DE202019101780U1

DE202019101780U1 - MEMS-Gyroskope mit in einer Linie angeordneten Federn und verwandtes System

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Publication number: DE202019101780U1
Application number: DE202019101780.5U
Authority: DE
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2019-07-12
Anticipated expiration: 2029-03-29
Also published as: US10948294B2; CN211012984U; US20190310087A1

Abstract

MEMS-Vorrichtung, aufweisend:
ein Substrat;
eine Prüfmasse, die im Wesentlichen in einer Ebene liegt;
eine Zwischenmasse, die die Prüfmasse mit dem Substrat koppelt;
mindestens eine Antriebselektrode, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Prüfmasse im Wesentlichen in einer ersten Richtung zu bewirken; und
mindestens eine Abtastelektrode, die auf dem Substrat angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Prüfmasse in einer zweiten Richtung zu erfassen;
wobei die Prüfmasse nur durch eine oder mehrere Federn, die im Wesentlichen parallel zur ersten Richtung ausgerichtet sind, mit der Zwischenmasse gekoppelt ist.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf MEMS-Gyroskope (MEMS - microelectromechanical system / mikroelektromechanisches System).
HINTERGRUND
MEMS-Gyroskope detektieren eine Winkelbewegung durch Erfassung von durch Coriolis-Kräfte erzeugten Beschleunigungen. Coriolis-Kräfte entstehen, wenn eine Resonanzmasse eines MEMS-Gyroskops mit einer Winkelbewegung beaufschlagt wird.
KURZFASSUNG DER OFFENBARUNG
Einige Ausführungsformen betreffen MEMS-Vorrichtungen (MEMS - mikroelektromechanische Systeme) (wie zum Beispiel Gyroskope), die dazu ausgebildet sind, eine Quadraturbewegung zu unterdrücken. Eine Quadraturbewegung entsteht zum Beispiel, wenn die Antriebsbewegung eines Gyroskops an die Erfassungsbewegung eines Gyroskops gekoppelt wird, selbst bei Fehlen einer Winkelbewegung. Unter einigen Umständen kann sich eine Quadraturbewegung daraus ergeben, dass die in einem Gyroskop verwendeten Federn eine geneigte Seitenwand aufweisen, was die Mechanik des Gyroskops mit einem Drehmoment beaufschlagen kann. Ein MEMS-Gyroskop der hierin beschriebenen Art kann dazu ausgebildet sein, eine Quadraturbewegung durch Verwendung nur von im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung ausgerichteten Federn zu unterdrücken. Eine solche Feder weist nur Balken parallel zu Antriebsrichtungen auf, und wahlweise. Diese MEMS-Gyroskope können unter anderem zum Erfassen von Roll- und Nickwinkelraten verwendet werden.
Einige Ausführungsformen betreffen eine MEMS-Vorrichtung, die ein Substrat, eine im Wesentlichen in einer Ebene liegende Prüfmasse, eine die Prüfmasse mit dem Substrat koppelnde Zwischenmasse, mindestens eine Antriebselektrode, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Prüfmasse im Wesentlichen in einer ersten Richtung zu bewirken, und mindestens eine Abtastelektrode, die auf dem Substrat angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Prüfmasse in einer zweiten Richtung zu erfassen, aufweist. Die Prüfmasse kann nur durch eine oder mehrere Federn, die im Wesentlichen parallel zur ersten Richtung ausgerichtet sind, mit der Zwischenmasse gekoppelt sein.
Zudem wird ein Verfahren zum Detektieren einer Winkelbewegung unter Verwendung eines MEMS-Gyroskops offenbart, wobei das Verfahren Bewirken des Schwingens einer Prüfmasse in einer ersten Richtung, wobei das Bewirken des Schwingens der Prüfmasse in der ersten Richtung Bewirken eines Schwenkens einer Zwischenmasse aufweist, wobei die Zwischenmasse die Prüfmasse mit einem Substrat koppelt und die Prüfmasse nur durch eine oder mehrere Federn, die im Wesentlichen parallel zur ersten Richtung ausgerichtet sind, mit der Zwischenmasse gekoppelt ist, und Erfassen einer Bewegung der Prüfmasse in einer im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung aufweist.
Einige Ausführungsformen betreffen eine MEMS-Vorrichtung, die ein Substrat, eine im Wesentlichen in einer Ebene liegende Prüfmasse, eine die Prüfmasse mit dem Substrat koppelnde Zwischenmasse, mindestens eine Antriebselektrode, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Prüfmasse in der Ebene in einer ersten Richtung zu bewirken, und mindestens eine Abtastelektrode, die auf dem Substrat angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Prüfmasse in einer zweiten Richtung aus der Ebene heraus zu erfassen, aufweist. Die Prüfmasse kann nur durch eine oder mehrere Federn, die in einer im Wesentlichen orthogonal zur ersten Richtung und zweiten Richtung verlaufenden Richtung nachgiebig sind, mit der Zwischenmasse gekoppelt sein.
Figurenliste
Es werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren verschiedene Aspekte und Ausführungsformen der Anmeldung beschrieben. Es sollte auf der Hand liegen, dass die Figuren nicht zwangsweise maßstäblich gezeichnet sind. In mehreren Figuren erscheinende Objekte werden in all den Figuren, in denen sie erscheinen, mit der gleichen Bezugszahl bezeichnet.

1A ist eine Draufsicht, die ein MEMS-Gyroskop schematisch veranschaulicht.
1B ist eine Querschnittsansicht des MEMS-Gyroskops von 1A entlang der Linie A-A.
2A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für ein MEMS-Gyroskop mit in einer Reihe angeordneten Federn gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
2B ist eine Draufsicht, die das MEMS-Gyroskop von 2A bei Antrieb in der x-Achsen-Richtung gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
3A ist eine Draufsicht, die einen Teil „A“ des MEMS-Gyroskops von 2A gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
3B ist eine Draufsicht, die den MEMS-Gyroskopteil von 3A bei Antrieb in der x-Achsen-Richtung gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen veranschaulicht.
4A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für ein Paddel (paddle), das in Verbindung mit dem MEMS-Gyroskop von 2A verwendet werden kann, gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
4B ist eine perspektivische Ansicht des Paddels von 4A gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen.
5 ist eine Seitenansicht des MEMS-Gyroskops von 2A gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen.
6A ist eine perspektivische Ansicht, die ein MEMS-Gyroskop bei Antrieb in der x-Achsen-Richtung gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
6B ist eine perspektivische Ansicht, die den MEMS-Gyroskopteil von 6A bei Vorhandensein einer Rollwinkelbewegung gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
6C ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes MEMS-Gyroskop bei Antrieb in der y-Achsen-Richtung gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
6D ist eine perspektivische Ansicht, die den MEMS-Gyroskopteil von 6C bei Vorhandensein einer Nickwinkelbewegung gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein ein MEMS-Gyroskop gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen aufweisendes System veranschaulicht.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein ein System mit einem MEMS-Gyroskop gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen aufweisendes Automobil veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Übersicht
Die Anmelderin hat erkannt, dass eine Quadraturbewegung in MEMS-Gyroskopen (MEMS - mikroelektromechanische Systeme), wodurch eine fehlerhafte Ausgabe selbst bei Fehlen einer Winkelbewegung durch das MEMS-Gyroskop erzeugt wird, dadurch reduziert werden kann, dass für die Prüfmassen des MEMS-Gyroskops nur Federn verwendet werden, die senkrecht zur Antriebsrichtung nachgiebig sind. MEMS-Gyroskope sind allgemein so ausgeführt, dass bei Beaufschlagung mit einer Winkelbewegung der Antriebsmodus mit dem Erfassungsmodus gekoppelt ist. Der Ausdruck „Antriebsmodus“ wird hierin dazu verwendet, die Bewegung anzuzeigen, die in dem MEMS-Gyroskop erzeugt wird, wenn es zum Schwingen angetrieben wird. Der Ausdruck „Erfassungsmodus“ wird hierin dazu verwendet, die Bewegung anzuzeigen, die in dem MEMS-Gyroskop erzeugt wird, wenn das Gyroskop zum Schwingen angetrieben wird und mit einer Winkelbewegung beaufschlagt wird. Es tritt eine Quadraturbewegung auf, wenn der Antriebsmodus unerwünschterweise mit dem Erfassungsmodus gekoppelt wird, selbst bei Fehlen einer Winkelbewegung, wodurch es zu fehlerhaften Ausgaben kommt.
Ferner hat die Anmelderin erkannt, dass es zumindest unter einigen Umständen zu einer Quadraturbewegung kommen kann, wenn die Federn der MEMS-Gyroskope geneigte Seitenwände haben. Geneigte Seitenwände, die durch Ungenauigkeiten bei den zur Herstellung von MEMS-Vorrichtungen verwendeten Ätzprozessen entstehen können, können zu einem Querachsenmoment führen, das wiederum eine Bewegung der Prüfmasse aus der Ebene heraus bei Antrieb in der Ebene bewirken kann.
Ein Beispiel für ein MEMS-Gyroskop, das aufgrund von geneigten Seitenwänden eine Quadraturbewegung erfährt, wird in den 1A-1B gezeigt. 1A ist eine Draufsicht, die ein MEMS-Gyroskop veranschaulicht. Dieses MEMS-Gyroskop weist eine Prüfmasse 10 und Federn 12, die die Prüfmasse 10 mit dem umgebenden Rahmen verbinden, auf. Die Prüfmasse 10, die über einem darunterliegenden Substrat aufgehängt ist, ist dazu ausgebildet, Winkelraten durch die Detektion von Coriolis-Kräften zu detektieren. Insbesondere ist die Prüfmasse 10 dazu ausgebildet, eine Winkelrate um die y-Achse zu detektieren. Die Coriolis-Wirkung und somit eine Coriolis-Kraft, entsteht, wenn: 1) die Prüfmasse 10 schwingt; und 2) das Gyroskop mit einer Winkelbewegung beaufschlagt wird. In diesem Beispiel entsteht eine Coriolis-Kraft, wenn die Prüfmasse zum Schwingen in der x-Achsen-Richtung angetrieben wird und die Prüfmasse eine Winkelbewegung um die y-Achse erfährt. Die Federn 12, die allgemein entlang der y-Achse ausgerichtet sind, sind dazu ausgebildet, eine Bewegung der Prüfmasse in der x-Achsen-Richtung zu ermöglichen. Wenn die Prüfmasse 10 dazu angetrieben wird, sich in der x-Achsen-Richtung hin und her zu bewegen, (wie durch den Doppelpfeil 20 veranschaulicht wird), krümmen oder biegen sich die Federn 12, wodurch gewährleistet wird, dass die Bewegung der Prüfmasse tatsächlich in der gewünschten Richtung verläuft.
1B ist eine Querschnittsansicht des Gyroskops von 1A entlang der Linie A-A. Wie gezeigt wird, weist die Feder 12, die im Wesentlichen ein in der y-Achsen-Richtung ausgerichteter und über dem Substrat 1 aufgehängter Balken ist, geneigte Seitenwände auf. Insbesondere sind die Seitenwände 14 in Winkeln α und β bezüglich der Senkrechten zur Basis 16 abgewinkelt. Abgewinkelte Seitenwände können durch Ungenauigkeiten bei den Ätzprozessen, die zum Bilden der Federn 12 verwendet werden, entstehen. Es sollte auf der Hand liegen, dass die Winkel α und β gleich oder voneinander verschieden sein können.
Geneigte Seitenwände, wie sie in 1B gezeigt werden, können durch die Erzeugung eines Nettodrehmoments zu einer Quadraturbewegung der Prüfmasse führen. Eine Quadraturbewegung ist so, dass die Prüfmasse 10, wenn sie zum Schwingen in der x-Achsen-Richtung angetrieben wird, eine Bewegung aus der Ebene heraus (in der z-Achsen-Richtung) aufweist. Die Bewegung aus der Ebene heraus kann durch die mit dem MEMS-Gyroskop gekoppelte elektronische Schaltung fehlerhaft als eine Winkelgeschwindigkeit interpretiert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Winkel α und β für Veranschaulichungszwecke übertrieben wurden, aber selbst Winkel von nur 0,1° oder darunter können unter einigen Umständen eine Quadraturbewegung verursachen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass eine Nettobewegung aus der Ebene heraus entstehen kann und proportional zu dem Mittelwert der Winkel α und β sein kann. In Erkennung dieses Problems hat die Anmelderin MEMS-Gyroskope entwickelt, die eine Quadraturbewegung bei Vorhandensein von geneigten Seitenwänden unterdrücken (zum Beispiel begrenzen oder vollständig beseitigen). Die MEMS-Gyroskope gemäß Aspekten der vorliegenden Anmeldung verwenden in einer Reihe angeordnete Federn zum Unterdrücken einer Quadraturbewegung. In einer Reihe angeordnete Federn der hierin beschriebenen Arten sind im Wesentlichen entlang der Antriebsrichtung ausgerichtet und/oder sind so ausgebildet, dass sie in der im Wesentlichen senkrecht zur Antriebsrichtung verlaufenden Richtung nachgiebig sind. Gyroskope gemäß einigen Ausführungsformen verwenden nur in einer Reihe angeordnete Federn (zum Beispiel werden keine Federn verwendet, die orthogonal bezüglich der Antriebsrichtung ausgerichtet sind, und keine Federn, die in anderen Richtungen als im Wesentlichen senkrecht zur Antriebsrichtung nachgiebig sind). Aspekte der vorliegenden Anmeldung verwenden nur in einer Reihe angeordnete Federn, obgleich solche Federn potentielle Nachteile aufweisen, darunter eine höhere Komplexität und zusätzliche Nutzung von Platz auf dem Chip im Vergleich zu Alternativen. Zum Beispiel kann sich eine höhere Komplexität und höhere Platznutzung daraus ergeben, dass bei den Hebel und in einer Reihe angeordnete Federn aufweisenden Ausführungsformen die Ausführung des Gyroskops mehrere mechanische Komponenten erfordert, die dazu ausgebildet sind, sich gemeinsam zu bewegen.
II. Beispiele für MEMS-Gyroskope
2A ist eine Draufsicht, die ein MEMS-Gyroskop mit in einer Reihe angeordneten Federn gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen veranschaulicht. Das MEMS-Gyroskop 100 kann Prüfmassen 102₁ und 102₂ , Anker 108, Hebel 104, in einer Reihe angeordnete Federn 110 und 111 und ein Paddel 112 aufweisen. Die in einer Reihe angeordneten Federn 111 können die Anker 108 mit den Hebeln 104 koppeln; die in einer Reihe angeordneten Federn 110 können die Hebel 104 mit der jeweiligen Prüfmasse koppeln. Die in einer Reihe angeordneten Federn sind, wie weiter unten ausführlich beschrieben wird, im Wesentlichen entlang (zum Beispiel innerhalb von weniger als 5° von) der Antriebsrichtung (in diesem Fall der x-Achsen-Richtung) ausgerichtet und sind entlang der im Wesentlichen senkrecht (zum Beispiel innerhalb von weniger als 5° bezüglich der Normalen) zu der Antriebsrichtung verlaufenden Richtung nachgiebig. Es sei darauf hingewiesen, dass die in einer Reihe angeordneten Federn von 2A mit Symbolen abgebildet sind, die anstatt der physischen Ausrichtung die Nachgiebigkeitsrichtung (die y-Achsen-Richtung) darstellen sollen. Wie weiter unten beschrieben wird, sind die in einer Reihe angeordneten Federn physisch mit Balken implementiert, die im Wesentlichen entlang der Antriebsrichtung ausgerichtet sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass nicht alle Ausführungsformen auf zwei Prüfmassen, wie in 2A gezeigt wird, beschränkt sind, da Gyroskope der hierin beschriebenen Arten eine beliebige andere geeignete Anzahl von Prüfmassen aufweisen können.
Wie in 2A veranschaulicht wird, dürfen nur in einer Reihe angeordnete Federn mit den Prüfmassen 102₁ und 102₂ verbunden sein. Das heißt, es werden keine anderen Arten von Federn (zum Beispiel keine Federn, die in anderen Richtungen als die im Wesentlichen senkrecht zur Antriebsbewegung verlaufende nachgiebig sind) dazu verwendet, den Antrieb der Prüfmassen zu ermöglichen. Wie oben beschrieben wird, kann die Verwendung nur von Federn, die entlang der y-Achse nachgiebig sind, die zum Beispiel durch geneigte Seitenwände in den Federn verursachte Quadraturbewegung begrenzen. Die Prüfmassen 102₁ und 102₂ können unter anderen Formen eine allgemein rechteckige (zum Beispiel quadratische) Form haben. Das Paddel 112 kann die Prüfmasse 102₁ mit der Prüfmasse 102₂ verbinden und kann in der y-Achsen-Richtung nachgiebig sein.
Die Prüfmassen 102₁ und 102₂ können im Wesentlichen in einer Ebene liegen, zum Beispiel können die Prüfmassen 102₁ und 102₂ jeweils ein Paar (in der z-Achsen-Richtung voneinander beabstandeter) einander gegenüberliegender Flächen aufweisen, die parallel zueinander oder bezüglich einander um weniger als 5° abgewinkelt sind.
Es sollte auf der Hand liegen, dass das Gyroskop 100 bei einigen Ausführungsformen auch orthogonale Federn (Federn, die entlang der senkrecht zu der Antriebsbewegung verlaufenden Richtung ausgerichtet sind) aufweisen können. Solche orthogonalen Federn sind jedoch möglicherweise nicht direkt mit den Prüfmassen verbunden und/oder tragen möglicherweise nicht zu der Antriebsbewegungssteifigkeit bei. Selbst wenn orthogonale Federn verwendet werden, wird auf diese Weise nichtsdestotrotz eine Quadraturbewegung unterdrückt.
Das MEMS-Gyroskop 100 kann dazu angetrieben werden, in der x-Achsen-Richtung zu schwingen und eine Winkelrate um die y-Achsen-Richtung zu detektieren. Bei einigen Ausführungsformen werden die Prüfmassen 102₁ und 102₂ dazu angetrieben, in der x-Achsen-Richtung mit im Wesentlichen entgegengesetzten Phasen (zum Beispiel mit einer Phasendifferenz zwischen 170° und 190°, wie zum Beispiel 180°, was als Gegenphase bezeichnet wird,) zu schwingen. Es können Antriebsmechanismen (in 2A nicht gezeigt) verwendet werden, um die Prüfmasse in der x-Achsen-Richtung anzutreiben. Eine Art von Antriebsmechanismus weist Ansteuerkondensatoren auf, bei denen elektrostatische Kräfte verwendet werden, um eine Bewegung der Prüfmassen zu bewirken.
2B ist eine Draufsicht des Gyroskops von 2A mit den entlang der x-Achse gegenphasig zueinander schwingenden Prüfmassen 102₁ und 102₂ . Wie gezeigt wird, wird eine Bewegung der Prüfmassen durch die in einer Reihe angeordneten Federn 110 und 111 und die Hebel 104 ermöglicht. Insbesondere gestatten die Federn 110 und 111 durch Ausdehnen und Zusammenziehen entlang der y-Achsen-Richtung ein Schwenken der Hebel 104. Infolgedessen können sich die Prüfmassen bezüglich der Position der Anker 108 bewegen. Ein eine physische Implementierung der Hebel und der in einer Reihe angeordneten Federn veranschaulichendes Beispiel wird weiter unten veranschaulicht. Die Hebel 104 werden hierin auch als „Zwischenmassen“ bezeichnet, weil sie als Zwischenstrukturen zwischen den Prüfmassen und dem Substrat dienen. Bei einigen Ausführungsformen sind die Prüfmassen nur durch im Wesentlichen in der Antriebsrichtung ausgerichtete Federn mit den Zwischenmassen gekoppelt. Es können andere Zwischenmassen als die Hebel 104 zum Koppeln der Prüfmassen mit dem Substrat unter Ermöglichung einer Bewegung der Prüfmassen in der Antriebsrichtung verwendet werden. Solche Zwischenmassen können flexibel und/oder biegbar sein. Das Paddel 112, das die Prüfmasse 102₁ mit der Prüfmasse 102₂ verbindet, kann dazu angeordnet sein, die gegenphasige Beziehung zwischen den Prüfmassen aufrechtzuerhalten.
Wenn das Gyroskop mit einer Winkelbewegung um die y-Achse beaufschlagt wird, kann eine Coriolis-Kraft entstehen, die eine Bewegung der Prüfmassen aus der Ebene heraus bewirken kann. Die Winkelrate kann basierend auf der Höhe der Beschleunigung und der sich ergebenden Bewegung aus der Ebene heraus, beispielsweise unter Verwendung eines kapazitiven Sensors oder von Dehnung unter Verwendung eines piezoelektrischen Sensors, bestimmt werden.
3A veranschaulicht in näherer Einzelheit den mit „A“ bezeichneten Bereich von 2A gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen. Es sollte auf der Hand liegen, dass andere Implementierungen der in einer Reihe angeordneten Federn 110 und 111 und Hebel 104 als die in 3A veranschaulichten verwendet werden können. In dem Beispiel von 3A sind die in einer Reihe angeordneten Federn 110 im Wesentlichen entlang der Antriebsrichtung (der x-Achsen-Richtung) ausgerichtet. Insbesondere weist in diesem Fall die in Reihe angeordnete Feder 110 Balken auf, die im Wesentlichen entlang der Antriebsrichtung ausgerichtet sind. Bei einigen Ausführungsformen können die in einer Reihe angeordneten Federn 110 in einer im Wesentlichen senkrecht zu der Antriebsrichtung verlaufenden Richtung (zum Beispiel der y-Achse) nachgiebig sein (können sich zum Beispiel zusammenziehen und ausdehnen). Es sollte auf der Hand liegen, dass die in Reihe angeordnete Feder 110 auch die in der x-Achsen-Richtung ausgerichteten Balken verbindende Balken aufweisen kann, die nicht in der x-Achsen-Richtung ausgerichtet sind. Diese Balken können jedoch kürzer als die in der x-Achsen-Richtung ausgerichteten Balken sein, wodurch die Nachgiebigkeit der in Reihe angeordneten Feder entlang der y-Achse aufrechterhalten wird.
Der Hebel 104 kann eine zwischen der in Reihe angeordneten Feder 110 und dem Anker 108 gekoppelte Masse aufweisen. In diesem Fall weisen die Hebel 104 in der Darstellung mehrere durch sie hindurch ausgebildete Löcher auf, wobei die Löcher zum Freigeben der darunterliegenden Opferschicht während der Herstellung dienen. Der Hebel 104 kann über die in Reihe angeordnete Feder 111 mit dem Anker 108 gekoppelt sein. Ähnlich wie die in Reihe angeordnete Feder 110 kann die in Reihe angeordnete Feder 111 im Wesentlichen entlang der Antriebsrichtung (zum Beispiel der x-Achse) ausgerichtet sein und kann in einer im Wesentlichen senkrecht zur Antriebsrichtung verlaufenden Richtung (zum Beispiel der y-Achse) nachgiebig sein. Die in Reihe angeordnete Feder 111 kann in der Antriebsrichtung ausgerichtete Balken aufweisen, die länger als die in anderen Richtungen ausgerichteten Balken sind.
Eine Bewegung der Prüfmasse 102₁ in der Antriebsrichtung kann durch eine Bewegung der Hebel 104 ermöglicht werden. Eine Bewegung der Hebel 104 kann wiederum durch Nachgiebigkeit der in einer Reihe angeordneten Federn in der y-Achsen-Richtung ermöglicht oder erleichtert werden. 3B veranschaulicht den Teil des Gyroskops von 3A bei Antrieb in der x-Achsen-Richtung. In diesem Fall wird die Prüfmasse 102₁ bezüglich ihrer Position in der Ruhestellung aufgrund einer Bewegung zu der rechten Seite der Seite verschoben. Wie gezeigt wird, wird eine Bewegung der Prüfmasse durch Nachgiebigkeit der Federn in der senkrecht zur Antriebsrichtung verlaufenden Richtung ermöglicht oder erleichtert. Die Nachgiebigkeit der in einer Reihe angeordneten Federn gestattet eine Drehung der Hebel 104 in der xy-Ebene, wodurch sich die Prüfmasse frei entlang der x-Achse bewegen kann.
Wie oben beschrieben wurde, kann das Paddel 112 dazu ausgebildet sein, die gegenphasige Beziehung der Bewegung der Prüfmassen 102₁ und 102₂ aufrechtzuerhalten. In den 4A-4B wird ein nicht einschränkendes Beispiel für einen Hebel veranschaulicht. In diesem Fall weist das Paddel 112 einen Balken 402, eine Feder 406, Anker 404 und Federn 408 auf. Die Feder 406 koppelt den Balken 402 mit den Ankern 404. Die Federn 408 koppeln die Enden des Balkens 402 mit der jeweiligen Prüfmasse (102₁ auf einer Seite und 102₂ auf der anderen Seite). In diesem Beispiel werden die Prüfmassen 102₁ und 102₂ und der Balken 402 mit Löchern zum Freigeben der darunterliegenden Opferschicht gezeigt, obgleich nicht alle Ausführungsformen in dieser Hinsicht eingeschränkt sind.
Der Balken 402, der in diesem Fall entlang der y-Achse ausgerichtet ist, ist dazu ausgebildet, sich zu drehen, wenn sich die Prüfmassen mit einer gegenphasigen Beziehung bewegen. In diesem Fall wird der Balken 402 aufgrund dessen, dass sich die Prüfmasse 102₁ zur rechten Seite der Seite bewegt hat und sich die Prüfmasse 102₂ zur linken Seite der Seite bewegt hat, gedreht. Die Drehung des Balkens 402 wird durch die Federn 408 ermöglicht, die entlang der x-Achse ausgerichtet sein können und entlang der y-Achse nachgiebig sein können. Wenn sich die Federn 408 entlang der y-Achse durchbiegen, dreht sich der Balken 402. Eine Drehung des Balkens 402 kann ferner durch die Feder 406 ermöglicht werden, die entlang der x-Achse ausgerichtet sein kann (zum Beispiel erste und zweite Balken aufweisen kann, wobei die ersten Balken entlang der x-Achse und die zweiten Balken entlang der y-Achse ausgerichtet sind, wobei die ersten Balken länger und/oder schmaler als die zweiten Balken sind). Mit der Ausrichtung entlang der x-Achse können die Federn 406 entlang der y-Achse nachgiebig sein.
Das Paddel kann auch eine Bewegung der Prüfmassen aus der Ebene heraus ermöglichen, die sich als Reaktion auf eine Coriolis-Beschleunigung ergeben kann. Wie in 4B gezeigt wird, können sich die Prüfmassen 102₁ und 102₂ in einer gegenphasigen Beziehung aus der Ebene heraus bewegen, wenn eine Coriolis-Beschleunigung entsteht. Eine Drehung des Trägers 402 aus der Ebene heraus kann durch Torsionsnachgiebigkeit der Federn 408 und der Feder 406 ermöglicht werden.
Wenn ein Gyroskop der hierin beschriebenen Arten mit einer Winkelbewegung beaufschlagt wird, kann eine Coriolis-Kraft entstehen, vorausgesetzt, die Prüfmassen schwingen. Ein Beispiel für eine Bewegung der Prüfmassen aus der Ebene heraus als Reaktion auf eine Coriolis-Kraft wird in 5 veranschaulicht, die eine Seitenansicht des Gyroskops von 2A ist. In diesem Beispiel bewegen sich die Prüfmassen 102₁ und 102₂ in der z-Achsen-Richtung mit im Wesentlichen entgegengesetzten Phasen (zum Beispiel mit einer Phasendifferenz zwischen 170° und 190°, wie zum Beispiel 180°) aufgrund dessen, dass sie im Wesentlichen gegenphasig in der x-Achsen-Richtung angetrieben werden. Das Ausmaß, in dem sich die Prüfmassen unter der Coriolis-Kraft bewegen, kann zumindest bei einigen Ausführungsformen unter Verwendung von Abtastkondensatoren erfasst werden. Die Abtastkondensatoren können zwischen einer Prüfmasse und einer Abtastelektrode, die auf dem darunterliegenden Substrat angeordnet ist, gebildet werden. Zum Beispiel kann ein Abtastkondensator C₁ zwischen der Prüfmasse 102₁ und der Abtastelektrode 502₁ gebildet sein, und ein Abtastkondensator C₂ kann zwischen der Prüfmasse 102₂ und der Abtastelektrode 502₂ gebildet sein. Änderungen des Abstands zwischen einer Abtastelektrode und der jeweiligen Prüfmasse können Änderungen der Kapazität des Abtastkondensators verursachen. Die Höhe der Coriolis-Kraft und somit der Winkelrate kann basierend auf der Änderung der Kapazität bestimmt werden. In 5 nicht veranschaulichte Messschaltungsanordnungen können mit den Abtastelektroden gekoppelt sein und können dazu verwendet werden, Änderungen der Kapazität zu erfassen. Die Messschaltungsanordnung kann auf dem gleichen Substrat, auf dem das MEMS-Gyroskop angeordnet ist, angeordnet sein. Bei anderen Ausführungsformen können die Messschaltungsanordnung und das MEMS-Gyroskop auf getrennten Substraten angeordnet sein, die innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses aneinander gebondet und/oder gekapselt sein können.
Das im Wesentlichen gegenphasige Antreiben der Prüfmassen bezüglich einander kann zu Differenzmesssignalen führen, die eine höhere Unanfälligkeit gegenüber Gleichtaktstörungen, wie zum Beispiel linearer Beschleunigung, externem Rauschen oder spannungsinduziertem Offset, bereitstellen können.
MEMS-Gyroskope der hierin beschriebenen Arten können dazu verwendet werden, Winkelraten um eine, zwei oder drei Achsen zu erfassen. Einige MEMS-Gyroskope können zum Beispiel dazu verwendet werden, Roll-, Nick- und/oder Gier-Winkelrate zu detektieren. Es sollte auf der Hand liegen, dass nicht alle Ausführungsformen dazu ausgebildet sind, Winkelraten in drei orthogonalen Richtungen zu erfassen, da einige Ausführungsformen dazu ausgebildet sein können, Winkelraten in zwei Richtungen (zum Beispiel in einer Richtung in der Ebene und einer Richtung aus der Ebene heraus oder zwei Richtungen in der Ebene) zu erfassen und noch andere Ausführungsformen dazu ausgebildet sein können, Winkelraten in einer Richtung (zum Beispiel einer Richtung in der Ebene oder einer Richtung aus der Ebene heraus) zu erfassen.
6A veranschaulicht die Prüfmassen 622₁ , 622₂ , 622₃ und 622₄ , die dazu ausgebildet sein können, Rollwinkelraten zu erfassen, und die wie in Verbindung mit den Prüfmassen 102₁ und 102₂ beschrieben betrieben werden können. Zum Beispiel können die Prüfmassen 622₁ und 622₄ im Wesentlichen gleichphasig (zum Beispiel mit einer Phasendifferenz zwischen -10° und 10°, wie zum Beispiel 0°) miteinander angetrieben werden und können im Wesentlichen gegenphasig bezüglich der Prüfmassen 622₂ and 622₃ angetrieben werden. Die Prüfmassen 622₂ und 622₃ können über eine starre Verbindung miteinander verbunden sein, um eine gleichphasige Bewegung der Prüfmassen mit getrennten Paddelhälften wie an den äußeren Rändern der Massen 622₁ und 622₄ zu unterstützen. Es sollte auf der Hand liegen, dass nicht alle Ausführungsformen vier Prüfmassen aufweisen, da eine unterschiedliche Anzahl von Prüfmassen verwendet werden kann.
6A veranschaulicht den Antriebsmodus der Prüfmassen 622₁ , 622₂ , 622₃ und 622₄ , wobei die Prüfmassen 622₁ und 622₄ im Wesentlichen gleichphasig miteinander und im Wesentlichen gegenphasig bezüglich der Massen 622₂ und 622₃ angetrieben werden.
Wenn das Gyroskop 600 angetrieben wird und auch mit einer Winkelbewegung um die y-Achse beaufschlagt wird, können sich die Prüfmassen 622₁ , 622₂ , 622₃ und 622₄ als Reaktion auf eine Coriolis-Kraft aus der Ebene heraus bewegen. Dieses Szenarium wird in 6B veranschaulicht. Wie veranschaulicht wird, können sich die Prüfmassen 622₁ und 622₄ im Wesentlichen gleichphasig miteinander bewegen und können sich im Wesentlichen gegenphasig bezüglich der Prüfmassen 622₂ und 622₃ bewegen. Rollwinkelraten können durch Erfassung durch die Bewegung dieser Prüfmassen aus der Ebene heraus entstandener Differenzsignale bestimmt werden. Um eine Quadraturbewegung zu unterdrücken, können die Prüfmassen 622₁ , 622₂ , 622₃ und 622₄ in einer Reihe angeordnete Federn und Hebel der hierin beschriebenen Arten aufweisen.
6C veranschaulicht die Prüfmassen 602₁ , 602₂ , 602₃ und 602₄ , die dazu ausgebildet sein können, Nickwinkelraten zu erfassen. Die Prüfmassen 602₁ , 602₂ , 602₃ und 602₄ können dazu ausgebildet sein, in der y-Achsen-Richtung zu schwingen und sich als Reaktion auf eine Winkelbewegung um die x-Achse aus der Ebene heraus zu bewegen. In dem in 6C veranschaulichten Szenarium bewegen sich die Prüfmassen 602₁ and 602₄ entlang der y-Achsen-Richtung im Wesentlichen gleichphasig miteinander und im Wesentlichen gegenphasig bezüglich der Prüfmassen 602₂ and 602₃ .
6C veranschaulicht den Antriebsmodus der Prüfmassen 602₁ , 602₂ , 602₃ und 602₄ . Wie gezeigt wird, werden die Prüfmassen in der y-Achsen-Richtung so angetrieben, dass sich die Prüfmasse 602₁ gleichphasig mit der Prüfmasse 602₃ und gegenphasig bezüglich der Prüfmassen 602₂ and 602₄ befindet.
Wenn das Gyroskop mit einer Winkelbewegung um die x-Achse beaufschlagt wird, können sich die Prüfmassen 602₁ , 602₂ , 602₃ und 602₄ als Reaktion auf eine Coriolis-Kraft aus der Ebene heraus bewegen. Dieses Szenarium wird in 6D veranschaulicht. Wie veranschaulicht wird, können sich die Prüfmassen 602₁ und 602₄ im Wesentlichen gleichphasig miteinander bewegen und können sich im Wesentlichen gegenphasig bezüglich der Prüfmassen 602₂ und 602₃ bewegen. Nickwinkelraten können durch Erfassung durch die Bewegung dieser Prüfmassen aus der Ebene heraus entstandener Differenzsignale bestimmt werden. Um eine Quadraturbewegung zu unterdrücken, können die Prüfmassen 602₁ , 602₂ , 602₃ und 602₄ in einer Reihe angeordnete Federn und Hebel der hierin beschriebenen Arten aufweisen. Einige Ausführungsformen können das Gyroskop von 6A und das Gyroskop von 6C in dem gleichen Substrat aufweisen. Diese Gyroskope können zum Beispiel nebeneinander platziert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Gyroskop zur Erfassung von Gierwinkelraten in dem gleichen Substrat wie die Gyroskope der 6A und 6C platziert werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass Aspekte der vorliegenden Anmeldung nicht auf die Verwendung in Verbindung allein mit MEMS-Gyroskopen beschränkt sind. Demgemäß können Aspekte der vorliegenden Anmeldung auf verschiedenste Vorrichtungen, darunter zum Beispiel Resonatoren oder andere vibrierende MEMS-Strukturen, Lorentz-Kraft-Detektoren oder andere Arten von Magnetometern, angewandt werden. Zum Beispiel können Aspekte der vorliegenden Anmeldung in diesen Vorrichtungen dazu verwendet werden, eine Kopplung von einem Bewegungsmodus (zum Beispiel einem Resonanzmodus, einem Translationsmodus und/oder einem Drehmodus) mit einem anderen Bewegungsmodus aufgrund von geneigten Seitenwänden, die die Leistung der Vorrichtung beeinträchtigen können, zu verhindern (oder zumindest zu begrenzen).
III. Anwendungen
MEMS-Gyroskope der hierin beschriebenen Arten können in verschiedenen Umgebungen zum Detektieren von Winkelraten verwendet werden, darunter unter anderem Sport-, Gesundheitswesen-, Militär- und industrielle Anwendungen. Ein MEMS-Gyroskop kann als ein tragbarer Sensor angebracht sein, der bei der Überwachung von sportbezogener physischer Aktivität und Leistung, Patientengesundheit, Aktivitäten von Militärpersonal oder anderen Anwendungen, die für einen Benutzer von Interesse sind, eingesetzt wird. Ein MEMS-Gyroskop kann in einem Smartphone angeordnet sein und kann dazu ausgebildet sein, Roll-, Nick- und/oder Gierwinkelraten zu erfassen.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein System 700, das eine MEMS-Vorrichtung 702, eine Versorgungseinheit 704, eine Messschaltungsanordnung 706 und eine Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle (E/A-Schnittstelle) 708 aufweist. Die MEMS-Vorrichtung 702 kann jegliches oder eine Kombination der hierin beschriebenen MEMS-Gyroskope aufweisen. Das oder die MEMS-Gyroskope können dazu ausgebildet sein, Roll-, Nick- und/oder Gierwinkelraten zu erfassen.
Das System 700 kann erfasste Winkelraten darstellende Daten über verdrahtete Verbindungen oder drahtlos periodisch zu einem externen Überwachungssystem, wie zum Beispiel einem Computer, einem Smartphone, einem Tablet, einer Smartwatch, einer Smartbrille oder irgendeiner anderen geeigneten Empfangsvorrichtung, senden. Die E/A-Schnittstelle 708 kann dazu ausgebildet sein, Daten über WiFi, Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee, Thread, ANT, ANT+, IEEE 802.15.4, IEEE 802.11.ah oder ein beliebiges anderes geeignetes drahtloses Kommunikationsprotokoll zu senden und/oder zu empfangen. Alternativ oder zusätzlich kann die E/A-Schnittstelle 708 dazu ausgebildet sein, Daten unter Verwendung von proprietären Verbindungsprotokollen zu senden und/oder zu empfangen. Die E/A-Schnittstelle 708 kann eine oder mehrere Antennen, wie zum Beispiel eine Mikrostreifenleiterantenne, aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die E/A-Schnittstelle 708 mit einem Kabel verbunden sein und kann dazu ausgebildet sein, Signale über das Kabel zu senden und/oder zu empfangen.
Das System 700 kann unter Verwendung einer Versorgungseinheit 704 versorgt werden. Die Versorgungseinheit 704 kann dazu ausgebildet sein, die Messschaltungsanordnung 706 und/oder die E/A-Schnittstelle 708 und/oder die MEMS-Vorrichtung 702 zu versorgen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Versorgungseinheit 704 eine oder mehrere Batterien aufweisen. Das System 700 kann zumindest bei einigen Ausführungsformen hinreichend wenig Leistung aufnehmen, um seinen Betrieb über längere Zeiträume basierend lediglich auf Batterieleistung zu ermöglichen. Die Batterie oder Batterien können bei einigen Ausführungsformen wiederaufladbar sein. Die Versorgungseinheit 704 kann eine oder mehrere Lithium-Ionen-Batterien, Lithium-Polymer-Batterien (LiPo-Batterien), Superkondensator-basierte Batterien, Alkalibatterien, Aluminium-Ionen-Batterien, Quecksilberbatterien, Trockenzellenbatterien, Zink-Kohle-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien, Graphenbatterien oder beliebige andere geeignete Batterietypen aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Versorgungseinheit 704 eine Schaltungsanordnung zum Umwandeln von Wechselstromleistung in Gleichstromleistung aufweisen. Zum Beispiel kann die Versorgungseinheit 704 Wechselstromleistung von einer Leistungsquelle, die sich außerhalb des Systems 700 befindet, wie zum Beispiel über die E/A-Schnittstelle 708, empfangen und kann Gleichstromleistung an einige oder alle der Komponenten des Systems 700 liefern. In solchen Fällen kann die Versorgungseinheit 704 einen Gleichrichter, einen Spannungsregler, einen Gleichspannungswandler oder eine beliebige andere geeignete Vorrichtung für Leistungsumwandlung aufweisen.
Die Versorgungseinheit 704 kann bei einigen Ausführungsformen Energiegewinnungskomponenten und/oder Energiespeicherkomponenten aufweisen. Energie kann aus der umliegenden Umgebung gewonnen und bei Bedarf, was eine periodische, zufällige oder kontinuierliche Versorgung beinhalten kann, für die Versorgung des Systems 700 gespeichert werden. Die Art von implementierten Energiegewinnungskomponenten kann basierend auf der erwarteten Umgebung des Systems 700 gewählt werden, zum Beispiel, neben anderen möglichen Überlegungen, basierend auf der erwarteten Größe und Häufigkeit der Bewegung, die das System 700 wahrscheinlich erfährt, dem Betrag der Beanspruchung, die das System wahrscheinlich erfährt, der Menge an Licht, der das System wahrscheinlich ausgesetzt wird, und/oder der (den) Temperatur(en), der (denen) das System wahrscheinlich ausgesetzt wird. Beispiele für geeignete Energiegewinnungstechnologien beinhalten thermoelektrische Energiegewinnung, Gewinnung aus magnetischen Vibrationen, Gewinnung aus elektrischer Überbelastung, photovoltaische Gewinnung, Hochfrequenzgewinnung und Gewinnung aus kinetischer Energie. Die Energiespeicherkomponenten können bei einigen Ausführungsformen Superkondensatoren aufweisen.
Wie oben beschrieben wurde, können MEMS-Gyroskope der hierin beschriebenen Arten in verschiedenen Bereichen zum Detektieren von Winkelraten eingesetzt werden. Ein solcher Bereich sind Automobile oder andere Fahrzeuge, wie zum Beispiel Boote oder Flugzeuge. 8 veranschaulicht schematisch ein Automobil 800, das ein System 700 aufweist. Das System 700 kann an irgendeiner geeigneten Stelle des Automobils 800 angeordnet sein. Das System 700 kann dazu ausgebildet sein, Roll-, Nick- und/oder Gierwinkelraten zu erfassen. Das System 700 kann dazu ausgebildet sein, unter Verwendung der E/A-Schnittstelle 708 erfasste Winkelraten für ein im Automobil 800 angeordnetes Computersystem und/oder ein an einer Basisstation außerhalb des Automobils 800 angeordnetes Computersystem bereitzustellen.
IV. Schlussfolgerung
Aspekte der hierin beschriebenen Technologie können einen oder mehrere Vorteile bieten, von denen einige vorstehend beschrieben wurden. Es werden nunmehr einige nicht einschränkende Beispiele für solche Vorteile beschrieben. Es sollte auf der Hand liegen, dass nicht alle Aspekte und Ausführungsformen notwendigerweise alle der nunmehr beschriebenen Vorteile bieten. Ferner sollte auf der Hand liegen, dass Aspekte der hierin beschriebenen Technologie zusätzliche Vorteile zu den nunmehr beschriebenen bieten können.
Aspekte der hierin beschriebenen Technologie stellen MEMS-Gyroskope bereit, die eine höhere Unanfälligkeit gegenüber einer Quadraturbewegung aufweisen. Solch eine Unanfälligkeit gegenüber einer Quadraturbewegung kann zumindest bei einigen Ausführungsformen zu vermindertem Rauschen, vermindertem Offset und verminderter Cross-Axis-Empfindlichkeit und infolgedessen vergrößerter Auflösung von Winkelbewegung führen.
Die Ausdrücke „im Wesentlichen in einer Richtung K“ und „im Wesentlichen parallel zu einer Richtung K“ sollten hierin als parallel zu der Richtung K oder bezüglich der Richtung K um weniger als 30°, einschließlich eines Werts innerhalb dieses Bereichs, abgewinkelt interpretiert werden.
Gemäß einem Aspekt werden MEMS-Vorrichtungen (MEMS - mikroelektromechanische Systeme) (wie zum Beispiel Gyroskope) beschrieben, die dazu ausgebildet sind, eine Quadraturbewegung zu unterdrücken. Eine Quadraturbewegung entsteht zum Beispiel, wenn die Antriebsbewegung eines Gyroskops an die Erfassungsbewegung eines Gyroskops gekoppelt wird, selbst bei Fehlen einer Winkelbewegung. Unter einigen Umständen kann sich eine Quadraturbewegung daraus ergeben, dass die in einem Gyroskop verwendeten Federn eine geneigte Seitenwand aufweisen, was die Mechanik des Gyroskops mit einem Drehmoment beaufschlagen kann. Ein MEMS-Gyroskop der hierin beschriebenen Art kann dazu ausgebildet sein, eine Quadraturbewegung durch Verwendung nur von im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung ausgerichteten Federn zu unterdrücken. Eine solche Feder weist nur Balken parallel zu Antriebsrichtungen auf, und wahlweise. Diese MEMS-Gyroskope können unter anderem zum Erfassen von Roll- und Nickwinkelraten verwendet werden.

Claims

MEMS-Vorrichtung, aufweisend: ein Substrat; eine Prüfmasse, die im Wesentlichen in einer Ebene liegt; eine Zwischenmasse, die die Prüfmasse mit dem Substrat koppelt; mindestens eine Antriebselektrode, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Prüfmasse im Wesentlichen in einer ersten Richtung zu bewirken; und mindestens eine Abtastelektrode, die auf dem Substrat angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Prüfmasse in einer zweiten Richtung zu erfassen; wobei die Prüfmasse nur durch eine oder mehrere Federn, die im Wesentlichen parallel zur ersten Richtung ausgerichtet sind, mit der Zwischenmasse gekoppelt ist.
MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zwischenmasse durch einen Anker mit dem Substrat gekoppelt ist, wobei die Zwischenmasse über eine zweite Feder, die im Wesentlichen parallel zur ersten Richtung ausgerichtet ist, mit dem Anker gekoppelt ist.
MEMS-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenmasse einen Hebel aufweist, der dazu ausgebildet ist, zu schwenken, wenn die eine oder die mehreren Federn als Reaktion auf die Bewegung der Prüfmasse nachgeben.
MEMS-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Federn in einer im Wesentlichen orthogonal zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung verlaufenden Richtung nachgiebig sind.
MEMS-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prüfmasse eine erste Prüfmasse ist und die mindestens eine Antriebselektrode eine erste Antriebselektrode ist und die MEMS-Vorrichtung ferner eine zweite Prüfmasse und eine zweite Antriebselektrode aufweist, wobei die erste und die zweite Antriebselektrode dazu ausgebildet sind, die erste bzw. die zweite Prüfmasse im Wesentlichen gegenphasig bezüglich einander anzutreiben.
MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste Prüfmasse über ein Paddel, das in einer im Wesentlichen orthogonal zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung verlaufenden Richtung nachgiebig ist, mit der zweiten Prüfmasse verbunden ist.
MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Paddel dazu ausgebildet ist, eine gegenphasige Bewegung der ersten und der zweiten Prüfmasse aus der Ebene heraus als Reaktion auf eine Winkelbewegung zu ermöglichen.
MEMS-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Federn einen ersten Balken, der im Wesentlichen parallel zur ersten Richtung ausgerichtet ist, und einen zweiten Balken, der im Wesentlichen orthogonal zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung ausgerichtet ist, aufweisen, wobei der erste Balken länger und/oder schmaler als der zweite Balken ist.
MEMS-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die MEMS-Vorrichtung keine Federn aufweist, die im Wesentlichen orthogonal zur ersten Richtung ausgerichtet sind und die Prüfmasse mit der Zwischenmasse koppeln.
MEMS-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Federn mindestens eine geneigte Seitenwand aufweisen.
MEMS-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die MEMS-Vorrichtung ein Gyroskop ist.
Vorrichtung ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens zum Detektieren einer Winkelbewegung unter Verwendung eines MEMS-Gyroskops, das Verfahren mit den Schritten: Bewirken des Schwingens einer Prüfmasse in einer ersten Richtung, wobei das Bewirken des Schwingens der Prüfmasse in der ersten Richtung Bewirken eines Schwenkens einer Zwischenmasse aufweist, wobei die Zwischenmasse die Prüfmasse mit einem Substrat koppelt und die Prüfmasse nur durch eine oder mehrere Federn, die im Wesentlichen parallel zur ersten Richtung ausgerichtet sind, mit der Zwischenmasse gekoppelt ist; und Erfassen einer Bewegung der Prüfmasse in einer im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Prüfmasse im Wesentlichen in einer Ebene liegt und wobei die erste Richtung bezüglich der Prüfmasse in der Ebene verläuft und die zweite Richtung bezüglich der Prüfmasse aus der Ebene heraus verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Erfassungsbewegung der Prüfmasse in der zweiten Richtung Erfassen einer Änderung einer Kapazität eines Abtastkondensators aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Bewirken des Schwingens der Prüfmasse in der ersten Richtung beinhaltet zu Bewirken, dass die eine oder die mehreren Federn in einer im Wesentlichen orthogonal zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung verlaufenden Richtung nachgeben.
MEMS-Vorrichtung, die Folgendes aufweist: ein Substrat; eine Prüfmasse, die im Wesentlichen in einer Ebene liegt; eine Zwischenmasse, die die Prüfmasse mit dem Substrat koppelt; mindestens eine Antriebselektrode, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Prüfmasse in der Ebene in einer ersten Richtung zu bewirken; und mindestens eine Abtastelektrode, die auf dem Substrat angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Prüfmasse in einer zweiten Richtung aus der Ebene heraus zu erfassen; wobei die Prüfmasse nur durch eine oder mehrere Federn, die in einer im Wesentlichen orthogonal zur ersten Richtung und zweiten Richtung verlaufenden Richtung nachgiebig sind, mit der Zwischenmasse gekoppelt ist.
MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Zwischenmasse dazu ausgebildet ist, zu schwenken, wenn die eine oder die mehreren Federn in der zweiten Richtung nachgeben.
MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei die eine oder die mehreren Federn einen ersten Balken, der im Wesentlichen parallel zur ersten Richtung ausgerichtet ist, und einen zweiten Balken, der im Wesentlichen orthogonal zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung ausgerichtet ist, aufweisen, wobei der erste Balken länger und/oder schmaler als der zweite Balken ist.
MEMS-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Prüfmasse eine erste Prüfmasse ist und die mindestens eine Antriebselektrode eine erste Antriebselektrode ist und die MEMS-Vorrichtung ferner eine zweite Prüfmasse und eine zweite Antriebselektrode aufweist, wobei die erste und die zweite Antriebselektrode dazu ausgebildet sind, die erste bzw. die zweite Prüfmasse im Wesentlichen gegenphasig bezüglich einander anzutreiben.
MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die erste Prüfmasse über ein Paddel, das dazu ausgebildet ist, eine gegenphasige Bewegung der ersten und der zweiten Prüfmasse aus der Ebene heraus als Reaktion auf eine Winkelbewegung zu ermöglichen, mit der zweiten Prüfmasse verbunden ist.