CN211904158U - 基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测mems陀螺装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于微惯性导航仪器测量仪器仪表零部件的技术领域，具体涉及基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置。所述面内检测MEMS陀螺装置包括至少一个键合基板、至少一个微陀螺结构、至少一个磁阻基板、及隧道磁阻器件；隧道磁阻器件通过敏感到回折形通电线圈产生的正弦磁场变化，自身阻值发生剧烈改变，进而实现对微陀螺科氏力的检测。此装置整体结构设计合理紧凑，创新性的通过结合相反性能隧道磁阻元件、多路差分电压输出实现对微弱磁场变化高灵敏检测，整体结构设计合理、简单，能够有效的避免外磁干扰，且可以减小由于集成造成的误差。

Description

基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置

技术领域

本实用新型属于微惯性导航仪器测量仪器仪表零部件的技术领域，具体涉及基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置。

背景技术

微陀螺是用于测量角速率的传感器，是微惯性技术的核心器件之一，在现代工业控制、航空航天、国防军事、消费电子等领域发挥着重要作用。

目前，微机械陀螺常用的驱动方式有静电式、压电式、电磁式等。静电驱动优点是稳定性好，但其驱动幅值小，且易发生失稳效应；压电驱动优点是精度高、误差小，但其对陀螺结构设计要求高，不易加工制作；电磁驱动具有稳定性好、驱动幅值大等诸多优点。微机械陀螺常用的检测方式有压阻式、压电式、电容式、共振隧穿式、电子隧道效应式等。压阻效应检测，灵敏度较低，温度系数大，限制了检测精度的进一步提高；压电效应检测的灵敏度易漂移，需要经常校正，归零慢，不宜连续测试；电容检测采用梳齿结构，位移分辨率较高，电容结构适用于MEMS工艺加工，但随着进一步微型化，梳齿电压容易击穿，横向冲击时也会吸合失效，对梳齿的制造工艺精度要求极高，成品率较低，制约该方向的发展；共振隧穿效应的灵敏度较硅压阻效应高一个数量级，但测试得到的检测灵敏度较低，存在的问题是偏置电压容易因陀螺驱动而漂移，导致陀螺不能稳定工作；电子隧道效应检测，制造工艺极其复杂，检测电路也相对较难实现，成品率低，难以正常工作，不利于集成，特别是很难把隧道结隧尖和电极板之间的距离控制在纳米级，无法保障传感器正常工作。因此，急需开展新效应检测原理的MEMS陀螺研究。

隧道磁阻效应基于电子的自旋效应，具有“灵敏度高、微型化、容易检测”的优势，使申请人产生了将隧道磁阻效应应用于陀螺结构检测的动机，以解决角速度信号检测的难题，预期可将微机械陀螺的检测灵敏度与电容式陀螺相比提高一到两个数量级，但申请人在实际工作中发现隧道磁阻效应检测的微陀螺面临着无法提供稳定的检测磁场和无法合理组装集成等难题。为解决这两个难题，申请人针对所设计的微陀螺结构创造性的将一个四路隧道磁阻器件应用于微陀螺中，实现了隧道磁阻陀螺抗外界磁场干扰和合理组装，在该技术领域还未出现相关产品。

通过对本领域资料查新，查到四个在先申请的文件，分别为对比文件1“一种基于隧道磁阻效应的微机械陀螺”(申请号为 201510043522.4)，对比文件2“基于纳米膜量子隧穿效应的电磁驱动陀螺仪”(申请号为200910075586.7)，对比文件3“一种面内检测的高Q值隧道磁阻效应微机械陀螺”(申请号为201520822683.9)，对比文件4“电磁驱动式隧道磁阻面内检测微陀螺装置”(申请号： 2017106955556)。

针对对比文件1，采用的是静电驱动，隧道磁阻检测；静电驱动时，梳齿电压容易击穿，横向冲击时也会吸合失效，尤其是梳齿制造工艺精度要求极高，导致成品率较低。

针对对比文件2，采用的是电磁驱动，纳米膜隧穿效应检测，发现纳米膜隧穿器件制造工艺极其复杂，检测电路相对较难实现，成品率低，难以正常工作，不利于集成，特别是很难控制隧道结隧尖和电极板之间的距离在纳米级，无法保障传感器正常工作。

针对对比文件3，采用的是电磁驱动，隧道磁阻检测，但它梁结构为直梁式，本次采用梁结构为回折梁，相比之下，本次设计的梁结构不容易因加工产生损坏，可得到高的成品率，所设计的梁结构驱动和检测频率更容易匹配，在驱动和检测方向上容易得到较大的振动幅值，同时通过有效的设计梁的长宽比和间隙，得到最佳的陀螺性能。

针对对比文件4，与本次最大的不同点有两点。一是，对比文件 4中检测磁体为永磁体，隧道磁阻元件设置于微陀螺结构的检测质量块上表面，整个隧道磁阻陀螺由两部分组成，即键合基板和微陀螺结构，而本实用新型由键合基板、微陀螺结构、磁阻基板三部分组成，检测磁场采用回折形通电线圈磁场，设置于微陀螺结构上表面，满足了微陀螺结构驱动方向保持匀强磁场，检测方向有高变化率的要求，设计合理、可实现性强且易检测。二是，对比文件4中隧道磁阻器件采用两路隧道磁阻元件，且每一路中隧道磁阻元件性能一样，本实用新型专利采用四路隧道磁阻元件，每一路隧道磁阻元件包含一个正相关隧道磁阻元件和一个负相关隧道磁阻元件，可以有效避免外界磁场干扰，且能够减小集成误差。

基于以上问题本实用新型提出采用四路隧道磁阻检测的微陀螺装置，设计优势在于驱动时采用电磁驱动，可提供的驱动位移远大于静电力所提供的，检测时采用四路具有高灵敏特性的隧道磁阻元件实现对柯氏效应产生的微位移检测，且每路磁阻元件采用一个正相关隧道磁阻元件和一个负相关隧道磁阻元件，其产生磁场的装置为回折形通电线圈，通过改变输入回折形通电线圈的电流大小控制磁场的大小，为隧道磁阻元件提高所需的磁场大小。该装置整体结构合理简单，可实现性强，检测精度高，不受外界磁场干扰，集成度误差小。

实用新型内容

实用新型目的

本实用新型的目的就是针对背景技术的不足，设计基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置，通过在同一条桥路中采用两种相反性能的隧道磁阻元件，设计一种通过多路差分隧道磁阻元件实现对微弱磁场变化高灵敏检测的隧道磁阻面内检测MEMS陀螺，利用隧道磁阻元件对微弱磁场具有高灵敏特性，进而实现微陀螺的微弱柯氏力检测，可将微陀螺的检测精度提高一至两个数量级，整体结构设计合理，工艺制造简单，可实现性强且容易检测，同时可以减小由于集成造成的误差，能够有效的避免外磁干扰。

技术方案

本实用新型具体方案如下：

基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置，所述面内检测MEMS陀螺装置包括至少一个键合基板、至少一个微陀螺结构、至少一个磁阻基板、及隧道磁阻器件；

所述键合基板内四周侧设置有凹槽，所述凹槽内壁两周侧对应位置分别设置用于提供磁场的第一驱动磁体、及第二驱动磁体，在所述键合基板的中心位置设置所述微陀螺结构，所述微陀螺结构具有提供稳幅振荡的回折形通电线圈，在所述微陀螺结构上方中心设置所述磁阻基板，在所述磁阻基板上设置采用四路桥路实现差分电压输出的隧道磁阻器件。

进一步地，所述隧道磁阻器件包括正相关隧道磁阻元件、负相关隧道磁阻元件、电源正极引脚、电源负极引脚、差分电压输出引脚，所述电源正极引脚、电源负极引脚与外部电源连接；

所述正相关隧道磁阻元件、负相关隧道磁阻元件、电源正极引脚、电源负极引脚、差分电压输出引脚构成四路的桥路差分电路，并通过差分电压输出引脚将检测信号输出。

进一步地，每一路桥路包含一个正相关隧道磁阻元件和一个负相关隧道磁阻元件，且每一路桥路中的正相关隧道磁阻元件、负相关隧道磁阻元件位于回折形通电线圈相邻的两根导线之间。

进一步地，所述微陀螺结构包括至少一个支撑框架、至少一个驱动质量块、至一个检测质量块；

所述支撑框架为一个用于支撑驱动质量块、检测质量块的框架体结构，并所述支撑框架的框体空间内部设置所述微陀螺结构，在所述支撑框架内设置所述驱动质量块、检测质量块，在所述支撑框架上沉积有驱动电极、驱动反馈电极、回折形通电线圈电极。

进一步地，所述驱动质量块通过驱动组合梁与所述支撑框架连接；

所述检测质量块通过检测组合梁与所述驱动质量块连接。

进一步地，所述驱动质量块四个边角处分别设置有驱动组合梁，所述驱动组合梁包括第一驱动梁、第二驱动梁、驱动梁连接块；

所述第一驱动梁、第二驱动梁为梁的长度大于宽度的细长梁结构，所述第一驱动梁、第二驱动梁分别位于驱动梁连接块两侧并相互平行，连接驱动质量块和驱动梁连接块，驱动梁连接块整体为“T”形结构，连接所述第一驱动梁、第二驱动梁、及支撑框架。

进一步地，所述检测质量块四周边角处设置有检测组合梁，所述检测组合梁与驱动质量块连接，所述检测组合梁包括第一检测梁、第二检测梁和检测梁连接块；

所述第一检测梁、第二检测梁为梁的长度大于宽度的细长梁结构，所述第一检测梁、第二检测梁分别设置于检测梁连接块两侧并相互平行，并连接检测质量块和检测梁连接块；

所述检测梁连接块整体为“T”形结构，连接所述第一检测梁、第二检测梁、及驱动质量块。

进一步地，所述回折形通电线圈对应所述检测质量块的位置形成连续回形结构的弯折体，并所述回折形通电线圈通过回折形通电线圈电极与支撑框架连接。

进一步地，所述第一驱动磁体、及第二驱动磁体包括钕铁硼永磁体。

进一步地，所述隧道磁阻元件为纳米多层膜结构，在半导体材料衬底层上自上而下依次排布为顶电极层、磁性自由层、绝缘层、磁性钉扎层、底电极层。

有益效果

本实用新型有益效果在于不仅解决了现有微机械陀螺驱动能力弱，微弱柯氏力难以检测的问题，而且为隧道磁阻陀螺实际测试过程中面临着不确定的外界磁场干扰和无法实现高精度集成等难题提供了一种解决思路。本次设计了基于四路隧道磁阻元件的面内检测MEMS 陀螺装置，首先所设计的微陀螺结构为面内检测，相比于离面检测的微陀螺具有阻尼效应小、精度高等优势；其次本实用新型微机械陀螺采用的驱动方式为电磁驱动，可提供的驱动振幅远远大于静电驱动所提供的，目的是使微陀螺在柯氏效应下产生较大的柯氏力，进而在检测方向上产生大幅值稳幅振荡，同时采用具有高灵敏特性的隧道磁阻效应进行检测，提高微陀螺检测精度；最后，本实用新型根据隧道磁阻微陀螺实际面临的问题，创造性的将四路隧道磁阻器件应用在了微陀螺中，可有效避免外界磁场干扰，同时减小集成误差，当隧道磁阻元件敏感到的磁场发生变化，在微弱的磁场变化下隧道磁阻元件的阻值会发生剧烈变化，可将微陀螺的检测精度提高一至两个数量级。本实用新型基于四路隧道磁阻元件检测微陀螺整体结构设计合理，工艺制造简单，可实现性强、接口电路简单且容易检测，可解决角速率信号检测的难题。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图

图2为本实用新型实施例的整体结构俯视图

图3为本实用新型实施例的整体结构侧视图

图4为本实用新型实施例的键合基板结构图

图5为本实用新型实施例的键合基板俯视图

图6为本实用新型实施例的磁阻基板结构图

图7为本实用新型实施例的磁阻基板俯视图

图8为本实用新型实施例的微陀螺结构示意图；

图9为本实用新型实施例的微陀螺结构俯视图；

图10为本实用新型实施例的微陀螺敏感质量块示意图；

图11为本实用新型实施例的微陀螺敏感质量块俯视图；

图12为本实用新型实施例的微陀螺驱动质量块结构图；

图13为本实用新型实施例的微陀螺驱动质量块俯视图；

图14为本实用新型实施例的微陀螺驱动组合梁示意图；

图15为本实用新型实施例的微陀螺驱动组合梁俯视图；

图16为本实用新型实施例的微陀螺检测质量块结构图；

图17为本实用新型实施例的微陀螺检测质量块俯视图；

图18为本实用新型实施例的微陀螺检测组合梁示意图；

图19为本实用新型实施例的微陀螺检测组合梁俯视图；

图20为本实用新型实施例的微陀螺电极和导线示意图；

图21为本实用新型实施例的微陀螺电极和导线俯视图。

图22为本实用新型实施例的检测磁场与隧道磁阻元件位置结构图

图23为本实用新型实施例的检测磁场与隧道磁阻元件位置前视图

图24为本实用新型实施例的隧道磁阻元件纳米多层膜结构

图中所示，附图标记清单如下：

1-键合基板；2-微陀螺结构；3-磁阻基板；4-第一驱动磁体；5- 第二驱动磁；6-支撑框架；7-驱动质量块；8-第一驱动组合梁；9- 第二驱动组合梁；10-第三驱动组合梁；11-第四驱动组合梁；12-第一驱动梁；13-第二驱动梁；14-驱动梁连接块；15-检测质量块；16-第一检测组合梁；17-第二检测组合梁；18-第三检测组合梁；19-第四检测组合梁；20-第一检测梁；21-第二检测梁；22-检测梁连接块； 23-隧道磁阻器件；24-正相关第一隧道磁阻元件；25-正相关第二隧道磁阻元件；26-正相关第三隧道磁阻元件；27-正相关第四隧道磁阻元件；28-负相关第一隧道磁阻元件；29-负相关第二隧道磁阻元件； 30-负相关第三隧道磁阻元件；31-负相关第四隧道磁阻元件；32-驱动导线；33-驱动反馈导线；34-驱动电极；35-驱动反馈电极；36- 回折形通电线圈；37-回折形通电线圈电极；38-电源正极引脚；39- 电源负极引脚；40-第一差分电压输出引脚；41-第二差分电压输出引脚；42-第三差分电压输出引脚；43-第四差分电压输出引脚；44-凹槽；45-衬底层；46-底电极层；47-磁性钉扎层；48-绝缘层；49-磁性自由层；50-顶电极层；

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。另外，本实用新型实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1、2、3所示，为本实用新型实施例的整体结构示意图，所述面内检测MEMS陀螺装置由键合基板1、微陀螺结构2、磁阻基板3 三者集成。在键合基板1的上部设置凹槽44，在凹槽44的左、右部对称设置第一驱动磁体4、第二驱动磁体5，并粘结固牢。在键合基板1上方中心位置设置微陀螺结构2，微陀螺结构2采用硅片通过 MEMS工艺进行加工制作而成。磁阻基板3设置在微陀螺结构2上方中心位置，磁阻基板3中心位置设置有隧道磁阻器件23，具体为，所述磁阻基板3设置有八个隧道磁阻元件24、25、26、27、28、29、 30、31和六个引脚38、39、40、41、42、43，且隧道磁阻元件包含正相关和负相关两类隧道磁阻元件，引脚包含电源电极和差分电压输出引脚，用于提供输入电压及引出检测信号。

图4、5所示，为键合基板结构图，键合基板1整体结构为方形，可选用硅、陶瓷、玻璃等材料加工制作，中间经工艺加工刻蚀有一方形凹槽44，凹槽44上左右两侧对称设置第一驱动磁体4、第二驱动磁体5，两者大小尺寸一致，整体结构为长方体，其长宽大于厚度和宽度，可由钕铁硼永磁体制作而成，为微陀螺提供驱动磁场。

图6、7所示，为磁阻基板结构图，磁阻基板3中心位置设置有隧道磁阻器件23，隧道磁阻器件23设置有两类隧道磁阻元件，包括正相关隧道磁阻元件24、25、26、27，负相关隧道磁阻元件28、29、 30、31，以及电源正极引脚38、电源负极引脚39、第一差分电压输出引脚40、第二差分电压输出引脚41、第三差分电压输出引脚42、第四差分电压输出引脚43，当磁阻器件通入电源时，隧道磁阻元件敏感到的外界磁场发生了变化，从而阻值会产生剧烈改变，通过内部四路桥路从差分电压输出引脚40、41、42、43将检测到的信号输出。

图8、9所示，为微陀螺结构图，微陀螺结构包含支撑框架6、驱动质量块7、检测质量块15三部分，以及上方表面设置的驱动导线32、驱动反馈导线33、驱动电极34、驱动反馈电极35、回折形通电线圈36。微陀螺结构采用MEMS硅加工工艺制作而成，导线可采用磁控溅射工艺、蒸发工艺、电镀工艺进行制作，材料可选用铜、金、银、铝等金属。支撑框架6设置在微陀螺结构最外围，用于支撑驱动质量块7和检测质量块15。

图10、11所示，为微陀螺敏感质量块结构图，微陀螺敏感质量块由驱动质量块7、检测质量块15组成，驱动质量块7四周角落分别设置有第一驱动组合梁8、第二驱动组合梁9、第三驱动组合梁10、第四驱动组合梁11，所述驱动组合梁连接支撑框架6与驱动质量块7，检测质量块15四周边角处设置有第一检测组合梁16、第二检测组合梁17、第三检测组合梁18、第四检测组合梁19，所述检测组合梁连接驱动质量块7和检测质量块15。

图12、13、14、15所示，为微陀螺驱动质量块结构图和驱动组合梁示意图，驱动质量块包括第一驱动组合梁8、第二驱动组合梁9、第三驱动组合梁10、第四驱动组合梁11，所述四个驱动组合梁结构尺寸完全相同，由第一驱动梁12、第二驱动梁13、驱动梁连接块14 组成，所述第一驱动梁12、第二驱动梁13结构尺寸完全相同，为细长梁结构，即梁的长度远大于它的宽度，且第一驱动梁12、第二驱动梁13分别位于驱动梁连接块14两侧并相互平行，用于连接驱动质量块7和驱动梁连接块14，驱动梁连接块14呈“T”形，厚度与各驱动组合梁和驱动质量块7的厚度一致，用于连接支撑框架6和驱动组合梁。在第一驱动组合梁8、第二驱动组合梁9、第三驱动组合梁 10、第四驱动组合梁11下方设置第一驱动磁体4、第二驱动磁体5。

图16、17、18、19所示，为微陀螺检测质量块结构图和检测组合梁示意图，检测质量块包括第一检测组合梁16、第二检测组合梁 17、第三检测组合梁18、第四检测组合梁19，所述四个检测组合梁结构尺寸完全相同，由第一检测梁20、第二检测梁21、检测梁连接块22组成，所述第一检测梁20、第二检测梁21结构尺寸完全相同，整体为细长梁结构，即梁的长度远大于它的宽度，且第一检测梁20、第二检测梁21分别设置于检测梁连接块22两侧并相互平行，用于连接检测质量块15和检测梁连接块22，检测梁连接块22呈“T”形，厚度与各检测组合梁和检测质量块15的厚度一致，用于连接驱动质量块7和检测质量块15。在检测质量块15上方中心位置设置有回折形通电线圈36。

如图20、21所示，为微陀螺电极和导线示意图，金属导线主要包括驱动导线32、驱动反馈导线33、回折形通电线圈36。驱动导线 32上下两侧连接驱动电极34，当给驱动电极34通入电流时，驱动导线32在磁场的作用下会产生安培力，为微陀螺提供驱动力。驱动反馈导线33上下两侧连接驱动反馈电极35，当微陀螺沿驱动方向(X 轴)往复运动时，驱动反馈导线33会切割磁场线，自身会产生电流，通过检测驱动反馈电极35的电流大小对微陀螺驱动实现稳幅控制。当给回折形通电线圈电极37通入一定电流时，回折形通电线圈36在微陀螺驱动方向可产生恒定的磁场，在微陀螺检测方向可产生正弦变化的磁场，并可以通过改变输入蛇形通电线圈36的电流大小控制磁场的大小。

图22、23所示，为检测磁场与隧道磁阻元件位置图，在检测质量块15上方中心位置设置回折形通电线圈36，回折形通电线圈36 可采用磁控溅射工艺、蒸发工艺、电镀工艺进行制作，材料可选用铜、金、银、铝等金属。回折形通电线圈36与磁阻基板3中心位置的隧道磁阻器件23相对应。隧道磁阻器件23设置有两类隧道磁阻元件，包括正相关隧道磁阻元件24、25、26、27，负相关隧道磁阻元件28、 29、30、31，每一路桥路包含一个正相关隧道磁阻元件和一个负相关隧道磁阻元件，且每一路桥路中的隧道磁阻元件具体位于回折形通电线圈相邻两根导线之间。

图24所示，为隧道磁阻元件纳米多层膜结构，在半导体材料衬底层45上自上而下依次排布为顶电极层50、磁性自由层49、绝缘层 48、磁性钉扎层47、底电极层46，当外界磁场发生变化时，正相关第一隧道磁阻元件24、正相关第二隧道磁阻元件25、正相关第三隧道磁阻元件26、正相关第四隧道磁阻元件27、负相关第一隧道磁阻元件28、负相关第二隧道磁阻元件29、负相关第三隧道磁阻元件30、负相关第四隧道磁阻元件31的中隧穿电流发生改变，表现出剧烈阻值变化，通过顶电极层50和底电极层46将检测信号输出。

实用新型原理：

本实用新型的微陀螺结构2设置在键合基板1上方，由第一驱动磁体4、第二驱动磁体5产生的匀强磁场中，在驱动导线上32加载交变驱动电流，产生交变洛伦兹力，驱动质量块7在该驱动力的作用下沿驱动方向(X轴)往复振动，当有Z轴方向的角速率输入时，检测质量块15在柯氏力的作用下沿检测方向(Y轴)运动，检测质量块15带动回折形通电线圈36相对于磁阻基板3上固定的隧道磁阻器件23中每一个桥路做稳幅振荡，当隧道磁阻元件敏感到的磁场发生变化时，其自身的阻值发生剧烈变化，通过测量阻值变化能够实现对角速率的检测。本实用新型采用四桥路隧道磁阻元件组成隧道磁阻器件23，且每一桥路包含正相关隧道磁阻元件和负相关隧道磁阻元件，可以有效抑制外磁干扰，采用四路桥路隧道磁阻元件可以避免集成误差。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置，其特征在于，所述面内检测MEMS陀螺装置包括至少一个键合基板、至少一个微陀螺结构、至少一个磁阻基板、及隧道磁阻器件；

所述键合基板内四周侧设置有凹槽，所述凹槽内壁两周侧对应位置分别设置用于提供磁场的第一驱动磁体、及第二驱动磁体，在所述键合基板的中心位置设置所述微陀螺结构，所述微陀螺结构具有提供稳幅振荡的回折形通电线圈，在所述微陀螺结构上方中心设置所述磁阻基板，在所述磁阻基板上设置采用四路桥路实现差分电压输出的隧道磁阻器件。

2.根据权利要求1所述基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置，其特征在于，所述隧道磁阻器件包括正相关隧道磁阻元件、负相关隧道磁阻元件、电源正极引脚、电源负极引脚、差分电压输出引脚，所述电源正极引脚、电源负极引脚与外部电源连接；

所述正相关隧道磁阻元件、负相关隧道磁阻元件、电源正极引脚、电源负极引脚、差分电压输出引脚构成四路的桥路差分电路，并通过差分电压输出引脚将检测信号输出。

3.根据权利要求2所述基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置，其特征在于，每一路桥路包含一个正相关隧道磁阻元件和一个负相关隧道磁阻元件，且每一路桥路中的正相关隧道磁阻元件、负相关隧道磁阻元件位于回折形通电线圈相邻的两根导线之间。

4.根据权利要求1所述基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置，其特征在于，所述微陀螺结构包括至少一个支撑框架、至少一个驱动质量块、至一个检测质量块；

所述支撑框架为一个用于支撑驱动质量块、检测质量块的框架体结构，并所述支撑框架的框体空间内部设置所述微陀螺结构，在所述支撑框架内设置所述驱动质量块、检测质量块，在所述支撑框架上沉积有驱动电极、驱动反馈电极、回折形通电线圈电极。

5.根据权利要求4所述基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置，其特征在于，所述驱动质量块通过驱动组合梁与所述支撑框架连接；

所述检测质量块通过检测组合梁与所述驱动质量块连接。

6.根据权利要求5所述基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置，其特征在于，所述驱动质量块四个边角处分别设置有驱动组合梁，所述驱动组合梁包括第一驱动梁、第二驱动梁、驱动梁连接块；

所述第一驱动梁、第二驱动梁为梁的长度大于宽度的细长梁结构，所述第一驱动梁、第二驱动梁分别位于驱动梁连接块两侧并相互平行，连接驱动质量块和驱动梁连接块，驱动梁连接块整体为“T”形结构，连接所述第一驱动梁、第二驱动梁、及支撑框架。

7.根据权利要求5所述基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置，其特征在于，所述检测质量块四周边角处设置有检测组合梁，所述检测组合梁与驱动质量块连接，所述检测组合梁包括第一检测梁、第二检测梁和检测梁连接块；

所述第一检测梁、第二检测梁为梁的长度大于宽度的细长梁结构，所述第一检测梁、第二检测梁分别设置于检测梁连接块两侧并相互平行，并连接检测质量块和检测梁连接块；

所述检测梁连接块整体为“T”形结构，连接所述第一检测梁、第二检测梁、及驱动质量块。

8.根据权利要求4所述基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置，其特征在于，所述回折形通电线圈对应所述检测质量块的位置形成连续回形结构的弯折体，并所述回折形通电线圈通过回折形通电线圈电极与支撑框架连接。

9.根据权利要求1所述基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置，其特征在于，所述第一驱动磁体、及第二驱动磁体包括钕铁硼永磁体。

10.根据权利要求1所述基于四桥路隧道磁阻元件的面内检测MEMS陀螺装置，其特征在于，所述隧道磁阻元件为纳米多层膜结构，在半导体材料衬底层上自上而下依次排布为顶电极层、磁性自由层、绝缘层、磁性钉扎层、底电极层。

Images