间。第一电极75在顶层36的压电材料处在第二系留位置42处附接到MEMS装置32。第一连接导线77A附接到第一电极75。第二电极76在电子迹线39处附接到MEMS装置32。第二连接导线77B连接到第二电极76。利用结合材料62将支撑框架34锚定到支撑晶片64会在MEMS装置32的底部与支撑晶片64之间形成间隙空间GS。间隙空间GS等于结合材料62的高度H。控制结合材料62的高度H会限制MEMS装置32的可能行进距离，并且减少装置断裂。
当MEMS振动计30经受振动力时，MEMS装置32振动。MEMS装置主体44中的机械运动会在顶层36的压电材料中产生电荷。顶层36的压电材料的顶侧积累的电荷与在顶层36的压电材料的底侧中积累的电荷的正负号相反。在顶层36的顶侧上积累的电荷由附接在第二系留部分42处的第一电极75捕获并且沿着第一连接导线77A传导。在顶层36的底侧上积累的电荷沿着底层38传导到电子迹线39、由第二电极76捕获并且沿着第二连接导线77B传导。第一系留部分40、第二系留部分42、第一边缘46和第二边缘50将MEMS装置32以机械方式附接到支撑框架34。当MEMS振动计30感测到振动时，第一狭槽48和第二狭槽52允许MEMS装置主体44自由移动。支撑框架34为MEMS装置32提供稳健的结构，并且允许MEMS振动计30安装在多种类型的表面上。经过改装，MEMS振动计30也可用作不同类型的传感器或致动器装置。
图4是包括利用枢转弹簧80而连接的第一悬臂78和第二悬臂82的MEMS装置32的俯视图。图5是沿着图4的线5-5所截取的MEMS装置32的横截面图。将一起论述图4和图5。MEMS装置32具有顶层36、底层38、第一系留部分40、第二系留部分42、MEMS装置主体44、第一边缘46、第一狭槽48、第二边缘50和第二狭槽52。MEMS装置主体44包括第一悬臂78、枢转弹簧80、第二悬臂82、迂回切口84、第一检测质量86和第二检测质量88。
MEMS装置32被制造为单个件。MEMS装置32的顶层36是由诸如氮化铝或PZT等压电材料制成的第一层。MEMS装置32的底层38是由诸如表面经掺杂的硅等衬底材料制成的第二层。底层38比顶层36更具刚性且更厚。MEMS装置32具有被定向在第二系留部分42对面的第一系留部分40。第一边缘46与MEMS装置主体44并排地伸展且在两端附接到第一系留部分40和第二系留部分42。第一狭槽48在MEMS装置主体44与第一边缘46之间。第一狭槽48延伸穿过顶层36和底层38。第二边缘50与MEMS装置主体44并排，且与第一边缘46相对。第二边缘50附接到MEMS装置32的第一系留部分40和第二系留部分42。第二狭槽52在MEMS装置主体44与第二边缘50之间。第二狭槽52延伸穿过顶层36和底层38。图4示出MEMS装置32被定向成使得第一边缘46大致平行于x轴，且第一系留部分40大致平行于y轴。图5示出MEMS装置32大致垂直于z轴。
MEMS装置主体44在相对侧与第一系留部分40和第二系留部分42连接。MEMS装置主体44包括第一悬臂78、枢转弹簧80和第二悬臂82。第一悬臂78在一侧连接到MEMS装置32的第一系留部分40，且在另一侧连接到枢转弹簧80。枢转弹簧80具有迂回切口84，迂回切口84延伸穿过MEMS装置32的顶层36和底层38。迂回切口84可具有多种图案，图4中示出了其中一种。迂回切口84连接到第一狭槽48和第二狭槽52。第二悬臂82在第一悬臂78的相对侧上连接到枢转弹簧80。第二悬臂82连接到MEMS装置32的与枢转弹簧80相对的第二系留部分42。枢转弹簧80与第一悬臂78和第二悬臂82可操作地连通。第一悬臂78与第二悬臂82并联电连接，其中第一悬臂78的底层38与第二悬臂82的底层38电连接，且第一悬臂78的顶层36与第二悬臂82的顶层36电连接。第一检测质量86附接到第一悬臂78的底层38的底部。第二检测质量88附接到第二悬臂82的底层38的底部。第一检测质量86和第二检测质量88不需要为额外质量，且可分别等于第一悬臂78的和第二悬臂82的质量。
MEMS装置32被调谐成根据第一检测质量86和第二检测质量88对特定共振频率做出响应。底层38也可根据底层38的刚度来调谐MEMS装置32的共振频率。当在z方向上感测到特定共振频率时，MEMS装置主体44在z方向上振动，其中第一悬臂78和第二悬臂82由于通过枢转弹簧80进行连接而同相移动。第一悬臂78和第二悬臂82的机械移动使电荷积聚在MEMS装置32的顶层36的压电材料中。顶层36的顶部收集正电荷或负电荷，且顶层36的底部收集正负号相反的电荷。第一狭槽48和第二狭槽52允许MEMS装置主体44独立于第一边缘46和第二边缘50移动。第一边缘46和第二边缘50可用作MEMS装置32的锚定点。
电连接的第一悬臂78和第二悬臂82的同相移动使得跨越MEMS装置32传输正负号相同的电流。第一悬臂78与第二悬臂82的对称的正负号特定的移动使得由MEMS装置32的顶层36产生的电荷相加并且增大MEMS装置32的信噪比。枢转弹簧80消除了MEMS装置主体44的拐点处的相反正负号的电积聚。
利用枢转弹簧80将第一悬臂78连接到第二悬臂82有助于减少由除主共振频率之外的振动引起的寄生感测。其一，第一悬臂78和第二悬臂82在z方向上的异相振荡将减小到小至可忽略不计的振幅和很高的与主共振频率不同的频率。由此类移动产生的电荷将被抵消，且净感测将为零。其二，利用枢转弹簧80连结第一悬臂78与第二悬臂82会消除由x方向上的力引起的摇摆移动所产生的寄生信号。所述运动将被枢转弹簧80限制至可忽略不计的振幅和很高的与主共振频率不同的频率。由第一悬臂78和第二悬臂82产生的电荷将具有相反的正负号，且净结果电信号将为零。其三，由y方向上的力引起的旋转移动受到限制，因为枢转弹簧80将使第一悬臂78和第二悬臂82同相扭转。同相扭转运动将在第一悬臂78和第二悬臂82中诱发对称的拉伸应力和压缩应力，所述拉伸应力与所述压缩应力将抵消。所得的净电荷将为零。
此外，以机械方式连结第一悬臂78与第二悬臂82有助于限制MEMS装置主体44在z方向上的移动，从而防止可能导致断裂的过度行进。迂回切口84限定枢转弹簧80中的刚度，且减小枢转弹簧80占据的尺寸。
图6A是处于松弛状态的MEMS装置32的透视图。图6B是处于屈曲状态下的MEMS装置32的透视图。将一起论述图6A和图6B。MEMS装置32包括顶层36、底层38、第一系留部分40、第二系留部分42、MEMS装置主体44、第一边缘46、第一狭槽48、第二边缘50和第二狭槽52。MEMS装置主体44包括第一悬臂78、枢转弹簧80、第二悬臂82、迂回切口84、第一检测质量86和第二检测质量88。
上面参考图4和图5论述了MEMS装置32。MEMS装置主体44在第一系留部分40、第二系留部分42、第一边缘46和第二边缘50之间。第一狭槽48在MEMS装置主体44与第一边缘46之间，从第一系留部分40伸展到第二系留部分42。第二狭槽52在第一边缘50与MEMS装置主体44之间，从第一系留部分40伸展到第二系留部分42。MEMS装置主体44包括第一悬臂78、枢转弹簧80和第二悬臂82。MEMS装置主体44分别通过第一悬臂78和第二悬臂82附接到MEMS装置32的第一系留部分40和第二系留部分42。枢转弹簧80在第一悬臂78与第二悬臂82之间。枢转弹簧80包括延伸穿过顶层36和底层38的迂回切口84。第一检测质量86附接到第一悬臂78的底层38的底部。第二检测质量88附接到第二悬臂82的底层38的底部。MEMS装置32位于x-y-z平面中，其中MEMS装置主体44在处于松弛状态时明显位于x-y平面中，第一边缘46沿着x轴伸展，且第一系留部分40沿着y轴伸展。
在z方向上发生振动时，MEMS装置主体44将在z方向上振动。图6B展示第一悬臂78和第二悬臂82在通过枢转弹簧80连接时如何响应于z方向上的力而一起弯曲。在相同方向上的这种弯曲在MEMS装置32的顶层36的压电材料中会引起机械应力。第一系留部分40、第二系留部分42、第一边缘46和第二边缘50均保持在原位，从而允许MEMS装置32在MEMS装置主体44振动时附接到稳定结构。第一狭槽48和第二狭槽52允许MEMS装置主体44相对于第一边缘46和第二边缘50自由振动。
利用枢转弹簧80连接第一悬臂78与第二悬臂82会使第一悬臂78和第二悬臂82同相移动。同相移动使得第一悬臂78与第二悬臂82中的电信号的正负号相同。在振动期间枢转弹簧80消除MEMS装置主体44的拐点处的相反电荷，且降低MEMS装置32中的信号损耗。连接第一悬臂78与第二悬臂82会限制MEMS装置32中的z方向移动且降低断裂的发生率。MEMS装置32允许限制沿着x轴的寄生摇摆振动的净电荷，因为来自第一悬臂78的拉伸运动将与第二悬臂82中的压缩运动抵消。此外，因为第一悬臂78和第二悬臂82对称地移动，因此降低了由y方向力引起的扭转运动。这种对称运动将在第一悬臂78和第二悬臂82中诱发相等的拉伸应力和压缩应力，因此由每一MEMS装置32产生的净电荷将为零。第一狭槽48和第二狭槽52允许MEMS装置主体44独立于第一边缘46和第二边缘50而移动。这允许MEMS装置32在MEMS装置主体44响应于振动而移动时被牢固地锚定。
图7是MEMS装置100的替代实施方案的俯视图，MEMS装置100包括连接第一悬臂108、第二悬臂110、第三悬臂112和第四悬臂114的枢转弹簧106。MEMS装置100包括顶层102、底层104、枢转弹簧106、第一悬臂108、第二悬臂110、第三悬臂112、第四悬臂114和迂回切口116。MEMS装置100还包括第一系留部分118、第二系留部分120、第三系留部分122、第四系留部分124、第一检测质量126、第二检测质量128、第三检测质量130、第四检测质量132、第一切口134、第二切口136、第三切口138和第三切口140。
MEMS装置100被制造为单个件。顶层102是由诸如氮化铝或PZT等压电材料制成的第一层。底层104是由诸如表面经掺杂的硅等衬底材料制成的第二层。底层104比顶层102更具刚性。枢转弹簧106位于MEMS装置100的中心处，且连接第一悬臂108、第二悬臂110、第三悬臂112和第四悬臂114。枢转弹簧106中的迂回切口116延伸穿过顶层102和底层104。
第一悬臂108、第二悬臂110、第三悬臂112和第四悬臂114与枢转弹簧106可操作地连通。第一悬臂108、第二悬臂110、第三悬臂112和第四悬臂114中的每一者均具有梯形形状。第一悬臂108在第二悬臂110的对面。第三悬臂112位于第一悬臂108与第二悬臂110之间。第四悬臂114在第三悬臂112的对面且位于第一悬臂108与第二悬臂110之间。第一悬臂108连接到第一系留部分118。第二悬臂110连接到第二系留部分120。第三悬臂112连接到第三系留部分122。第四悬臂114连接到第四系留部分124。MEMS装置100可通过以下方式附接到图2中所示的支撑框架34：第一系留部分118附接到第一附接位点68，第二系留部分120附接到第二附接位点70，第三系留部分122附接到第三附接位点72，且第四系留部分124附接到第四附接位点74。第一检测质量126连接到第一悬臂108的底层104的底部。第二检测质量128连接到第二悬臂110的底层104的底部。第三检测质量130连接到第三悬臂112的底层104的底部。第四检测质量132连接到第四悬臂114的底层104的底部。第一切口134在第一悬臂108与第四悬臂114之间。第二切口136在第二悬臂110与第三悬臂112之间。第三切口138在第三悬臂112与第一悬臂108之间。第四切口140在第四悬臂114与第二悬臂110之间。第一切口134、第二切口136、第三切口138和第四切口140延伸穿过顶层102和底层104。
当MEMS装置100感测到振动时，由于枢转弹簧106的原因，第一悬臂108、第二悬臂110、第三悬臂112和第四悬臂114一起移动。MEMS装置100的顶层102的压电材料由于机械移动而产生电荷。可调整第一检测质量126、第二检测质量128、第三检测质量130和第四检测质量132，以将MEMS装置100调谐成检测某一共振频率。也可根据底层104的刚度将MEMS装置100调谐到特定共振频率。第一切口134、第二切口136、第三切口138和第四切口140允许第一悬臂108、第二悬臂110、第三悬臂112和第四悬臂114独立地移动。
MEMS装置100的第一悬臂108、第二悬臂110、第三悬臂112和第四悬臂114的梯形形状使得顶层102上的压电弯曲面积最大化。梯形形状还使枢转弹簧106所占用的面积最小化。通过枢转弹簧106连结第一悬臂108、第二悬臂110、第三悬臂112和第四悬臂114使得MEMS装置100以同步的方式移动，从而允许跨越整个表面的电信号相加。此外，通过四悬臂系统使寄生振动模式感测最小化，因为枢转弹簧106迫使悬臂系统同相操作且减少次振动模式，如关于图4和图5所论述。枢转弹簧106限制MEMS装置100的移动且降低断裂的发生率。枢转弹簧106中的迂回切口116限定枢转弹簧106中的刚度且减小枢转弹簧106的尺寸。
对可能实施方案的论述
以下是对本发明的可能实施方案的非排他性说明。
一种MEMS装置，其包括第一层和连接到所述第一层的第二层。所述MEMS装置还包括第一系留部分和第二系留部分。所述MEMS装置还包括连接到所述第一系留部分和所述第二系留部分的MEMS装置主体。所述MEMS装置主体包括：第一悬臂，其附接到所述第一系留部分；第二悬臂，其附接到所述第二系留部分；以及弹簧，其与所述第一悬臂和所述第二悬臂可操作地连通。
另外地和/或可选地，前述段落的MEMS装置可视需要包括以下特征、构造和/或附加部件中的任何一者或多者：
其中所述MEMS装置被制造为单个件，所述第一层是压电材料，且所述第二层是衬底材料。
所述MEMS装置还包括：第一边缘，其与所述MEMS装置主体并排、附接到所述第一系留部分和所述第二系留部分两者；第一狭槽，其在所述第一边缘与所述MEMS装置主体之间；第二边缘，其与所述MEMS装置主体并排且与所述第一边缘相对，且附接到所述第一系留部分和所述第二系留部分两者；以及第二狭槽，其在所述第二边缘与所述MEMS装置主体之间。
所述MEMS装置还包括：第一检测质量，其连接到所述第一悬臂的所述第二层的底部；以及第二检测质量，其连接到所述第二悬臂的所述第二层的底部。
其中所述第一检测质量等于所述第一悬臂的第一质量，且所述第二检测质量等于所述第二悬臂的第二质量。
其中所述弹簧还包括延伸穿过所述弹簧的所述第一层和所述第二层的一组切口。
其中所述组切口被切割成迂回图案。
一种换能器，其包括支撑框架。所述支撑框架包括：支撑晶片；结合材料，其具有高度H；第一侧壁，其通过结合材料附接到所述支撑晶片；第二侧壁，其在所述第一侧壁的对面，且通过所述结合材料附接到所述支撑晶片；第三侧壁，其与所述第一侧壁和所述第二侧壁相邻，且通过所述结合材料附接到所述支撑晶片；第四侧壁，其在所述第三侧壁的对面并与所述第一侧壁和所述第二侧壁相邻，且通过所述结合材料附接到所述支撑晶片；以及腔，其形成在所述支撑框架中、由所述第一侧壁、所述第二侧壁、所述第三侧壁、所述第四侧壁和所述支撑晶片形成。所述换能器还包括MEMS装置，所述MEMS装置由所述支撑框架支撑且悬置在所述腔上方。所述MEMS装置还包括第一层、第二层、第一系留部分、第二系留部分和MEMS装置主体，所述第二层连接到所述第一层。所述MEMS装置主体连接到所述第一系留部分和所述第二系留部分。所述MEMS装置主体包括：第一悬臂，其附接到所述第一系留部分；第二悬臂，其附接到所述第二系留部分；以及弹簧，其与所述第一悬臂和所述第二悬臂可操作地连通。
另外地和/或可选地，前述段落的换能器可视需要包括以下特征、构造及/或附加部件中的任何一者或多者：
所述换能器还包括：第一附接位点，其在所述第一侧壁的顶部处，所述第一悬臂以机械方式附接到所述第一附接位点；第二附接位点，其在所述第二侧壁的顶部处，所述第二悬臂以机械方式附接到所述第二附接位点；第三附接位点，其在所述第三侧壁的顶部处；以及第四附接位点，其在所述第四侧壁的顶部处。
其中所述MEMS装置还包括：第一边缘，其与所述MEMS装置主体并排，其中所述第一边缘从所述第一系留部分延伸到所述第二系留部分，且其中所述第一边缘在所述第三附接位点处连接到所述第三侧壁；第一狭槽，其在所述第一边缘与所述MEMS装置主体之间；第二边缘，其与所述MEMS装置主体并排且与所述第一边缘相对，其中所述第二边缘从所述第一系留部分延伸到所述第二系留部分，且其中所述第二边缘在所述第四附接位点处连接到所述第四侧壁；以及第二狭槽，其在所述第二边缘与所述MEMS装置主体之间。
所述换能器还包括：第一检测质量，其连接到所述第一悬臂的所述第二层的底部；以及第二检测质量，其连接到所述第二悬臂的所述第二层的底部。
其中所述第一检测质量等于所述第一悬臂的第一质量，且所述第二检测质量等于所述第二悬臂的第二质量。
其中所述弹簧还包括延伸穿过所述弹簧的所述第一层和所述第二层的一组切口。
其中穿过所述弹簧的所述组切口被切割成迂回图案。
其中所述MEMS装置还包括：第三系留部分；第四系留部分；第三悬臂，其位于所述第一悬臂与所述第二悬臂之间，且附接到所述第三系留部分；以及第四悬臂，其与所述第三悬臂相对地位于所述第一悬臂与所述第二悬臂之间，且附接到所述第四系留部分，其中所述弹簧与所述第一悬臂、所述第二悬臂、所述第三悬臂和所述第四悬臂可操作地连通。
其中所述支撑框架还包括：第一附接位点，其在所述第一侧壁的顶部处，所述第一悬臂以机械方式和电方式附接在所述第一附接位点中；第二附接位点，其在所述第二侧壁的顶部处，所述第二悬臂以机械方式和电方式附接在所述第二附接位点中；第三附接位点，其在所述第三侧壁的顶部处，所述第三悬臂以机械方式和电方式附接在所述第三附接位点中；以及第四附接位点，其在所述第四侧壁的顶部处，所述第四悬臂以机械方式和电方式附接在所述第四附接位点中。
所述换能器还包括：第一检测质量，其附接到所述第一悬臂的所述第二层的底部；第二检测质量，其附接到所述第二悬臂的所述第二层的底部；第三检测质量，其附接到所述第三悬臂的所述第二层的底部；以及第四检测质量，其附接到所述第四悬臂的所述第二层的底部。
其中所述第一检测质量等于所述第一悬臂的第一质量，所述第二检测质量等于所述第二悬臂的第二质量，所述第三检测质量等于所述第三悬臂的第三质量，且所述第四检测质量等于所述第四悬臂的第四质量。
所述换能器还包括延伸穿过所述第一层和所述第二层的一组切口，其中第一切口在所述第一悬臂与所述第四悬臂之间，第二切口在所述第二悬臂与所述第三悬臂之间，第三切口在所述第三悬臂与所述第一悬臂之间，且第四切口在所述第四悬臂与所述第二悬臂之间。
虽然已参考示例性实施方案描述了本发明，但本领域技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可做出各种改变且可用等效物来代替所述示例性实施方案的要素。另外，在不背离本发明的本质范围的情况下，可做出许多修改来使特定情况或材料适应于本发明的教示。因此，本发明不意图限于所公开的特定实施方案，而是，本发明将包括落在所附权利要求书的范围内的所有实施方案。
Claims (20)
1.一种MEMS装置，其包括：
第一层；
第二层，其连接到所述第一层；
第一系留部分；
第二系留部分；以及
MEMS装置主体，其连接到所述第一系留部分和所述第二系留部分，所述MEMS装置主体包括：
第一悬臂，其附接到所述第一系留部分；
第二悬臂，其附接到所述第二系留部分；以及
弹簧，其与所述第一悬臂和所述第二悬臂可操作地连通。
2.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中所述MEMS装置被制造为单个件，所述第一层是压电材料且所述第二层是衬底材料。
3.根据权利要求1所述的MEMS装置，其还包括：
第一边缘，其与所述MEMS装置主体并排、附接到所述第一系留部分和所述第二系留部分两者；
第一狭槽，其在所述第一边缘与所述MEMS装置主体之间；
第二边缘，其与所述MEMS装置主体并排且与所述第一边缘相对，且附接到所述第一系留部分和所述第二系留部分两者；以及
第二狭槽，其在所述第二边缘与所述MEMS装置主体之间。
4.根据权利要求1所述的MEMS装置，其还包括：
第一检测质量，其连接到所述第一悬臂的所述第二层的底部；以及
第二检测质量，其连接到所述第二悬臂的所述第二层的底部。
5.根据权利要求4所述的MEMS装置，其中所述第一检测质量等于所述第一悬臂的第一质量，且所述第二检测质量等于所述第二悬臂的第二质量。
6.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中所述弹簧还包括：
一组切口，其延伸穿过所述弹簧的所述第一层和所述第二层。
7.根据权利要求6所述的MEMS装置，其中所述组切口被切割成迂回图案。
8.一种换能器，其包括：
支撑框架，其包括：
支撑晶片；
结合材料，其具有高度H；
第一侧壁，其通过所述结合材料附接到所述支撑晶片；
第二侧壁，其在所述第一侧壁的对面、通过所述结合材料附接到所述支撑晶片；
第三侧壁，其与所述第一侧壁和所述第二侧壁相邻，且通过所述结合材料附接到所述支撑晶片；
第四侧壁，其在所述第三侧壁的对面并与所述第一侧壁和所述第二侧壁相邻，且通过所述结合材料附接到所述支撑晶片；以及
腔，其形成在所述支撑框架中、由所述第一侧壁、所述第二侧壁、所述第三侧壁、所述第四侧壁和所述支撑晶片形成；以及
MEMS装置，其由所述支撑框架支撑且悬置在所述腔上方，
所述MEMS装置包括：
第一层；
第二层，其连接到所述第一层；
第一系留部分；
第二系留部分；以及
MEMS装置主体，其连接到所述第一系留部分和所述第二系留部分，所述MEMS装置主体包括：
第一悬臂，其附接到所述第一系留部分；
第二悬臂，其附接到所述第二系留部分；以及
弹簧，其与所述第一悬臂和所述第二悬臂可操作地连通。
9.根据权利要求8所述的换能器，其还包括：
所述支撑框架还包括：
第一附接位点，其在所述第一侧壁的顶部处，所述第一悬臂以机械方式附接到所述第一附接位点；
第二附接位点，其在所述第二侧壁的顶部处，所述第二悬臂以机械方式附接到所述第二附接位点；
第三附接位点，其在所述第三侧壁的顶部处；以及
第四附接位点，其在所述第四侧壁的顶部处。
10.根据权利要求9所述的换能器，其中所述MEMS装置还包括：
第一边缘，其与所述MEMS装置主体并排，其中所述第一边缘从所述第一系留部分延伸到所述第二系留部分，且其中所述第一边缘在所述第三附接位点处连接到所述第三侧壁；
第一狭槽，其在所述第一边缘与所述MEMS装置主体之间；
第二边缘，其与所述MEMS装置主体并排且与所述第一边缘相对，其中所述第二边缘从所述第一系留部分延伸到所述第二系留部分，且其中所述第二边缘在所述第四附接位点处连接到所述第四侧壁；以及
第二狭槽，其在所述第二边缘与所述MEMS装置主体之间。
11.根据权利要求8所述的换能器，其还包括：
第一检测质量，其连接到所述第一悬臂的所述第二层的底部；以及
第二检测质量，其连接到所述第二悬臂的所述第二层的底部。
12.根据权利要求11所述的换能器，其中所述第一检测质量等于所述第一悬臂的第一质量，且所述第二检测质量等于所述第二悬臂的第二质量。
13.根据权利要求8所述的换能器，其中所述弹簧还包括：
一组切口，其延伸穿过所述弹簧的所述第一层和所述第二层。
14.根据权利要求13所述的换能器，其中穿过所述弹簧的所述组切口被切割成迂回图案。
15.根据权利要求8所述的换能器，其还包括由所述第二层的所述底部和所述支撑晶片限定的间隙空间，其中所述间隙空间等于高度H。
16.根据权利要求8所述的换能器，其中所述MEMS装置还包括：
第三系留部分；
第四系留部分；
第三悬臂，其位于所述第一悬臂与所述第二悬臂之间，且附接到所述第三系留部分；以及
第四悬臂，其与所述第三悬臂相对地位于所述第一悬臂与所述第二悬臂之间，且附接到所述第四系留部分；
其中所述弹簧与所述第一悬臂、所述第二悬臂、所述第三悬臂和所述第四悬臂可操作地连通。
17.根据权利要求16所述的换能器，其中所述支撑框架还包括：
第一附接位点，其在所述第一侧壁的顶部处，所述第一悬臂以机械方式和电方式附接在所述第一附接位点中；
第二附接位点，其在所述第二侧壁的顶部处，所述第二悬臂以机械方式和电方式附接在所述第二附接位点中；
第三附接位点，其在所述第三侧壁的顶部处，所述第三悬臂以机械方式和电方式附接在所述第三附接位点中；以及
第四附接位点，其在所述第四侧壁的顶部处，所述第四悬臂以机械方式和电方式附接在所述第四附接位点中。
18.根据权利要求16所述的MEMS装置，其还包括：
第一检测质量，其附接到所述第一悬臂的所述第二层的底部；
第二检测质量，其附接到所述第二悬臂的所述第二层的底部；
第三检测质量，其附接到所述第三悬臂的所述第二层的底部；以及
第四检测质量，其附接到所述第四悬臂的所述第二层的底部。
19.根据权利要求18所述的换能器，其中所述第一检测质量等于所述第一悬臂的第一质量，所述第二检测质量等于所述第二悬臂的第二质量，所述第三检测质量等于所述第三悬臂的第三质量，且所述第四检测质量等于所述第四悬臂的第四质量。
20.根据权利要求16所述的MEMS装置，其还包括延伸穿过所述第一层和所述第二层的一组切口，其中第一切口在所述第一悬臂与所述第四悬臂之间，第二切口在所述第二悬臂与所述第三悬臂之间，第三切口在所述第三悬臂与所述第一悬臂之间，且第四切口在所述第四悬臂与所述第二悬臂之间。
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