CN213090781U - 一种mems陀螺仪及电子产品 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种MEMS陀螺仪及电子产品，MEMS陀螺仪包括基底；固定件，与基底固定连接；环形件，套设于固定件外侧并与固定件连接，且悬置于基底上，环形件在径向上的截面呈波浪形且在基底上的投影呈圆环形；电极组件，与基底固定连接，用于与环形件形成电容，以驱动环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测环形件沿与第一方向呈45°或135°夹角的第三方向的振动位移，一方面利用圆环形陀螺仪几何结构高度对称的特征，提高陀螺仪的灵敏度，另一方面波浪形环形件，降低变形难度，提高陀螺仪的品质因数，且相比于现有技术中的半球形陀螺仪，具有更高的空间利用率，在轴向上波浪形的环形件具有更小的刻蚀深度，降低了工艺难度。

Description

一种MEMS陀螺仪及电子产品

技术领域

本实用新型涉及陀螺仪技术领域，特别是涉及一种MEMS陀螺仪及电子产品。

背景技术

微机械陀螺仪，即MEMS(Micro Electro Mechanical systems)陀螺仪，是一种典型的角速度微传感器，由于其尺寸小、功耗低和加工方便等优势在消费电子市场有着非常广泛的应用。近年来随着MEMS陀螺仪性能的逐步提升，广泛应用于汽车、工业、虚拟现实等领域。

半球形陀螺仪的几何结构高度对称，陀螺仪的驱/检模态完全相同，灵敏度高，且结构简单，逐步成为实用较为广泛的高性能陀螺仪。但是，半球形陀螺仪的空间利用率较低，且在轴向上的刻蚀深度较大，工艺难度较高。

因而，有必要提供一种新的MEMS陀螺仪以解决上述的问题。

实用新型内容

本实用新型主要是提供一种MEMS陀螺仪及电子产品，能够提高陀螺仪的品质因数，降低工艺难度。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种MEMS陀螺仪，所述MEMS陀螺仪包括：基底；固定件，与所述基底固定连接；环形件，套设于所述固定件外侧并与所述固定件连接，且悬置于所述基底上，所述环形件在径向上的截面呈波浪形且在所述基底上的投影呈圆环形；电极组件，与所述基底固定连接，用于与所述环形件形成电容，以驱动所述环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测所述环形件沿与所述第一方向呈45°或135°夹角的第三方向的振动位移。

在一具体实施方式中，所述电极组件包括至少一个驱动电极和至少一个检测电极，所述驱动电极和所述检测电极分别与所述环形件形成电容，所述驱动电极和所述检测电极的夹角为45°或135°；所述驱动电极驱动所述环形件沿所述第一方向和所述第二方向振动，所述检测电极检测所述环形件沿所述第三方向的振动位移。

在一具体实施方式中所述环形件包括远离所述基底的上表面、与所述上表面相对的下表面以及连接所述上表面和所述下表面且远离所述固定件一侧的侧表面，所述电极组件与所述上表面、所述下表面、所述侧表面中的至少一个相对设置形成电容。

在一具体实施方式中，所述环形件包括至少两个依次连接的波谷结构和连接相邻两所述波谷结构的波峰，所述波谷结构包括自所述固定件朝靠近所述基底倾斜延伸的第一波臂、自所述第一波臂朝远离所述固定件且平行于所述基底延伸的波谷以及自所述波谷朝远离所述基底倾斜延伸的第二波臂，相邻的所述第一波臂和所述第二波臂通过所述波峰连接，所述波峰与所述基底平行且所述波峰到所述基底的垂直距离大于所述波谷到所述基底的垂直距离。

在一具体实施方式中，所述电极组件包括多个平行等距间隔排列且与所述侧表面相对设置的第一电极、多个平行等距间隔排列且与所述上表面相对设置的第二电极以及多个平行等距间隔排列且与所述下表面相对设置的第三电极；所述第二电极和所述第三电极相对于所述环形件对称分布，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极为所述驱动电极和/或所述检测电极。

在一具体实施方式中，多个所述第二电极分别与所述第一波臂的上表面和所述第二波臂的上表面相对设置，多个所述第三电极分别与所述第一波臂的下表面和所述第二波臂的下表面相对设置。

在一具体实施方式中，多个所述第二电极与所述波谷结构的上表面相对设置，多个所述第三电极与所述波谷结构的下表面相对设置。

在一具体实施方式中，所述环形件的材质为半导体材质。

在一具体实施方式中，所述电极组件还包括用于调频或消除正交误差的功能电极，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极为所述驱动电极和/或所述检测电极和/或所述功能电极。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种电子产品，所述电子产品包括上述的MEMS陀螺仪。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型提供的MEMS陀螺仪包括基底；固定件，与基底固定连接；环形件，套设于固定件外侧并与固定件连接，且悬置于基底上，环形件在径向上的截面呈波浪形且在基底上的投影呈圆环形；电极组件，与基底固定连接，用于与环形件形成电容，以驱动环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测环形件沿与第一方向呈45°或135°夹角的第三方向的振动位移，一方面利用圆环形陀螺仪几何结构高度对称的特征，提高陀螺仪的灵敏度，另一方面波浪形环形件，降低变形难度，提高陀螺仪的品质因数，且相比于现有技术中的半球形陀螺仪，具有更高的空间利用率，在轴向上波浪形的环形件具有更小的刻蚀深度，降低了工艺难度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1是本实用新型提供的MEMS陀螺仪的结构示意图。

图2是图1中所示的MEMS陀螺仪去除基底的一实施方式的立体结构示意图；

图3是图2所示立体结构的正面示意图；

图4是图2所示结构沿A-A线的剖视图；

图5是图1中所示的MEMS陀螺仪去除基底的另一实施方式的立体结构示意图；

图6是图5所示结构沿B-B线的剖视图；

图7是图1中MEMS陀螺仪10的驱动模态仿真示意图；

图8是图1中MEMS陀螺仪10的检测模态仿真示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

请一并参阅图1至图4，本实施方式中的MEMS陀螺仪1包括基底10、固定件11、环形件12及电极组件13。

其中，基底10用于提供固定支撑，固定件11与基底10固定连接，该固定件11的外轮廓可以是圆形或正多角星形，本实施方式图示中以圆形为例。基底10与固定件11通过胶粘固定连接，或，两者一体成型。

可选地，固定件11的材质为半导体材质，比如单晶硅或多晶硅。

环形件12套设于固定件11外侧并于固定件11连接，且悬置于基底10上。

可选地，环形件12与固定件11一体成型。

其中，环形件12在径向上的截面呈波浪形且在基底10上的投影呈圆环形，也即在本实施方式中，环形件12为圆形环形件且在远离固定件11的方向上的截面呈波浪形。

具体的，环形件12包括至少两个依次连接的波谷结构121及连接相邻两波谷结构121的波峰122，波谷结构121包括自固定件11朝靠近基底10倾斜延伸的第一波臂1211、自第一波臂1211朝远离固定件11且平行于基底10延伸的波谷1212以及自波谷1212朝远离基底10倾斜延伸的第二波臂1213，相邻的第一波臂1211和第二波臂1213通过波峰122连接，波峰122与基底10平行且波峰122到基底10的垂直距离大于波谷1212到基底10的垂直距离。

进一步的，环形件12包括远离基底10的上表面12a、与上表面12a相对的下表面12b及连接上表面12a和下表面12b且远离固定件11一侧的侧表面12c。

进一步的，在本实施方式中，环形件12的材质为半导体材质，该半导体材质可以为单晶硅、多晶硅或压电材料，当然也可以是其他材质，在此不做限制。

电极组件13与基底10固定连接，用于与环形件12形成电容，以驱动环形件12沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测环形件12沿与第一方向呈45°或135°夹角的第三方向的振动位移。

在本实施方式中，以如图3所示X轴方向为第一方向、Y轴方向为第二方向为例进行说明，但不局限于第一方向仅为X轴方向、第二方向仅为Y轴方向。

其中，电极组件13包括至少一个驱动电极131及至少一个检测电极132，驱动电极131和检测电极132分别与环形件12形成电容，驱动电极131和检测电极132的夹角为45°或135°，工作时，在驱动电极131上施以交流电，从而使得驱动电极131驱动环形件12沿第一方向X和第二方向Y振动，检测电极132检测环形件12沿第三方向的振动位移。

共同参阅图4及图5，电极组件13与环形件12的上表面12a、下表面12b及侧表面12c中的至少一个相对设置形成电容。

具体的，电极组件13包括多个平行等距间隔排列且与侧表面12c相对设置的第一电极13a、多个平行等距间隔排列且与上表面12a相对设置的第二电极13b以及多个平行等距间隔排列且与下表面12b相对设置的第三电极13c，第二电极13b与第三电极13c相对于环形件12对称分布，第一电极13a、第二电极13b及第三电极13c为驱动电极131和/或检测电极132。

其中，在如图2-4所示的一实施方式中，多个第二电极13b分别与第一波臂1211的上表面12a和第二波臂1213的上表面12a相对设置，多个第三电极13c分别与第一波臂1211的下表面12b和第二波臂1213的下表面12b相对设置；在如图5-6所示的另一实施方式中，多个第二电极13b与波谷结构121的上表面12a相对设置，多个第三电极13c与波谷结构121的下表面12b相对设置。

可以理解的，在其他实施例中，电极组件13还可以有排布方式，并不局限于此，通过这种多表面排布电极组件13的方式，能够有效提高检测电容，进而提高MEMS陀螺仪1的灵敏度。

共同参阅图7及图8，图7是图1中MEMS陀螺仪1的驱动模态仿真示意图，图8是图1中MEMS陀螺仪1的检测模态仿真示意图，，陀螺仪1一般应用于电子产品，在使用时，电子产品没有转动的情况下，环形件12在驱动电极131产生的驱动力的驱动下沿第一方向X及第二方向Y振动，形成如图7所示的振动模态S1。

当电子产品发生转动时，根据哥氏原理，电子产品转动的角速度产生沿第三方向M或第三方向D的哥氏力合力F2，哥氏力合力F2迫使环形件12沿第三方向M或第三方向D振动，形成如图8所示的检测模态，检测电极132检测环形件12沿第三方向M或第三方向D的振动位移，即根据电容的变化计算振动位移，经过运算处理即可获得电子产品转动的角速度的大小。

其中，当环形件12发生如上述的振动时，会产生形变，在本实施方式中，由于环形件12在径向上的截面成波浪形，降低变形难度，热弹性损失较小，提高MEMS陀螺仪1的品质因数，同时，相比于现有技术中的半球形陀螺仪，具有更高的空间利用率，在轴向上波浪形的环形件具有更小的刻蚀深度，降低了工艺难度。

进一步的，本实施方式中的电极组件13还包括用于调频或消除正交误差的功能电极133，第一电极13a、第二电极13b和第三电极13c为驱动电极131和/或检测电极132和/或功能电极133。

本实施方式还提供了一种电子产品，该电子产品包括上述实施例中的MEMS陀螺仪1。

区别于现有技术的情况，本实施方式的MEMS陀螺仪包括基底；固定件，与基底固定连接；环形件，套设于固定件外侧并与固定件连接，且悬置于基底上，环形件在径向上的截面呈波浪形且在基底上的投影呈圆环形；电极组件，与基底固定连接，用于与环形件形成电容，以驱动环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测环形件沿与第一方向呈45°或135°夹角的第三方向的振动位移，一方面利用圆环形陀螺仪几何结构高度对称的特征，提高陀螺仪的灵敏度，另一方面波浪形环形件，降低变形难度，提高陀螺仪的品质因数，且相比于现有技术中的半球形陀螺仪，具有更高的空间利用率，在轴向上波浪形的环形件具有更小的刻蚀深度，降低了工艺难度。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种MEMS陀螺仪，其特征在于，所述MEMS陀螺仪包括：

基底；

固定件，与所述基底固定连接；

环形件，套设于所述固定件外侧并与所述固定件连接，且悬置于所述基底上，所述环形件在径向上的截面呈波浪形且在所述基底上的投影呈圆环形；

电极组件，与所述基底固定连接，用于与所述环形件形成电容，以驱动所述环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测所述环形件沿与所述第一方向呈45°或135°夹角的第三方向的振动位移。

2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述电极组件包括至少一个驱动电极和至少一个检测电极，所述驱动电极和所述检测电极分别与所述环形件形成电容，所述驱动电极和所述检测电极的夹角为45°或135°；所述驱动电极驱动所述环形件沿所述第一方向和所述第二方向振动，所述检测电极检测所述环形件沿所述第三方向的振动位移。

3.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述环形件包括远离所述基底的上表面、与所述上表面相对的下表面以及连接所述上表面和所述下表面且远离所述固定件一侧的侧表面，所述电极组件与所述上表面、所述下表面、所述侧表面中的至少一个相对设置形成电容。

4.根据权利要求3所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述环形件包括至少两个依次连接的波谷结构和连接相邻两所述波谷结构的波峰，所述波谷结构包括自所述固定件朝靠近所述基底倾斜延伸的第一波臂、自所述第一波臂朝远离所述固定件且平行于所述基底延伸的波谷以及自所述波谷朝远离所述基底倾斜延伸的第二波臂，相邻的所述第一波臂和所述第二波臂通过所述波峰连接，所述波峰与所述基底平行且所述波峰到所述基底的垂直距离大于所述波谷到所述基底的垂直距离。

5.根据权利要求4所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述电极组件包括多个平行等距间隔排列且与所述侧表面相对设置的第一电极、多个平行等距间隔排列且与所述上表面相对设置的第二电极以及多个平行等距间隔排列且与所述下表面相对设置的第三电极；所述第二电极和所述第三电极相对于所述环形件对称分布，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极为所述驱动电极和/或所述检测电极。

6.根据权利要求5所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，多个所述第二电极分别与所述第一波臂的上表面和所述第二波臂的上表面相对设置，多个所述第三电极分别与所述第一波臂的下表面和所述第二波臂的下表面相对设置。

7.根据权利要求5所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，多个所述第二电极与所述波谷结构的上表面相对设置，多个所述第三电极与所述波谷结构的下表面相对设置。

8.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述环形件的材质为半导体材质。

9.根据权利要求5所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述电极组件还包括用于调频或消除正交误差的功能电极，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极为所述驱动电极和/或所述检测电极和/或所述功能电极。

10.一种电子产品，其特征在于，所述电子产品包括权利要求1至9任一项所述的MEMS陀螺仪。

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