KR20170072327A

KR20170072327A - 3축 mems 자이로스코프

Info

Publication number: KR20170072327A
Application number: KR1020177014294A
Authority: KR
Inventors: 팅카이 장
Original assignee: 고어텍 인크
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2017-06-26
Also published as: US20170261321A1; JP2017535784A; EP3217146A4; WO2016082571A1; EP3217146A1; JP6448793B2; US10330471B2; KR101927647B1; EP3561451B1; EP3561451A1; EP3217146B1

Abstract

본 발명은 중앙에 위치하는 환상 검출용 콘덴서; 환상 검출용 콘덴서의 외측에 위치하고, y축에 따라 원점（origin)의 양측에 대칭되게 배치되는 의 구동용 콘덴서; 환상 검출용 콘덴서의 외측에 위치하고, x축에 따라 원점（origin)의 양측에 대칭되게 배치되는 두 그룹의 제2검출용 콘덴서; 각각 구동용 콘덴서의 가동 전극 패드, 제2 검출용 콘덴서의 가동 전극 패드 및 환상 검출용 콘덴서의 환상 상부 전극 패드의 외부 가장자리에 연결되는 연동부;를 포함하는 3축 MEMS 자이로스코프에 관한 것이다. 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프는 단일 구조로 설계되고, 콘덴서식 정전형 구동과 미분 축전 용량 검출을 활용하고 있으며, 구동 방식이 간단하고, 구조가 콤팩트하며, 자이로스코프의 체적을 줄이는데 유리하고, 공정상 양산에 적합하며, 양호한 측정 정밀도와 감도를 달성할 수 있다.

Description

3축 MEMS 자이로스코프{TRI-AXIAL MICRO-ELECTRO-MECHANICAL GYROSCOPE}

본 발명은 MEMS 자이로스코프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일 구조의 3축 MEMS 자이로스코프에 관한 것이다.

미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical System)은 MENS라 약칭하고, 미세 전자 제어 기술의 기초에서 발전해 온 마이크로머신, 마이크로 센서, 마이크로 엑츄에이터, 신호 처리, 지능 제어를 일체화시킨 새로운 과학 기술이다.

MEMS 자이로스코프는 MEMS 기술에 기초한 관성 장치로서 물체 이동의 각속도를 측정하는데 사용된다. 체적이 작고, 신뢰도가 높으며, 원가가 낮고, 대량 생산에 적합한 특징을 갖고 있으므로, 광범위한 시장 전망이 있고, 가전 제품, 항공 우주, 자동차, 의료 설비와 무기를 포함하는 여러 분야에 활용될 수 있다.

MEMS 자이로스코프시스템은 일반적으로 구동 부분과 검출 부분을 포함하고, 그 설계는 일정한 복잡성을 갖고 있으며, 특히 3축을 동시에 측정하는 MEMS자이로스코프에 관계될 때 더 심각하다. 현재, 3축 자이로스코프는 주로 3개의 단일축 자이로스코프 또는 1개의 Z축 자이로스코프와 1개의 평면 검출 자이로스코프를 직교 배치하는 설계 방식으로 실현하고 있는데, 이러한 조합 방식은 장치의 소형화에 불리하므로, 단일 구조의 3축 자이로스코프를 개발하는 것은 이미 현재 MEMS 자이로스코프를 설계하고 연구 개발하는 중요한 방향으로 되고 있다.

본 발명의 목적은 성능이 양호한 단일 구조로 설계된 3축 MEMS 자이로스코프를 제공하는 데 있다. 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 아래와 같은 기술적 해결 수단을 도입한다.

3축 MEMS 자이로스코프에 있어서, 기판; 기판의 중앙 위치에 위치하고 그 중심이 원점（origin）인 환상 검출용 콘덴서; 상기 환상 검출용 콘덴서의 외측에 위치하고, y축을 따라 원점（origin）의 양측에 대칭되게 배치되며, 각각 서로 감합되는 가동 구동 전극(movable driving electrode)과 고정 구동 전극을 포함하는 두 그룹의 구동용 콘덴서; 상기 환상 검출용 콘덴서의 외측에 위치하고, x축에 따라 원점(origin）의 양측에 대칭되게 배치되며, 각각 서로 감합되는 가동 검출 전극(movable detection electrode)과 고정 검출 전극을 포함하는 두 그룹의 제2 검출용 콘덴서; 및 각각 상기 가동 구동 전극(movable driving electrode), 상기 가동 검출 전극(movable detection electrode) 및 환상 상부 전극 패드의 외부 가장자리에 연결되는 연동부; 를 포함하고, 상기 환상 검출용 콘덴서는 기판에 고정된 4개의 하부 전극 패드 및 상기 4개의 하부 전극 패드에 대향하고 상기 하부 전극 패드의 위쪽에 현가된 환상 상부 전극 패드를 포함하며, 상기 4개의 하부 전극 패드는 x축에 따라 원점（origin）의 양측에 대칭되게 배치되고, 그 대응하는 부분의 환상 상부 전극 패드에 감합되어 제1 그룹의 제1검출용 콘덴서를 구성하는 제1 그룹 하부 전극 패드와, y축에 따라 원점（origin）의 양측에 대칭되게 배치되며, 그 대응하는 부분의 환상 상부 전극 패드에 감합되어 다른 일 그룹의 제1검출용 콘덴서를 구성하는 제2 그룹 하부 전극 패드의 두 그룹으로 나뉘고, 상기 환상 상부 전극 패드는 원점（origin）의 위치에서 제1 고정점(anchor point)에 의하여 기판에 고정되며, 상기 구동용 콘덴서는 y축 방향에 따르는 구동력을 제공하고, 또한 상기 연동부를 통하여 상기 가동 검출 전극(movable detection electrode)을 y축 방향에 따라 선형 운동하도록 구동하며, 상기 환상 상부 전극 패드를 상기 제1 고정점을 둘러싸고 회전 운동하도록 구동한다.

바람직하게, 상기 가동 구동 전극(movable driving electrode)과 고정 구동 전극은 빗살모양 전극이고, 상기 가동 검출 전극(movable detection electrode)과 고정 검출 전극은 빗살모양 전극이다.

바람직하게, 상기 환상 상부 전극 패드는 원환(circular ring) 형상 또는 스퀘어 링(square ring) 형상이다.

바람직하게, 상기 제1 그룹 하부 전극 패드 그룹 내의 2개의 하부 전극 패드의 형상은 동일하고, 상기 제2 그룹 하부 전극 패드 그룹 내의 2개의 하부 전극 패드의 형상은 동일하다.

바람직하게, 상기 연동부는 직사각형의 외부 프레임과 상기 직사각형의 외부 프레임 내부에 위치하는 제1 연동부를 포함하고, 상기 직사각형의 외부 프레임은 상기 환상 검출용 콘덴서를 둘러싸며, 상기 직사각형의 외부 프레임은 제1 연동부를 통해 상기 환상 상부 전극 패드의 외부 가장자리에 연결되고, 두 그룹의 상기 구동용 콘덴서는 상기 직사각형의 외부 프레임의 x축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치되며, 상기 가동 구동 전극(movable driving electrode)은 상기 직사각형 외부 프레임의 x축에 평행되는 측변에 연결되고, 두 그룹의 상기 제2검출용 콘덴서는 상기 직사각형의 외부 프레임의 y축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치되며, 상기 가동 검출 전극(movable detection electrode)은 상기 직사각형의 외부 프레임의 y축에 평행되는 측변에 연결되고, 여기서, 상기 구동용 콘덴서는 상기 직사각형 외부 프레임을 y축 방향에 따라 선형 운동하도록 구동하며, y축 방향에 따라 선형 운동하는 직사각형의 외부 프레임은 상기 제1 연동부를 통해 상기 환상 상부 전극 패드를 상기 제1 고정점을 둘러싸고 회전 운동하게 구동한다.

바람직하게, 상기 제1 연동부는 제1 연동빔, 2개의 레버빔, 2개의 제2 연동빔, 제3 연동빔을 포함하고, 상기 제1 연동빔과 상기 제2 연동빔은 모두 y축에 평행되며, 상기 레버빔과 제3 연동빔은 모두 x축에 평행되고, 일단이 개방된 사각 틀 구조를 형성하기 위하여, 2개의 상기 레버빔은 각각 상기 제1 연동빔에 연결되고, 상기 환상 검출용 콘덴서는 2개의 레버빔 사이에 위치하며, 2개의 상기 제2 연동빔은 x축에 대하여 대칭되고 상기 레버빔과 상기 직사각형의 외부 프레임 사이에 위치하며, 상기 제2 연동빔의 일단은 인접한 레버빔에 연결되고, 타단은 상기 직사각형의 외부 프레임에 연결되며, 상기 제3 연동빔의 일단은 상기 제1 연동빔의 중간부에 연결되고, 타단은 상기 환상 상부 전극 패드의 외부 가장자리에 연결된다.

바람직하게, 상기 제1 연동부는 모두 y축에 평행되는 2개의 지지빔을 더 포함하고, 2개의 상기 지지빔은 x축에 대하여 대칭되며, 상기 사각 틀 구조와 상기 환상 검출용 콘덴서 사이에 위치하고, 일단은 인접한 일 레버빔에 연결되며, 타단은 각각 제3 고정점을 통해 상기 기판에 고정된다.

바람직하게, 상기 레버빔의 상기 제1 연동빔에 연결되지 않은 일단은 지지단이고, 2개의 상기 레버빔의 지지단은 각각 제2 고정점을 통해 상기 기판에 고정되며, 상기 제2 연동빔과 레버빔의 연결 위치는 레버빔의 지지단과 레버빔 및 지지빔의 연결점 중간에 위치한다.

바람직하게, 상기 제1 연동부는 직사각형의 내부 프레임과 제2 연동부를 더 포함하고, 상기 직사각형의 내부 프레임은 상기 직사각형의 외부 프레임 내에 위치하며, 상기 사각 틀 구조를 둘러싸고, 상기 직사각형의 외부 프레임은 제2 연동부를 통해 상기 직사각형의 내부 프레임에 연결되며, 상기 제2 연동빔은 상기 레버빔과 상기 직사각형의 내부 프레임 사이에 위치하고, 상기 제2 연동빔은 상기 직사각형의 내부 프레임을 통하여 상기 직사각형의 외부 프레임에 연결되며, 여기서, y축 방향에 따라 선형 운동하는 직사각형의 외부 프레임은 제2 연동부를 통하여 상기 직사각형 내부 프레임을 y축 방향에 따라 선형 운동하도록 구동한다.

바람직하게, 상기 제2 연동부는 Z형 감결합 빔(decoupling beam)이고, 상기 Z형 감결합 빔의 일단은 상기 직사각형의 내부 프레임의 y축에 평행되는 측변에 연결되며, 타단은 상기 직사각형의 외부 프레임의 y축에 평행되는 측변에 연결된다.

바람직하게, 상기 연동부는 상기 기판에 위치하는, 원점(origin）을 중심으로 하는 3중 직사각형 프레임을 포함하고, 안에서부터 밖으로 순차적으로 내부 프레임, 상기 내부 프레임을 둘러싼 중간 프레임 및 상기 중간 프레임을 둘러싼 외부 프레임이 설치되어 있으며, 상기 내부 프레임, 중간 프레임 및 외부 프레임은 각각 2개의 변이 x축에 평행되고, 다른 2개의 변은 y축에 평행되며, 두 그룹의 상기 구동용 콘덴서는 상기 외부 프레임의 x축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치되고, 상기 가동 구동 전극(movable driving electrode)은 상기 외부 프레임의 x축에 평행되는 측변에 연결되며, 두 그룹의 상기 제2 검출용 콘덴서는 상기 외부 프레임의 y축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치되고, 상기 가동 검출 전극(movable detection electrode)은 상기 외부 프레임의 y축에 평행되는 측변에 연결되며, 상기 외부 프레임과 상기 중간 프레임 사이는 제1 감결합 빔을 통해 연결되고, 상기 제1 감결합 빔은 상기 중간 프레임의 y축에 평행되는 양측에 설치되며, 상기 중간 프레임과 상기 내부 프레임 사이는 제2 감결합 빔을 통해 연결되고, 상기 제2 감결합 빔은 상기 내부 프레임의 x축에 평행되는 양측에 설치되며, 상기 내부 프레임 내부에 위치하는 제3 연동부는 제1 연동빔, 2개의 레버빔, 2개의 제2 연동빔, 제3 연동빔을 포함하고, 상기 제1 연동빔과 상기 제2 연동빔은 모두 y축에 평행되며, 상기 레버빔과 제3 연동빔은 모두 x축에 평행되고, 2개의 상기 레버빔은 x축에 대하여 대칭되며, 각각 상기 제1 연동빔에 연결되어 일단이 개방된 사각 틀 구조를 형성하고, 상기 환상 검출용 콘덴서는 2개의 레버빔 사이에 위치하며, 2개의 상기 제2 연동빔은 x축에 대하여 대칭되고, 상기 레버빔과 상기 내부 프레임 사이에 위치하며, 상기 제2 연동빔의 일단은 인접한 레버빔에 연결되고, 타단은 상기 내부 프레임에 연결되며, 상기 제3 연동빔의 일단은 상기 제1 연동빔의 중간부에 연결되고, 타단은 상기 환상 상부 전극 패드의 외부 가장자리에 연결된다.

바람직하게, 상기 제1 감결합 빔은 y축에 대하여 대칭되는 4개의 Z형 감결합 빔을 포함하고, 상기 Z형 감결합 빔의 일단은 상기 중간 프레임의 y축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되며, 타단은 상기 외부 프레임의 y축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되고; 또는, 상기 제1 감결합 빔은 y축에 대하여 대칭되는 4개의 L형 감결합 빔을 포함하며, 상기 L형 감결합 빔의 일단은 상기 중간 프레임의 y축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되고, 타단은 상기 외부 프레임의 x축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되며; 상기 제2 감결합 빔은 x축에 대하여 대칭되는 4개의 Z형 감결합 빔을 포함하고, 상기 Z형 감결합 빔의 일단은 상기 내부 프레임의 x축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되며, 타단은 상기 중간 프레임의 x축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되고; 또는, 상기 제2 감결합 빔은 x축에 대하여 대칭되는 4개의 L형 감결합 빔을 포함하며, 상기 L형 감결합 빔의 일단은 상기 내부 프레임의 x축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되고, 타단은 상기 중간 프레임의 y축에 평행되는 측변에 수직으로 연결된다.

바람직하게, 상기 제3 연동부는 모두 y축에 평행되는 2개의 지지빔을 더 포함하고, 2개의 상기 지지빔은 x축에 대하여 대칭되고 상기 사각 틀 구조와 상기 환상 검출용 콘덴서 사이에 위치하며, 일단은 인접한 레버빔에 연결되고, 타단은 각각 제3 고정점를 통해 상기 기판에 고정된다.

바람직하게, 상기 레버빔의 상기 제1 연동빔에 연결되지 않은 일단은 지지단이고, 2개의 상기 레버빔의 지지단은 각각 제2 고정점을 통해 상기 기판에 고정되며; 상기 제2 연동빔과 레버빔의 연결 위치는 레버빔의 지지단과 레버빔 및 지지빔의 연결점 중간에 위치한다.

바람직하게, 상기 환상 검출용 콘덴서의 환상 홀 내에 위치하는 지지빔 그룹를 더 포함하고, 상기 지지빔 그룹은 동심의 내부 원환(circular ring)과 외부 원환, 2개의 내부 환(ring) 지지빔, 2개의 내외부 환 연결빔 및 4개의 외부 환 연결빔을 포함하며, 상기 4개의 외부 환 연결빔의 일단은 각각 외부 원환과 연결되고, 타단은 각각 상기 환상 상부 전극 패드의 내부 가장자리에 연결되며; 상기 외부 환 연결빔은 x축에 따라 배치되는 그룹과 y축에 따라 배치되는 그룹의 두 그룹으로 분할되며; 2개의 상기 내부 환 지지빔의 일단은 각각 내부 원환에 연결되고, 타단은 원점（origin） 위치에서 상기 제1 고정점을 통해 상기 기판에 고정되며; 2개의 상기 내외부 환 연결빔의 일단은 각각 내부 원환에 연결되고, 타단은 각각 외부 원환에 연결되며, 상기 내부 환 지지빔은 y축에 따라 배치되고, 상기 내외부 환 연결빔은 x축에 따라 배치되며, 또는, 상기 내부 환 지지빔은 x축에 따라 배치되고, 상기 내외부 환 연결빔은 y축에 따라 배치된다.

본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프는 단일 구조로 설계되고, 콘덴서식 정전형 구동과 미분 축전 용량 검출을 활용하고 있으며, 구동 방식이 간단하고 구조가 콤팩트하며, 자이로스코프의 체적을 줄이는데 유리하고, 공정상 양산에 적합하며, 양호한 측정 정밀도와 감도를 달성할 수 있다.

아래에, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예를 상세하게 설명함으로써, 본 발명의 기타 특징 및 그 이점은 보다 명백해진다.

명세서에 결합되어 명세서의 일부를 구성하는 도면은 본 발명의 실시예를 도시하고, 그 설명과 함께 본 발명의 원리를 해석하는데 사용된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제1 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제1 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제1 실시예의 지지빔 그룹의 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제1 실시예의 연동부의 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제2 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제3 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제4 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제5 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제5 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 14는 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제6 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 15는 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제7 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 16은 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제5 실시예, 제6 실시예, 제7 실시예의 x축과 y축의 검출 시스템을 나타내는 간단한 개략도이다.
도 17은 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제5 실시예, 제6 실시예, 제7 실시예의 x축과 y축을 검출할 때 검출 질량 블록(M2)의 구동과 검출 방향의 주파수 반응곡선이다.
도 18(a), 18(b)는 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제5 실시예, 제6 실시예, 제7 실시예의 z축 검출시스템을 나타내는 간단한 개략도이다.
도 19는 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제5 실시예, 제6 실시예, 제7 실시예의 z축을 검출할 때 검출 질량 블록(M4)의 구동과 검출 방향의 주파수 반응곡선이다.
도 20은 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 지지빔 그룹의 제2 실시예의 구조를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 지지빔 그룹의 제3 실시예의 구조를 나타내는 도면이다.

아래에, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 각 예시적 실시예를 상세하게 설명한다. 별도의 구체적인 설명이 없는 한, 이러한 실시예에 설명되는 부품과 단계의 상대적인 배치, 수식 및 수치는 본 발명의 범위를 한정하지 않는다는 것에 주의해야 할 것이다.

아래의 적어도 한 예시적인 실시예에 대한 설명은 실질적으로 설명적인 것에 불과하고, 절대로 본 발명 및 그 활용 또는 사용에 대하여 그 어떤 한정을 하기 위한 것이 아니다. 당해 분야의 일반 기술자들이 공지하는 기술, 방법 및 설비에 대해 상세하게 설명하지 않을 수 있지만, 적당한 경우, 상기 기술, 방법 및 설비는 명세서의 일부분으로 간주되어야 할 것이다. 여기에 도시되고 검토되는 모든 예에 있어서, 모든 구체적인 값은 예시적인 것에 불과한 것으로 해석되어야 할 것이고, 한정적인 것으로 해석되어서는 안된다. 그러므로, 예시적 실시예의 기타 예는 서로 다른 값을 가질 수 있다. 유사한 부호 및 알파벳은 아래의 도면에 있어서 유사한 요소를 표시하고, 일단 어느 한 요소가 한 도면에서 정의되면 그 뒤의 도면에서 그에 대하여 가일층 검토할 필요가 없다는 점에 주의를 돌려야 할 것이다.

(1) 도 1~6을 참조하면, 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제1 실시예를 나타내고, 기판(1)의 중앙 위치에는 일 환상 검출용 콘덴서가 있고, 환상 검출용 콘덴서의 중심을 원점(origin）(O)로 정의하며, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(1)이 위치하는 평면은 xy평면의 공간 직각 좌표계(Space rectangular coordinate system)이며, 공간 직각 좌표계의 z축은 기판(1)에 수직된다.

도 3을 참조하면, 환상 검출용 콘덴서는 기판에 고정된 4개의 하부 전극 패드 및 4개의 하부 전극 패드에 마주하고, 하부 전극 패드의 위쪽에 매달려되어 있는 환상 상부 전극 패드(8)을 포함하며, 하부 전극 패드가 배열되어 구성되는 형상은 환상 상부 전극 패드(8)의 형상과 일치한다.

4개의 하부 전극 패드는, x축에 따라 원점（origin）의 양측에 대칭되게 배치되고, 그룹 내의 2개의 하부 전극 패드의 형상이 동일하며, 그에 대응하는 부분의 환상 상부 전극 패드(8)에 감합되어 일 그룹의 제1 검출용 콘덴서(A)를 구성하는 제1그룹 하부 전극 패드(6a)와, y축에 따라 원점（origin）의 양측에 대칭되게 배치되고 그룹 내의 2개의 하부 전극 패드의 형상이 동일하며, 그에 대응하는 부분의 환상 상부 전극 패드(8)에 감합되어 제1 검출용 콘덴서(B)를 구성하는 제2그룹 하부 전극 패드(6b)의 두 그룹으로 나뉜다.

환상 상부 전극 패드(8)는 지지 구조에 의하여 하부 전극 패드의 위쪽에 매달려되어 있고, 지지 구조는 환상 검출용 콘덴서의 환상 홀 내에 위치하며 환상 상부 전극 패드(8)의 내부 가장자리에 연결되고, 지지 구조는 원점（origin） 위치에서 제1 고정점(5a)을 통하여 기판에 고정되며, 중심만 고정되므로 환상 상부 전극 패드(8)는 외력의 작용하에서 xyz 중 어느 한 축을 둘러싸고 회전 진동(angular vibration)을 할 수 있다.

도 5는 본 실시예의 지지 구조의 구조를 도시한 도면이고, 지지 구조는 지지빔 그룹(18)이며, 동심의 내부 원환(19)와 외부 원환(20), 2개의 내부 환 지지빔(21), 2개의 내외부 환 연결빔(22) 및 4개의 외부 환 연결빔(23)을 포함하며, 4개의 외부 환 연결빔(23)의 일단은 각각 외부 원환(20)에 연결되고, 타단은 각각 환상 상부 전극 패드(8)의 내부 가장자리에 연결되며, 외부 환 연결빔(23)은 x축에 따라 배치되는 일 그룹과 y축에 따라 배치되는 다른 일 그룹의 두 그룹으로 분할되며, 4개의 외부 환 연결빔(23)은 균일하게 외부 원환(20)의 주변을 분할하고, 2개의 내부 환 지지빔(21)의 일단은 각각 내부 원환(19)에 연결되며, 타단은 제1 고정점(5a)를 통하여 기판(1)에 고정되고, 2개의 내외부 환 연결빔(22)의 일단은 각각 내부 원환(19)에 연결되며, 타단은 각각 외부 원환(20)에 연결되고, 내부 환 지지빔(21)은 y축에 따라 배치되며, 내외부 환 연결빔(22)은 x축에 따라 배치된다. 기타 실시예에 있어서, 내부 환 지지빔(21)을 x축을 따라 배치되도록 설치하고, 내외부 환 연결빔(22)를 y축에 따라 배치되도록 설치할 수도 있다.

도 2의 단면 부분으로부터 알 수 있다 싶이, 환상 상부 전극 패드(8)의 내부 가장자리는 환상 홀 내의 지지빔 그룹(18)에 연결되고, 지지빔 그룹(18)은 원점（origin）위치에서 제1 고정점(5a)을 통하여 기판(1)에 고정되며, 환상 상부 전극 패드(8)은 제1 고정점(5a)에 지지되어 하부 전극 패드의 위쪽에 매달려되어 있다. 지지빔 그룹은 중심만이 고정되고 가늘며 일정한 탄력성을 구비하므로, 환상 상부 전극 패드(8)은 외력의 작용하에서 xyz중 어느 하나의 축을 둘러싸고 회전 진동을 할 수 있다.

여기서, 환상 상부 전극 패드(8)은 원환 형상이지만, 본 발명은 원환 형상에 한정되지 않는다는 것에 주의를 돌려야 한다. 본 발명에 있어서의 "환상"은 중심에 공동이 설치되어 있는 구조를 말하고, 예를 들면, 내부 가장자리와 외부 가장자리가 모두 원형의 원환 형상이고, 내부 가장자리와 외부 가장자리가 모두 직사각형의 스퀘어 링 형상이며, 외부 가장자리가 원형이고 내부 가장자리가 스퀘어 링 형상이며, 외부 가장자리가 스퀘어 링 형상이고 내부 가장자리가 원형의 형상이며, 중심에 구멍이 뚫려진 십자형의 형상 등은 모두 대등의 실시예로서 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.

여기서, 환상 상부 전극 패드(8)과 지지 구조는 직접 일체 구조일 수도 있고, 예를 들면, 일체로 구성된 후에 에칭되어 형성될 수 있다.

여기서, 환상 검출용 콘덴서와 지지 구조로 이루어진 환상 가변 콘덴서는 두 방향에 있어서의 변형을 측정할 수 있고, 동시에 변형시 저항이 작고 변형 공간이 큰 이점을 더 구비하며, 양호한 측정 정밀도와 감도를 달성할 수 있다. 본 발명의 환상 가변 콘덴서의 구조는 간단하고 콤팩트하며, 미세전자기계시스템의 체적을 줄이는데 유리하고, 공정상 양산에 적합하며, 본 발명의 3축 자이로스코프에 활용되는 외에도 평면 2축 자이로스코프, z축 자이로스코프 및 마이크로 작동장치, 예를 들면 마이크로 스위치 등을 제작하는데 사용할 수 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 제1 실시예의 연동부는 미세전자기계 가변형 구조이고, 직사각형의 내부 프레임(13), 직사각형의 외부 프레임(14), 4개의 Z형 감결합 빔(15), 제1 연동빔(9), 2개의 레버빔(10), 2개의 제2 연동빔(11), 2개의 지지빔(12), 제3 연동빔(24)를 포함한다.

직사각형의 외부 프레임(14)는 직사각형의 내부 프레임(13)을 둘러싸고, 직사각형의 외부 프레임(14)의 중심과 직사각형의 내부 프레임(13)의 중심은 원점（origin）을 마주하며, 직사각형 내부 프레임(13)은 4개의 Z형 감결합 빔(15)을 통하여 직사각형 외부 프레임(14)에 연결되고, Z형 감결합 빔(15)은 각각 직사각형 내부 프레임(13)의 4개 모서리 주변에 배치되며 직사각형 내부 프레임(13)의 y축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치되고, Z형 감결합 빔(15)의 일단은 직사각형 내부 프레임(13)의 y축에 평행되는 측변에 연결되며, 타단은 직사각형 외부 프레임(14)의 y축에 평행되는 측변에 연결된다.

여기서, 설명해야 할 것은, Z형 감결합 빔(15)은 기타 개수일 수도 있고, Z형 감결합 빔(15)의 일단이 직사각형 내부 프레임(13)의 y축에 평행되는 측변에 연결되고, 타단이 직사각형 외부 프레임(14)의 y축에 평행되는 측변에 연결되기만 하면 된다. 바람직하게, Z형 감결합 빔은 2개의 그룹으로 나뉘고, 직사각형 내부 프레임(13)의 y축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치된다.

제1 연동빔(9), 제2 연동빔(11), 지지빔(12)은 모두 y축에 평행되게 설치되고, 레버빔(10)과 제3연동빔(24)은 x축에 평행되게 설치된다. 2개의 레버빔(10)은 x축에 대칭되고, 각각 제1 연동빔(9)에 연결되어 일단이 개방된 사각 틀 구조를 형성하며, 사각 틀 구조는 직사각형 내부 프레임(13) 내부에 위치하고, 환상 검출용 콘덴서는 2개의 레버빔(10) 사이에 위치하며, 제2 연동빔(11)은 x축에 대하여 대칭되고 레버빔(10)과 직사각형 내부 프레임(13) 사이에 위치하며, 제2 연동빔(11)의 일단은 인접한 일 레버빔(10)에 연결되고, 타단은 직사각형 내부 프레임(13)에 연결됨으로써, 직사각형 내부 프레임(13)을 통하여 직사각형 외부 프레임(14)에 연결되고, 제3 연동빔(24)의 일단은 제1 연동빔(9)의 중간부에 연결되고, 타단은 환상 상부 전극 패드(8)의 외부 가장자리에 연결된다. 2개의 지지빔(12)은 x축에 대하여 대칭되고, 사각 틀 구조와 환상 검출용 콘덴서 사이에 위치하며, 일단은 인접한 일 레버빔(10)에 연결되고, 타단은 각각 제3 고정점(5c)을 통해 기판(1)에 고정된다. 여기서, 레버빔(10)의 제1 연동빔(9)에 연결되지 않은 일단은 지지단이고, 2개의 레버빔(10)의 지지단은 각각 제2 고정점(5b)을 통하여 기판(1)에 고정된다. 여기서, 제2 연동빔(11)과 레버빔(10)의 연결 위치는 레버빔(10)의 지지단과 레버빔(10) 및 지지빔(12)의 연결점의 중간에 위치한다. 여기서, 2개의 제2 고정점(5b)은 x축에 대하여 대칭되고, 2개의 제3 고정점(5c)은 x축에 대하여 대칭되게 설치되며, 이러한 대칭되게 고정하는 설치는 직사각형 내외 프레임이 받는 힘을 보다 균일하게 한다.

두 그룹의 구동용 콘덴서는 직사각형 외부 프레임(14)의 x축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치되고, 각 그룹의 구동용 콘덴서는 모두 서로 감합되는 가동 구동 전극(movable driving electrode)(16)과 고정 구동 전극(4)을 포함하며, 가동 구동 전극(movable driving electrode)(16)은 직사각형 외부 프레임(14)의 x축에 평행되는 측변에 연결되고, 고정 구동 전극(4)은 기판(1)에 고정된다.

두 그룹의 제2 검출용 콘덴서는 직사각형 외부 프레임(14)의 y축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치되고, 각 그룹의 제2 검출용 콘덴서는 모두 서로 감합되는 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)과 고정 검출 전극(3)을 포함하며, 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)은 직사각형 외부 프레임(14)의 y축에 평행되는 측변에 연결되고, 고정 검출 전극(3)은 기판(1)에 고정된다.

여기서, 본 실시예에 있어서의 가동 구동 전극(movable driving electrode)(16)과 고정 구동 전극(4) 및 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)과 고정 검출 전극(3)은 모두 빗살모양 전극이다.

본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제1 실시예의 동작 원리는 아래와 같다.

구동용 콘덴서는 y축 방향에 따르는 구동력을 제공하고, 외부에 의하여 구동될때, 직사각형 외부 프레임(14), 가동 구동 전극(movable driving electrode)(16) 및 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)은 y축 방향에 따라 선형 운동하며, Z형 감결합 빔(15)은 직사각형 내부 프레임(13)을 y축 방향에 따라 선형 운동하도록 구동하며, 동시에 제2 연동빔(11)은 레버빔(10)을 y축 방향에 따라 선형 운동하도록 구동하고, 레버빔(10)은 레버에 해당하므로, 제1 연동빔(9)을 y축 방향으로 선형 운동하도록 구동하며, 제1 연동빔(9)의 운동 방향은 제2 연동빔(11)과 서로 반대이다. 제1 연동빔(9)은 제3 연동빔(24)을 통하여 환상 상부 전극 패드(8)의 외부 가장자리에 연결되고, 환상 상부 전극 패드(8)는 지지빔 그룹(18)을 통하여 원점（origin） 위치에서 제1 고정점(5a)을 통하여 기판(1)에 고정되므로, 환상 상부 전극 패드(8)는 제1 연동빔(9)에 구동되어 제1 고정점(5a)을 둘러싸고 회전하며, 즉, z축을 둘러싸고 회전 진동한다. 그러므로, 구동 운동은 직사각형 내외 프레임의 y축 방향에 따른 선형 운동과 환상 상부 전극 패드(8)의 z축을 에워싼 회전 진동을 포함한다.

자이로스코프가 x축을 둘러싸고 회전할 때, 코리올리힘의 작용하에, 환상 상부 전극 패드(8)는 y축을 둘러싸고 회전 진동하고, 이에 따라 제1 그룹 하부 전극 패드(6a)와 환상 상부 전극 패드(8)의 간격이 변화되며, 제1 검출용 콘덴서(A)를 변화시키고, 상기 콘덴서의 변화는 자이로스코프의 x축을 둘러싸고 회전하는 각속도에 정비례하며, 이에 따라 x축의 각속도를 측정할 수 있다. 이때, 제1 검출용 콘덴서(B)와 제2 검출용 콘덴서는 영향을 받지 않고, 또는 그 영향이 아주 작아 무시할 수 있다.

자이로스코프가 y축을 둘러싸고 회전할 때, 코리올리힘의 작용하에, 환상 상부 전극 패드(8)는 x축을 둘러싸고 회전 진동하고, 이에 따라 제2 그룹 하부 전극 패드(6b)와 환상 상부 전극 패드(8)의 간격이 변화되고, 제1 검출용 콘덴서(B)를 변화시키며, 상기 콘덴서의 변화는 자이로스코프의 y축을 둘러싸고 회전하는 각속도에 정비례하고, 이에 따라 y축의 각속도를 측정할 수 있다. 이때, 제1 검출용 콘덴서(A)와 제2 검출용 콘덴서는 영향을 받지 않고, 또는 그 영향이 아주 작아 무시할 수 있다.

자이로스코프가 z축을 둘러싸고 회전할 때, z축을 둘러싸고 회전 진동하는 환상 상부 전극 패드(8) 자체는 영향을 받지 않는다. 코리올리힘의 작용에 의하여, 직사각형 외부 프레임(14)과 직사각형 내부 프레임(13)에 x축 방향의 작용력이 인가되지만, 레버빔(10)이 강성을 갖고 일단이 고정되어 있으므로, 직사각형 내부 프레임(13)의 x축 방향에서의 운동은 제한되고, 환상 상부 전극 패드(8)에도 영향을 주지 않으므로, 환상 검출용 콘덴서는 영향을 받지 않는다. Z형 감결합 빔(15)의 감결합 작용에 의하여, 직사각형 내외 프레임을 연결하는 Z형 감결합 빔(15)은 직사각형 외부 프레임(14)의 x축 방향에서의 운동을 한정하지 않고, 이에 따라, 직사각형 외부 프레임(14)은 x축 방향에 따라 선형 운동하며, 제2 검출용 콘덴서(가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)과 고정 검출 전극(3)으로 구성된다)를 변화시키며, 상기 콘덴서의 변화는 자이로스코프의 z축을 둘러싸고 회전하는 각속도를 반영하고, 이에 따라 z축의 각속도를 검출할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 레버빔(10)은 제1 연동빔(9), 제2 연동빔(11) 및 지지빔(12)에 연결되는 외에, 또한 지지단을 통하여 기판(1)에 고정되고(즉, 제2 고정점(5b) 위치), 제2 연동빔(11)과 레버빔(10)의 연결 위치는 레버빔(10)의 지지단과 레버빔(10) 및 지지빔(12)의 연결점 중간에 위치하며, 이러한 경우, 직사각형 내외 프레임의 운동에 대하여 이로운데, 이는, 레버빔(10) 원래의 자유단을 지지단으로 고정한 후, 제2 고정점(5b)과 지지빔(12) 사이의 레버빔(10)이 양단의 지지빔에 해당하고, 이 부분의 레버빔(10)의 변형 모드는 중간이 볼록해지고 양단이 고정되는 형태로서, y축에 수직되는 상태는 변화되지 않고, 이때 제2 연동빔(11)이 그 중간 위치에 위치하면, 제2 연동빔(11)은 토크의 영향을 받아 가일층 회전하는 일이 없을 것이고, 이에 따라 직사각형 내부 프레임(13)이 y축에만 따라 선형 운동하도록 가일층 보증할 수 있으며, 중간 위치를 이탈하는 경우, 레버빔(10)의 y축에 수직되는 상태는 변화되고, 이러한 편향은 직사각형 내외 프레임의 운동 형태에 영향을 주기 때문이다.

제1 실시예의 미세전자기계 가변형 구조는 외력의 작용하에서, 외부 프레임, 내부 프레임 및 사각 틀 구조가 모두 변형되고 이그러지는 효과를 나타낼 수 있으며, 동시에, 변형 저항이 작고 변형 공간이 큰 이점을 가지며 이에 따라 양호한 측정 정밀도와 감도를 달성할 수 있다. 본 발명의 미세전자기계 가변형 구조는 간단하고 콤팩트하며, 미세전자기계시스템의 체적을 줄이는데 유리하고, 공정상 양산에 적합하다. 본 발명의 3축 자이로스코프에 활용되는 외에, 기계 구조 차원에서 미소 변위의 증폭를 이룰 수 있고, 센서의 검출 감도와 신호 대 잡음비를 향상하는데 유리하며, 민감성 구조의 회로시스템에 대한 요구를 저하시킨다.

(2) 도 7은 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제2 실시예를 나타낸다.

도 7로 부터 알 수 있다 싶이, 제1 실시예와의 주요한 차이점은 연동부가 상이한 것이고, 구체적으로 말하면, 제2 실시예는 직사각형 내부 프레임을 생략하고 있다는 점이다.

(3) 도 8은 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제3 실시예를 나타낸다.

도 8로부터 알 수 있다 싶이, 제2 실시예와의 주요한 차이점은 구동용 콘덴서와 제2 검출용 콘덴서의 구조가 다르다는 점이고, 제2 실시예에서의 구동용 콘덴서와 제2 검출용 콘덴서는 빗살모양 콘덴서이고, 전극 패드 사이의 겹쳐지는 길이의 변화에 기초하여 검출하며, 제3 실시예에 있어서의 구동용 콘덴서와 제2 검출용 콘덴서는 이형의 평판형 콘덴서이고, 전극 패드 사이의 간격의 변화에 기초하여 검출한다.

(4) 도 9는 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제4 실시예를 나타낸다.

도 9로부터 알 수 있다 싶이, 제3 실시예와의 주요한 차이점은 연동부의 구조가 다르다는 것인데, 제3 실시예에 있어서의 구동용 콘덴서는 직사각형 외부 프레임에 의하여 구동력을 제2 검출용 콘덴서에 전달하고, 제4 실시예에 있어서의 구동용 콘덴서는 팔각형 외부 프레임에 의하여 구동력을 제2 검출용 콘덴서에 전달한다.

제2 실시예, 제3 실시예, 제4 실시예로부터 알 수 있다 싶이, 본 발명의 구동용 콘덴서와 제2 검출용 콘덴서는 빗살모양 콘덴서에 한정되지 않고, 연동부의 구조도 실시예에 있어서의 구체적인 구조에 한정되지 않는다. 본 발명에 있어서, 구동용 콘덴서가 y축 방향에 따라 구동될 때, 연동부를 통하여 가동 검출 전극(movable detection electrode)을 y축 방향에 따라 선형 운동하도록 구동시키고, 환상 상부 전극 패드를 제1 고정점을 둘러싸고 회전 운동을 하도록 구동할 수만 있으면 되고, 이러한 기능을 달성할 수 있는 연동부의 설계는 모두 본 발명의 보호 범위 내에 속해야 할 것이다.

(5) 도 10~13은 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제5 실시예를 나타낸다.

제5 실시예의 환상 검출용 콘덴서, 환상 검출용 콘덴서의 지지빔 그룹, 구동용 콘덴서, 제2 검출용 콘덴서는 모두 제1 실시예와 유사하고, 주요한 차이점은 환상 검출용 콘덴서, 구동용 콘덴서, 제2 검출용 콘덴서를 연결하는 연동부의 구조가 다르다는 것이다.

제5 실시예의 연동부는 미세전자기계 가변형 구조이고,

원점（origin）을 중심으로 하는 3중 직사각형 프레임이며, 안에서부터 밖으로 순차적으로 내부 프레임(13), 내부 프레임(13)을 둘러싼 중간 프레임(1314) 및 중간 프레임(1314) 를 둘러싼 외부 프레임(14)이 설치되어 있다. 내부 프레임(13), 중간 프레임(1314) 및 외부 프레임(14)의 중심은 모두 원점（origin）을 바로 마주하고 있다. 내부 프레임(13), 중간 프레임(1314) 및 외부 프레임(14)은 각각 2개의 변이 x축에 평행되고, 다른 2개의 변은 y축에 평행된다.

외부 프레임(14)과 중간 프레임(1314) 사이는 4개의 제1 감결합 빔(151)에 의하여 연결되며, 제1 감결합 빔(151)은 중간 프레임(1314)의 y축에 평행되는 양측에 설치되고 y축에 대하여 대칭된다. 제1 감결합 빔(151)은 Z형 감결합 빔이고, 일단은 중간 프레임(1314)의 y축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되며, 타단은 외부 프레임(14)의 y축에 평행되는 측변에 수직으로 연결된다.

중간 프레임(1314)과 내부 프레임(13) 사이는 4개의 제2 감결합 빔(152)에 의하여 연결되며, 제2 감결합 빔(152)은 내부 프레임(13)의 x축에 평행되는 양측에 설치되고 x축에 대하여 대칭된다. 제2 감결합 빔(152)은 Z형 감결합 빔이고, 일단은 내부 프레임(13)의 x축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되며, 타단은 중간 프레임(1314)의 x축에 평행되는 측변에 수직으로 연결된다.

내부 프레임(13) 내부에 위치하는 제3 연동부는, 제1 연동빔(9), 2개의 레버빔(10), 2개의 제2 연동빔(11), 2개의 지지빔(12), 제3 연동빔(24)을 포함한다. 제 1 연동빔(9), 제2 연동빔(11), 지지빔(12)는 모두 y축에 평행되게 설치되고, 레버빔(10)과 제3 연동빔(24)는 x축에 평행되게 설치된다. 2개의 레버빔(10)은 x축에 대하여 대칭되고, 각각 제1 연동빔(9)에 연결되어 일단이 개방된 사각 틀 구조를 형성하며, 사각 틀 구조는 내부 프레임(13)의 내부에 위치하고, 환상 검출용 콘덴서는 2개의 레버빔(10) 사이에 위치하며, 제2 연동빔(11)은 x축에 대하여 대칭되고 레버빔(10)과 내부 프레임(13) 사이에 위치하며, 제2 연동빔(11)의 일단은 인접한 일 레버빔(10)에 연결되고, 타단은 내부 프레임(13)에 연결됨으로써, 내부 프레임(13)을 통하여 중간 프레임(1314)에 연결되고, 나아가 외부 프레임(14)과의 연결을 이루며, 제3 연동빔(24)의 일단은 제1 연동빔(9)의 중간부에 연결되고, 타단은 환상 상부 전극 패드(8)의 외부 가장자리에 연결된다. 2개의 지지빔(12)은 x축에 대하여 대칭되고, 사각 틀 구조와 환상 검출용 콘덴서 사이에 위치하며, 일단은 인접한 일 레버빔(10)에 연결되고, 타단은 각각 제3 고정점(5c)을 통해 기판(1)에 고정된다. 여기서, 레버빔(10)의 제1 연동빔(9)에 연결되지 않은 일단은 지지단이고, 2개의 레버빔(10)의 지지단은 각각 제2 고정점(5b)을 통하여 기판(1)에 고정된다. 여기서, 제2 연동빔(11)과 레버빔(10)의 연결 위치는 레버빔(10)의 지지단과 레버빔(10) 및 지지빔(12)의 연결점의 중간에 위치한다. 여기서, 2개의 제2 고정점(5b)은 x축에 대하여 대칭되게 설치되고, 2개의 제3 고정점(5c)은 x축에 대하여 대칭되게 설치되며, 이러한 대칭되게 고정하는 설치는 환상 검출용 콘덴서에 인가되는 힘을 보다 균일하게 한다.

제5 실시예의 미세전자기계 가변형 구조는 외력의 작용하에서, 외부 프레임, 중간 프레임, 내부 프레임 및 사각 틀 구조가 모두 변형되고 이그러지는 효과를 나타낼 수 있으며, 동시에, 변형 저항이 작고 변형 공간이 큰 이점을 가지며, 이에 따라 양호한 측정 정밀도와 감도를 달성할 수 있다. 본 발명의 미세전자기계 가변형 구조는 간단하고 콤팩트하며, 미세전자기계시스템의 체적을 줄이는데 유리하고, 공정상 양산에 적합하며, 온도 및 가공 공정의 오차에 의한 영향이 작고, 측정 수단에 유리하며, 양호한 측정 정밀도와 감도를 달성할 수 있다. 본 발명의 3축 자이로스코프에 활용되는 외에, 기계 구조 차원에서 미소 변위의 증폭을 이룰 수 있고, 센서의 검출 감도와 신호 대 잡음비를 향상하는데 유리하며, 민감성 구조의 회로시스템에 대한 요구를 저하시킨다.

두 그룹의 구동용 콘덴서는 외부 프레임(14)의 x축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치되고, 각 그룹의 구동용 콘덴서는 모두 서로 감합되는 가동 구동 전극(movable driving electrode)(16)과 고정 구동 전극(4)을 포함하며, 가동 구동 전극(movable driving electrode)(16)은 외부 프레임(14)의 x축에 평행되는 측변에 연결되고, 고정 구동 전극(4)은 기판(1)에 고정된다.

두 그룹의 제2 검출용 콘덴서는 외부 프레임(14)의 y축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치되고, 각 그룹의 제2 검출용 콘덴서는 모두 서로 감합되는 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)과 고정 검출 전극(3)을 포함하며, 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)은 외부 프레임(14)의 y축에 평행되는 측변에 연결되고, 고정 검출 전극(3)은 기판(1)에 고정된다.

여기서, 본 실시예에 있어서의 가동 구동 전극(movable driving electrode)(16)과 고정 구동 전극(4) 및 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)과 고정 검출 전극(3)은 모두 빗살모양 전극이고, 전극 패드 사이의 겹쳐진 길이의 변화에 의하여 검출한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 구동용 콘덴서와 제2 검출용 콘덴서는 또한 평판형 콘덴서일 수도 있고, 전극 패드 사이의 간격의 변화에 의하여 검출한다.

본 발명의 3축 다자유도계 MEMS 자이로스코프의 제5 실시예의 동작 원리는 아래와 같다.

구동용 콘덴서는 y축 방향에 따르는 구동력을 제공하고, 외부에 의하여 구동될 때, 외부 프레임(14), 가동 구동 전극(movable driving electrode)(16) 및 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)은 y축 방향에 따라 선형 운동하고, 중간 프레임(1314), 내부 프레임(13)을 y축 방향에 따라 선형 운동하도록 구동하며, 동시에 제2 연동빔(11)은 레버빔(10)을 y축 방향에 따라 선형 운동하도록 구동하고, 레버빔(10)은 레버에 해당하므로, 제1 연동빔(9)을 구동하여 y축 방향으로 선형 운동하게 하고, 여기서, 제1 연동빔(9)의 운동 방향은 제2 연동빔(11)과 서로 반대이다. 제1 연동빔(9)은 제3 연동빔(24)을 통하여 환상 상부 전극 패드(8)의 외부 가장자리에 연결되고, 환상 상부 전극 패드(8)는 지지빔 그룹(18)을 통하여 원점（origin） 위치에서 제1 고정점(5a)을 통하여 기판(1)에 고정되므로, 환상 상부 전극 패드(8)는 제1 연동빔(9)에 구동되어 제1 고정점(5a)을 둘러싸고 회전하며, 즉, z축을 둘러싸고 회전 진동한다. 그러므로, 구동 운동은 3중 프레임의 y축 방향에 따른 선형 운동과 환상 상부 전극 패드(8)의 z축을 둘러싼 회전 진동을 포함한다.

자이로스코프가 x축을 둘러싸고 회전할 때, 코리올리힘의 작용하에, 환상 상부 전극 패드(8)는 y축을 둘러싸고 회전 진동하고, 이에 따라 제1 그룹 하부 전극 패드(6a)와 환상 상부 전극 패드(8)의 간격이 변화되고, 제1 검출용 콘덴서(A)를 변화시키며, 상기 콘덴서의 변화는 자이로스코프의 x축을 둘러싸고 회전하는 각속도에 정비례하며, 그러므로 x축의 각속도를 측정할 수 있다. 이때, 제1 검출용 콘덴서(B)와 제2 검출용 콘덴서는 영향을 받지 않고, 또는 그 영향이 아주 작아 무시할 수 있다.

자이로스코프가 y축을 둘러싸고 회전할 때, 코리올리힘의 작용하에, 환상 상부 전극 패드(8)는 x축을 둘러싸고 회전 진동하고, 이에 따라 제2 그룹 하부 전극 패드(6b)와 환상 상부 전극 패드(8)의 간격이 변화되고, 제1검출용 콘덴서(B)를 변화시키며, 상기 콘덴서의 변화는 자이로스코프의 y축을 둘러싸고 회전하는 각속도에 정비례하며, 이에 따라 y축의 각속도를 측정할 수 있다. 이때, 제1 검출용 콘덴서(A)와 제2검출용 콘덴서는 영향을 받지 않고, 또는 그 영향이 아주 작아 무시할 수 있다.

자이로스코프가 z축을 둘러싸고 회전할 때, z축을 둘러싸고 회전 진동하는 환상 상부 전극 패드(8) 자체는 영향을 받지 않는다. 코리올리힘의 작용에 의하여, 외부 프레임(14), 중간 프레임(1314), 내부 프레임(13)에 x축 방향의 작용력이 인가되지만, 레버빔(10)이 강성을 갖고 일단이 고정되어 있으므로, 내부 프레임(13)의 x축 방향에서의 운동은 제한되고, 환상 상부 전극 패드(8)에도 영향을 주지 않으므로 환상 검출용 콘덴서는 영향을 받지 않는다. 제1 감결합 빔(151)의 감결합 작용에 의하여, 외부 프레임(14)의 x축 방향에서의 운동을 한정하지 않고, 이에 따라, 외부 프레임(14)은 x축 방향에 따라 선형 운동하며, 제2 검출용 콘덴서(가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)과 고정 검출 전극(3)으로 구성된다)를 변화시키고, 상기 콘덴서의 변화는 자이로스코프의 z축을 둘러싸고 회전하는 각속도를 반영하고, 이에 따라 z축의 각속도를 검출하는데 사용할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 레버빔(10)은 제1 연동빔(9), 제2 연동빔(11) 및 지지빔(12)에 연결되는 외에, 지지단을 통하여 기판(1)에 고정되고(즉, 제2 고정점(5b) 위치), 제2 연동빔(11)과 레버빔(10)의 연결 위치는 레버빔(10)의 지지단과 레버빔(10) 및 지지빔(12)의 연결점 중간에 위치하며, 이러한 경우, 3중 프레임의 운동에 대하여 이로운데, 이는, 레버빔(10) 원래의 자유단을 지지단으로 고정한 후, 제2 고정점(5b)과 지지빔(12) 사이의 레버빔(10)이 양단의 지지빔에 해당하고, 이 부분의 레버빔(10)의 변형 모드는 중간이 볼록해지고 양단이 고정되는 형태로서, y축에 수직되는 상태는 변화되지 않고, 이때, 제2 연동빔(11)이 그 중간 위치에 위치하는 경우, 제2 연동빔(11)은 토크의 영향을 받아 회전하는 일이 없을 것이고, 중간 위치를 이탈하는 경우, 레버빔(10)의 y축에 수직되는 상태는 변화되고, 이러한 편향은 3중 프레임의 운동 형태에 영향을 주기 때문이다.

(6) 도 14는 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제6 실시예를 나타낸다.

제6 실시예와 제5 실시예의 3축 검출 원리는 동일하고, 제5 실시예와의 주요한 차이점은 제1 감결합 빔(151)의 형상과 연결 방식이 다르다는 것이다. 제6 실시예에 있어서, 외부 프레임(14)과 중간 프레임(1314) 사이는 4개의 제1 감결합 빔(151)에 의하여 연결되며, 제1 감결합 빔(151)은 중간 프레임(1314)의 y축에 평행되는 양측에 설치되고 y축에 대하여 대칭되며, 제1 감결합 빔(151)은 L형 감결합 빔이고, 일단이 중간 프레임(1314)의 y축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되며, 타단이 외부 프레임(14)의 x축에 평행되는 측변에 수직으로 연결된다.

(7) 도 15는 본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프의 제7 실시예를 나타낸다.

제7 실시예와 제5 실시예의 3축 검출 원리는 동일하고, 제6 실시예와의 주요한 차이점은 제2 감결합 빔(152)의 형상과 연결 방식이 다르다는 것이다. 제7 실시예에 있어서, 중간 프레임(1314)과 내부 프레임(13) 사이는 4개의 제2 감결합 빔(152)에 의하여 연결되며, 제2 감결합 빔(152)은 내부 프레임(13)의 x축에 평행되는 양측에 설치되고 x축에 대하여 대칭되며, 제2 감결합 빔(152)은 L형 감결합 빔이고, 일단이 내부 프레임(13)의 x축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되며, 타단이 중간 프레임(1314)의 y축에 평행되는 측변에 수직으로 연결된다.

본 발명의 자이로스코프의 제5 실시예, 제6 실시예, 제7 실시예는 3중 직사각형 프레임 구조를 특별히 설계하고, 내부 프레임과 중간 프레임 사이는 Z형 또는 L형의 제2 감결합 빔을 통하여 연결되며, 중간 프레임과 외부 프레임 사이는 Z형 또는 L형의 제1 감결합 빔을 통하여 연결되고, 여기서, 제1 감결합 빔은 외부 프레임(14)과 중간 프레임(1314)의 y축 방향에서의 상대적인 운동을 한정하고, 제2 감결합 빔은 중간 프레임(1314)과 내부 프레임(13)의 x축 방향에서의 상대적인 운동을 한정하며, 이러한 특수한 설계는 자이로스코프의 견고성을 강화할 수 있으며, 구체적으로 도 16~19를 참조하여 그 유익한 효과를 설명한다.

도 16은 본 발명의 자이로스코프의 제5 실시예, 제6 실시예, 제7 실시예의 x축과 y축 검출시스템을 나타내는 간단한 개략도이고, 도 17은 제5 실시예, 제6 실시예, 제7 실시예의 x축과 y축을 검출할 때 검출 질량 블록(M2)의 구동과 검출 방향의 주파수반응곡선이다.

도 16을 참조하면, 제1 감결합 빔(151)은 외부 프레임(14)과 중간 프레임(1314)의 y축 방향에서의 상대적인 운동을 한정하므로, 외부 프레임(14)과 중간 프레임(1314)의 조합을 질량 블록(M1)으로 간단화 할 수 있으며, 내부 프레임(13)과 환상 상부 전극 패드(8) 및 양자를 연결하는 각 연결빔의 조합은 검출용 질량 블록(M2)으로 간단화 할 수 있다. 도 17을 참조하면, 질량 블록(M1)은 구동력에 의하여 검출용 질량 블록(M2)의 구동 방향에서의 운동을 구동하는데, 여기서, 질량 블록(M1)은 구동 방향에서만 운동할 수 있고, 검출용 질량 블록(M2)은 동시에 구동과 검출 방향에서 운동할 수 있다. 검출용 질량 블록(M2)의 구동 운동 주파수반응곡선에 있어서, 구동 주파수가 구동 주파수반응곡선의 두 최대치 사이의 직선 구간에 있을 때, 시스템 전체는 동적 증폭을 달성하고, 즉, 질량 블록(M1)의 운동 진폭은 최소에 달하며, 검출용 질량 블록(M2)의 운동 진폭은 최대에 달한다. 또한, 이때, 온도와 가공의 오차에 의한 공진 주파수의 변화는 직선 구간의 주파수 반응의 구동에 대한 영향이 아주 작으므로, 자이로 구동 운동 변화가 아주 작고, 이에 따라 자이로 구동 동작의 안정성을 향상시킨다. 나아가, 아울러 검출용 질량 블록(M2)의 검출 방향의 검출 형태의 고유 주파수를 구동 주파수 반응의 두 최대치 사이의 직선 구간에 설계함으로써, 구동과 검출 주파수의 일치를 실현할 수 있고, 자이로스코프의 검출 정밀도 및 감도 등 성능을 향상시킨다.

도18(a), 18(b)는 본 발명의 자이로스코프의 제5 실시예, 제6 실시예, 제7 실시예의 z축 검출시스템을 나타내는 간단한 개략도이고, 도 19는 제5 실시예, 제6 실시예, 제7 실시예의 z축을 검출할 때 검출 질량 블록(M4)의 구동과 검출 방향의 주파수 반응 곡선이다.

도 18(a)에 도시한 바와 같이, z축 검출시스템의 구동 운동 동적 증폭 원리는 동일한 구동 운동이므로 도 16과 같다. 도 18(b)에 도시한 바와 같이, 자이로스코프 구조가 z축을 둘러싸고 회전할 때, 내부 프레임(13)은 x축 방향의 코리올리힘에 의하여 구동되고, 제2 감결합 빔(152)은 내부 프레임(13)과 중간 프레임(1314)의 x축 방향에서의 상대적인 운동을 한정하므로, 내부 프레임(13)과 외부 프레임(14)은 2개의 고정 연결 질량 블록에 해당하고, 질량 블록(M3)으로 간단화할 수 있으며, 외부 프레임(14)과 중간 프레임(1314)의 연결은 x축 방향에서의 용수철 연결에 해당하고, 외부 프레임(14)을 검출용 질량 블록(M4)으로 간단화할 수 있다. 도 19에 도시한 바와 같이, 질량 블록(M3)은 코리올리힘에 의하여 검출용 질량 블록(M4)의 검출 방향에서의 운동을 구동하고, 코리올리힘의 주파수가 검출 형태 곡선의 두 최대치 사이의 직선 구간에 있을 때, 검출용 질량 블록(M4)의 운동 변위는 최대이고, 질량 블록(M3)의 운동 변위는 최소이며, 즉, 동적 증폭를 달성한다. 아울러, 상기 구조는 온도 및 가공 공정 오차에 의한 영향이 작은 특징을 갖고 있으므로, 시스템의 구동과 검출 운동의 안정성 및 자이로스코프 검출의 정밀도와 감도 등의 성능을 향상시키는데 유리하다.

본 발명의 3축 MEMS 자이로스코프는 단일 구조로 설계되고, 콘덴서식 정전형 구동과 미분 축전 용량 검출을 활용하고 있으며, 구동 방식이 간단하고 구조가 콤팩트하며, 자이로스코프의 체적을 줄이는데 유리하고, 공정상 양산에 적합하며, 온도와 가공 공정의 오차에 의한 영향이 작고, 양호한 측정 정밀도와 감도를 달성할 수 있다.

도 20은 지지 구조의 제2 실시예를 도시하고, 지지 구조는 원환(103), 3개의 연결빔(101) 및 1개의 지지빔(102)을 포함하며, 2개의 연결빔(101)은 y축을 따라 배치되고, 제3 연결빔(101)은 x축에 따라 배치되며 x축의 양의 방향에 위치하고, 연결빔(101)의 일단은 원환(103)에 연결되며, 타단은 환상 상부 전극 패드(8)의 내부 가장자리에 연결되고, 지지빔(102)은 x축에 따라 배치되고 x축의 음의 방향에 위치하며, 일단은 원환(103)에 연결되고 타단은 원점（origin） 위치에서 제1 고정점(5a)을 통해 기판에 고정된다. 물론, 제3 연결빔(101)이 x축의 음의 방향에 위치하고 지지빔(102)이 x축의 양의 방향에 위치할 수도 있다.

도 21은 지지 구조의 제3 실시예를 도시하고, 지지 구조는 원환(103), 2개의 연결빔(101) 및 2개의 지지빔(102)을 포함하며, 2개의 연결빔(101)은 y축에 따라 배치되고, 연결빔(101)의 일단은 원환(103)에 연결되며, 타단은 환상 상부 전극 패드(8)의 내부 가장자리에 연결되고, 2개의 지지빔(102)은 x축에 따라 배치되며, 일단은 원환(103)에 연결되고, 타단은 원점（origin） 위치에서 제1 고정점(5a)을 통해 기판에 고정된다.

예시적으로 본 발명의 일부 특정적인 실시예들을 상세하게 설명했지만, 당해 분야의 기술자라면 상기 예들은 다만 설명을 위한 것으로 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 것을 이해하여야 할 것이다. 당해 분야의 기술자라면, 본 발명의 범위와 정신을 이탈하지 않는 상황에서, 이상의 실시예들을 수정할 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해 한정된다.

1 기판 8 환상 상부 전극 패드
6a 제1 그룹 하부 전극 패드 6b 제2 그룹 하부 전극 패드
16 가동 구동 전극(movable driving electrode) 4 고정 구동 전극
17 가동 건출 전극 3 고정 검출 전극
13 직사각형 내부 프레임 14 직사각형 외부 프레임
131 내부 프레임 1314 중간 프레임
141 외부 프레임 15 Z형 감결합 빔
151 제1 감결합 빔 152 제2 감결합 빔
9 제1 연동빔 10 레버빔
11 제2 연동빔 12 지지빔
24 제3 연동빔 18 지지빔 그룹
19 내부 원환 20 외부 원환
21 내부 환 지지빔 22 내외부 환 연결빔
23 외부 환 연결빔 101 연결빔
102 지지빔 103 원환
5a 제1 고정점 5b 제2 고정점;
5c 제3 고정점

Claims

3축 MEMS 자이로스코프에 있어서,
기판(1);
기판(1)의 중앙 위치에 위치하는 환상 검출용 콘덴서; - 상기 환상 검출용 콘덴서 중심이 원점（origin)이며, 기판에 고정된 4개의 하부 전극 패드 및 상기 4개의 하부 전극 패드에 바로 마주하고, 상기 하부 전극 패드의 위쪽에 매달려되어 있는 환상 상부 전극 패드(8)을 포함함 -.
상기 환상 검출용 콘덴서의 외측에 위치하고, y축을 따라 원점（origin)의 양측에 대칭되게 배치되며, 각각 서로 감합되는 가동 구동 전극(movable driving electrode)(16)과 고정 구동 전극(4)을 포함하는 두 그룹의 구동용 콘덴서;
상기 환상 검출용 콘덴서의 외측에 위치하고, x축에 따라 원점（origin)의 양측에 대칭되게 배치되며, 각각 서로 감합되는 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)과 고정 검출 전극(3)을 포함하는 두 그룹의 제2 검출용 콘덴서; 및
상기 가동 구동 전극(movable driving electrode)(16), 상기 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17) 및 상기 환상 상부 전극 패드(8) 각각의 외부 가장자리에 연결되는 연동부; 를 포함하고,
상기 4개의 하부 전극 패드는 x축에 따라 원점（origin)의 양측에 대응되게 배치되고, 그에 대응하는 부분의 환상 상부 전극 패드(8)에 감합되어 일 그룹의 제1 검출용 콘덴서를 구성하는 제1 그룹 하부 전극 패드(6a), 및 y축에 따라 원점（origin)의 양측에 대칭되게 배치되고, 그에 대응하는 부분의 환상 상부 전극 패드(8)에 감합되어 다른 일 그룹의 제1 검출용 콘덴서를 구성하는 제2 그룹 하부 전극 패드(6b)의 두개의 그룹으로 분할되며, 상기 환상 상부 전극 패드(8)는 원점（origin)위치에서 제1 고정점(5a)을 통해 기판(1)에 고정되고,
상기 구동용 콘덴서는 y축 방향에 따르는 구동력을 제공하며, 상기 연동부를 통하여 상기 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)을 y축 방향에 따라 선형 운동하도록 구동하고, 상기 환상 상부 전극 패드(8)를 상기 제1 고정점(5a)을 둘러싸고 회전 운동하도록 구동하는 것을 특징으로하는 3축 MEMS 자이로스코프.
제 1항에 있어서,
상기 가동 구동 전극(movable driving electrode)(16)과 고정 구동 전극(4)은 빗살모양 전극이고, 상기 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)과 고정 검출 전극(3)은 빗살모양 전극인 것을 특징으로 하는 3축 MEMS 자이로스코프.
제 1항에 있어서,
상기 환상 상부 전극 패드(8)는 원환 형상 또는 스퀘어 링 형상 인 것을 특징으로 하는 3축 MEMS자이로스코프.
제 1항에 있어서,
상기 제1 그룹 하부 전극 패드(6a)의 그룹 내의 2개의 하부 전극 패드의 형상은 동일하고, 상기 제2 그룹 하부 전극 패드(6b)의 그룹 내의 2개의 하부 전극 패드의 형상은 동일한 것을 특징으로 하는 3축 MEMS 자이로스코프.
제 1항에 있어서,
상기 연동부는 직사각형 외부 프레임(14)과 상기 직사각형 외부 프레임(14) 내부에 위치하는 제1 연동부를 포함하고,
상기 직사각형 외부 프레임(14)은 상기 환상 검출용 콘덴서를 에워싸고, 제1 연동부를 통하여 상기 환상 상부 전극 패드(8)의 외부 가장자리에 연결되며,
두 그룹의 상기 구동용 콘덴서는 상기 직사각형 외부 프레임(14)의 x축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치되고, 상기 가동 구동 전극(movable driving electrode)(16)은 상기 직사각형 외부 프레임(14)의 x축에 평행되는 측변에 연결되며,
두 그룹의 상기 제2 검출용 콘덴서는 상기 직사각형 외부 프레임(14)의 y축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치되고, 상기 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)은 상기 직사각형 외부 프레임(14)의 y축에 평행되는 측변에 연결되며,
상기 구동용 콘덴서는 상기 직사각형 외부 프레임(14)을 y축 방향에 따라 선형 운동하도록 구동하고, y축 방향에 따라 선형 운동하는 직사각형 외부 프레임(14)은 상기 제1 연동부를 통하여 상기 환상 상부 전극 패드(8)를 상기 제1 고정점(5a)을 둘러싸고 회전 운동하도록 구동하는 것을 특징으로 하는 3축 MEMS 자이로스코프.
제 5항에 있어서,
상기 제1연동부는 제1 연동빔(9), 2개의 레버빔(10), 2개의 제2 연동빔(11), 제3 연동빔(24)을 포함하고;
상기 제1 연동빔(9)과 상기 제2 연동빔(11)은 모두 y축에 평행되며, 상기 레버빔(10)과 제3 연동빔(24)은 모두 x축에 평행되고; 일단이 개방된 사각 틀 구조를 형성하기 위하여, 2개의 상기 레버빔(10)은 각각 상기 제1 연동빔(9)에 연결되고, 상기 환상 검출용 콘덴서는 2개의 레버빔(10) 사이에 위치하며;
2개의 상기 제2 연동빔(11)은 x축에 대하여 대칭되고, 상기 레버빔(10)과 상기 직사각형의 외부 프레임(14) 사이에 위치하며, 상기 제2 연동빔(11)의 일단은 인접한 일 레버빔(10)에 연결되고, 타단은 상기 직사각형의 외부 프레임(14)에 연결되며;
상기 제3 연동빔(24)의 일단은 상기 제1 연동빔(9)의 중간부에 연결되고, 타단은 상기 환상 상부 전극 패드(8)의 가장자리에 연결되는 것을 특징으로 하는 3축 MEMS 자이로스코프.
제 6항에 있어서,
상기 제1 연동부는 모두 y축에 평행되는 2개의 지지빔(12)을 더 포함하고; 2개의 상기 지지빔(12)은 x축에 대하여 대칭되고, 상기 사각 틀 구조와 상기 환상 검출용 콘덴서 사이에 위치하며, 일단은 인접한 일 레버빔(10)에 연결되고, 타단은 각각 제3 고정점(5c)을 통해 상기 기판(1)에 고정되는 것을 특징으로 하는 3축 MEMS 자이로스코프.
제 7항에 있어서,
상기 레버빔(10)의 상기 제1 연동빔(9)에 연결되지 않은 일단은 지지단이고, 2개의 상기 레버빔(10)의 지지단은 각각 제2 고정점(5b)을 통해 상기 기판(1)에 고정되며; 상기 제2 연동빔(11)과 레버빔(10)의 연결 위치는 레버빔(10)의 지지단과 레버빔(10) 및 지지빔(12)의 연결점 중간에 위치하는 것을 특징으로 하는 3축 MEMS자이로스코프.
제 6항에 있어서,
상기 제1 연동부는 직사각형의 내부 프레임(13)과 제2 연동부를 더 포함하고;
상기 직사각형 내부 프레임(13)은 상기 직사각형 외부 프레임(14) 내에 위치하며, 상기 사각 틀 구조를 에워싸고, 상기 직사각형 외부 프레임(14)은 제2 연동부를 통하여 상기 직사각형 내부 프레임(13)에 연결되며;
상기 제2 연동빔(11)은 상기 레버빔(10)과 상기 직사각형 내부 프레임(13) 사이에 위치하고, 상기 직사각형 내부 프레임(13)을 통하여 상기 직사각형 외부 프레임(14)에 연결되며;
y축 방향에 따라 선형 운동하는 직사각형 외부 프레임(14)은 제2 연동부를 통하여 상기 직사각형 내부 프레임(13)을 y축 방향에 따라 선형 운동하도록 구동하는 것을 특징으로 하는 3축 MEMS 자이로스코프.
제 9항에 있어서,
상기 제2 연동부는 Z형 감결합 빔(15)이고, 상기 Z형 감결합 빔(15)의 일단은 상기 직사각형의 내부 프레임(13)의 y축에 평행되는 측변에 연결되며, 타단은 상기 직사각형 외부 프레임(14)의 y축에 평행되는 측변에 연결되는 것을 특징으로 하는 3축 MEMS 자이로스코프.
제 1항에 있어서,
상기 연동부는 상기 기판에 위치하며, 원점（origin）을 중심으로 하고, 안에서부터 밖으로 순차적으로 내부 프레임(131), 내부 프레임(131)을 에워싼 중간 프레임(1314) 및 중간 프레임(1314)을 에워싼 외부 프레임(141)이 설치되어 있으며, 상기 내부 프레임(131), 중간 프레임(1314) 및 외부 프레임(141)은 각각 두 변이 x축에 평행되고, 다른 두 변이 y축에 평행되는 3중 직사각형 프레임을 포함하고;
두 그룹의 상기 구동용 콘덴서는 상기 직사각형 외부 프레임(141)의 x축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치되고, 상기 가동 구동 전극(movable driving electrode)(16)은 상기 직사각형 외부 프레임(141)의 x축에 평행되는 측변에 연결되며;
두 그룹의 상기 제2 검출용 콘덴서는 상기 직사각형 외부 프레임(141)의 y축에 평행되는 양측에 대칭되게 배치되고, 상기 가동 검출 전극(movable detection electrode)(17)은 상기 직사각형 외부 프레임(141)의 y축에 평행되는 측변에 연결되며;
상기 외부 프레임(141)과 상기 중간 프레임(1314) 사이는 제1 감결합 빔(151)에 의하여 연결되고, 상기 제1 감결합 빔(151)은 상기 중간 프레임(1314)의 y축에 평행되는 양측에 설치되며; 상기 중간 프레임(1314)과 상기 내부 프레임(131) 사이는 제2 감결합 빔(152)에 의하여 연결되고, 상기 제2 감결합 빔(152)은 상기 내부 프레임(131)의 x축에 평행되는 양측에 설치되며,
상기 제3 연동부는 상기 내부 프레임(131)의 내부에 위치하고, 제1 연동빔(9), 2개의 레버빔(10), 2개의 제2 연동빔(11), 제3 연동빔(24)을 포함하며; 상기 제1 연동빔(9)과 상기 제2 연동빔(11)은 모두 y축에 평행되고, 상기 레버빔(10)과 제3 연동빔(24)은 모두 x축에 평행되며, 2개의 상기 레버빔(10)은 x축에 대칭되고, 일단이 개방된 사각 틀 구조를 형성하기 위하여, 각각 상기 제1 연동빔(9)에 연결되며, 상기 환상 검출용 콘덴서는 2개의 레버빔(10) 사이에 위치하고; 2개의 상기 제2 연동빔(11)은 x축에 대하여 대칭되고, 상기 레버빔(10)과 상기 내부 프레임(131) 사이에 위치하며, 상기 제2 연동빔(11)의 일단은 인접한 일 레버빔(10)에 연결되고, 타단은 상기 내부 프레임(131)에 연결되며; 상기 제3 연동빔(24)의 일단은 상기 제1 연동빔(9)의 중간부에 연결되고, 타단은 상기 환상 상부 전극 패드(8)의 외부 가장자리에 연결되는 것을 특징으로 하는 3축 MEM S자이로스코프.
제 11항에 있어서,
상기 제1 감결합 빔(151)은 y축에 대하여 대칭되는 4개의 Z형 감결합 빔을 포함하고, 상기 Z형 감결합 빔(151)의 일단은 상기 중간 프레임(1314)의 y축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되며, 타단은 상기 외부 프레임(141)의 y축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되고; 또는, 상기 제1 감결합 빔(151)은 y축에 대하여 대칭되는 4개의 L형 감결합 빔을 포함하며, 상기 L형 감결합 빔의 일단은 상기 중간 프레임(1314)의 y축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되며, 타단은 상기 외부 프레임(141)의 x축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되고;
상기 제2 감결합 빔(152)은 y축에 대하여 대칭되는 4개의 Z형 감결합 빔을 포함하고, 상기 Z형 감결합 빔의 일단은 상기 내부 프레임(131)의 x축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되며, 타단은 상기 중간 프레임(1314)의 x축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되고; 또는, 상기 제2 감결합 빔(152)은 x축에 대칭되는 4개의 L형 감결합 빔을 포함하며, 상기 L형 감결합 빔의 일단은 상기 내부 프레임(131)의 x축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되고, 타단은 상기 중간 프레임(1314)의 y축에 평행되는 측변에 수직으로 연결되는 것을 특징으로 하는 3축 MEMS 자이로스코프.
제 11항에 있어서,
상기 제3 연동부는 모두 y축에 평행되는 2개의 지지빔(12)을 더 포함하고; 2개의 상기 지지빔(12)은 x축에 대하여 대칭되고, 상기 사각 틀 구조와 상기 환상 검출용 콘덴서 사이에 위치하며, 일단은 인접한 일 레버빔(10)에 연결되고, 타단은 각각 제3 고정점(5c)을 통해 상기 기판(1)에 고정되는 것을 특징으로 하는 3축 MEMS 자이로스코프.
제 13항에 있어서,
상기 레버빔(10)의 상기 제1 연동빔(9)에 연결되지 않은 일단은 지지단이고, 2개의 상기 레버빔(10)의 지지단은 각각 제2 고정점(5b)을 통해 상기 기판(1)에 고정되며; 상기 제2 연동빔(11)과 레버빔(10)의 연결 위치는 레버빔(10)의 지지단과 레버빔(10) 및 지지빔(12)의 연결점 중간에 위치하는 것을 특징으로 하는 3축 MEMS 자이로스코프.
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 환상 검출용 콘덴서의 환상 홀 내에 위치하는 지지빔 그룹(18)을 더 포함하고;
상기 지지빔 그룹(18)은 동심의 내부 원환(19)과 외부 원환(20), 2개의 내부 환 지지빔(21), 2개의 내외부 환 연결빔(22) 및 4개의 외부 환 연결빔(23)을 포함하며;
상기 4개의 외부 환 연결빔(23)의 일단은 각각 외부 원환(20)에 연결되고, 타단은 각각 상기 환상 상부 전극 패드(8)의 내부 가장자리에 연결되며; 상기 외부 환 연결빔(23)은 x축에 따라 배치되는 일 그룹과 y축에 따라 배치되는 일 그룹의 두 그룹으로 분할되며;
2개의 상기 내부 환 지지빔(21)의 일단은 각각 내부 원환(19)에 연결되고, 타단은 원점（origin)위치에서 상기 제1 고정점(5a)를 통하여 기판(1)에 고정되며;
2개의 상기 내외부 환 연결빔(22)의 일단은 각각 내부 원환(19)에 연결되고, 타단은 각각 외부 원환(20)에 연결되며;
상기 내부 환 지지빔(21)은 y축에 따라 배치되고, 상기 내외부 환 연결빔(22)은 x축에 따라 배치되거나 또는 상기 내부 환 지지빔(21)은 x축에 따라 배치되고, 상기 내외부 환 연결빔(22)은 y축에 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 3축 MEMS 자이로스코프.