RU2347190C1 - Micromechanical gyroscope - Google Patents

Micromechanical gyroscope Download PDF

Info

Publication number
RU2347190C1
RU2347190C1 RU2007128020/28A RU2007128020A RU2347190C1 RU 2347190 C1 RU2347190 C1 RU 2347190C1 RU 2007128020/28 A RU2007128020/28 A RU 2007128020/28A RU 2007128020 A RU2007128020 A RU 2007128020A RU 2347190 C1 RU2347190 C1 RU 2347190C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
electrodes
cover
mmg
base
Prior art date
Application number
RU2007128020/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
ев Яков Валерьевич Бел (RU)
Яков Валерьевич Беляев
Николай Владимирович Моисеев (RU)
Николай Владимирович Моисеев
Яков Анатольевич Некрасов (RU)
Яков Анатольевич Некрасов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Priority to RU2007128020/28A priority Critical patent/RU2347190C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2347190C1 publication Critical patent/RU2347190C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: physics; measuring.
SUBSTANCE: invention concerns to the devices measuring angular velocity, in particular, to micromechanical gyroscopes (MMG) of vibrating type. The MMG contains the basis made from silicon with stators mounted on it through isolating stratums and a seat on which with the help torsions the curl is suspended, and a cover from silicon with the isolating stratum superimposed on it on which electrodes are located and the electronic block with the power supply. The basis and a cover are welded on perimetre. The signal outputs of the electronic block are joined to deductions from stators, a curl and electrodes, deductions, at least, from the basis or cover silicon are joined to a blanket deduction of the power supply. Besides, on an outside surface of silicon of a cover and/or the basis the metallisation stratum is superimposed. Introduction of an additional deduction from the basis and-or cover silicon and as drawing of an additional stratum of metallisation by an outside surface of silicon of a cover and/or the basis allow to reduce influence of spurious couplings between power and signal electrodes of the MMG.
EFFECT: reduction of influence of spurious couplings between power and signal electrodes of the MMG.
2 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к приборам, измеряющим угловую скорость, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа.The proposed device relates to devices that measure angular velocity, in particular to micromechanical gyroscopes (MMG) of vibration type.

В настоящее время разработаны и широко используются ММГ вибрационного типа. Они включают в себя подвижную массу (ПМ), систему измерения перемещений ПМ по двум осям, систему возбуждения колебаний на резонансной частоте подвеса (Fрез) по одной оси, которые иногда называют первичными и ось соответственно осью первичных колебаний. При действии кориолисового ускорения по другой оси (ортогональной к первой) возникают колебания ПМ, называемые вторичными [Пешехонов и др. Результаты разработки микромеханического гироскопа. XII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам 23-25 мая 2005 г. стр.268-274, рис.1, Распопов В.Я. Микромеханические приборы, 2-е издание. Тул. Гос. Университет. - Тула, 2004 г.475 стр, 325-462 стр]. По осям движения ПМ располагают неподвижные электроды (или статоры). Эти статоры с проводящей ПМ образуют конденсаторы, емкости которых зависят от положения ПМ.Currently developed and widely used MMG vibration type. They include moving mass (PM), a system for measuring PM movements along two axes, a system for exciting vibrations at the resonant frequency of the suspension (Fres) along one axis, which are sometimes called primary and the axis, respectively, is the axis of primary vibrations. Under the action of Coriolis acceleration along the other axis (orthogonal to the first), PM oscillations arise, called secondary [Peshekhonov et al. Results of the development of a micromechanical gyroscope. XII St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems May 23-25, 2005 p. 268-274, Fig. 1, Raspopov V.Ya. Micromechanical devices, 2nd edition. Tool Gos. University - Tula, 2004, 475 pp, 325-462 pp]. The motion axes of the PM have fixed electrodes (or stators). These stators with a conductive PM form capacitors whose capacitances depend on the position of the PM.

На силовые электроды, расположенные по оси возбуждения первичных колебаний в ММГ поступают переменные напряжения, создающие с помощью электрического поля силы или моменты на резонансной частоте подвеса ПМ, которые могут рассматриваться как силовые напряжения. Уровень их может составлять от 0,1 до 10 В, в зависимости от добротности подвеса. В ММГ уровень силовых сигналов превышает уровень измеряемых сигналов на три и более порядка.The power electrodes located along the axis of excitation of primary vibrations in the MMG receive alternating voltages that create forces or moments at the resonant frequency of the PM suspension with the help of an electric field, which can be considered as power voltages. Their level can be from 0.1 to 10 V, depending on the quality factor of the suspension. In MMG, the level of power signals exceeds the level of the measured signals by three or more orders of magnitude.

При использовании в ММГ в качестве основания проводящего кремния, как это показано на фиг.13а статьи (С.Acar, А.М.Shkel, Structurally decoupled micromachined gyroscopes with post-release capacitance enhancement, Journal of Micromechanics and Microengineerig 15, (2005) р.1092-1101) между электродами, на которые поступают силовые напряжения, и электродами, образующими емкостные датчики перемещения ПМ, возникают паразитные связи, эквивалентная схема которых представляет собой последовательное соединение конденсаторов и резистора. Для уменьшения влияния этих паразитных связей можно использовать компенсирующие сигналы, величину которых определяют экспериментально. Однако вводить такие поправки при большом числе электродов оказывается затруднительно из-за сложной процедуры определения численных значений этих поправок. Кроме того, при изменении параметров окружающей среды (например, температуры) параметры эквивалентной цепи, описывающей эти паразитные связи, могут изменяться.When using conductive silicon as the base in MMG, as shown in FIG. p.1092-1101) between the electrodes to which power voltages are supplied and the electrodes forming capacitive PM displacement sensors, spurious connections arise, the equivalent circuit of which is a series connection of capacitors and a resistor. To reduce the influence of these spurious bonds, compensating signals can be used, the value of which is determined experimentally. However, it is difficult to introduce such corrections for a large number of electrodes because of the complicated procedure for determining the numerical values of these corrections. In addition, when changing environmental parameters (for example, temperature), the parameters of the equivalent circuit describing these parasitic bonds can change.

Для уменьшения влияния паразитных связей электроды ММГ могут размещаться на основании, являющемся диэлектриком (см. М.Е.Ash et al. Micromechanical Inertial Sensor Development at Draper Laboratory With Recent Test Results. Symposium Gyro Technology 1999, Stuttgart, Germany, р.3.0-3.12, fig.2, fig.3). На этих фигурах показано, что ММГ собирается из двух частей («вафель»), для изготовления одной из которых используется стекло, а другой - кремний. Однако такая конструкция является нетехнологичной, т.к. предполагает применение двух разных типов материалов.To reduce the influence of spurious bonds, MMG electrodes can be placed on a dielectric base (see M.E. Ash et al. Micromechanical Inertial Sensor Development at Draper Laboratory With Recent Test Results. Symposium Gyro Technology 1999, Stuttgart, Germany, p. 3.0- 3.12, fig. 2, fig. 3). These figures show that MMG is assembled from two parts (“wafers”), one of which is used to make glass and the other is silicon. However, this design is low-tech, because involves the use of two different types of materials.

В качестве примера серийно выпускаемой конструкции ММГ, выполненной целиком на кристалле кремния и имеющей большое количество электродов на одной подложке, можно привести ММГ фирмы Bosch, в которой и силовые электроды канала возбуждения первичных колебаний, и измерительные электроды выходного канала располагаются на подложке (см. книгу Распопова стр.344-345).As an example of a commercially available MMG design made entirely on a silicon crystal and having a large number of electrodes on one substrate, we can use Bosch MMG, in which both the power electrodes of the primary oscillation excitation channel and the measuring electrodes of the output channel are located on the substrate (see the book Raspopova p. 344-345).

В качестве другого примера можно привести ММГ, описанный в [Пешехонов и др. Результаты разработки микромеханического гироскопа. XII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам 23-25 мая 2005 г. стр.268-274]. Конструкция ММГ показана на рис.2,3, а технология изготовления - на рис.5. В отличие от ММГ фирмы Bosch измерительные электроды выходного канала расположены не на основании, а на крышке ММГ. Однако и такое размещение не избавляет от прохождения помех, обусловленных силовыми напряжениями. Это обусловлено тем, что и в этой конструкции есть связь между основанием и крышкой ММГ через слои металлизации, наносимые по периметру кристалла кремния (см. упомянутый рис.5, где белым цветом выделены на рис.5ж и 5з слои металлизации). И хотя под слоем металлизации на крышке расположен изоляционный слой, в качестве которого используется диоксид кремния, связь между верхним и нижним кристаллами кремния (между основанием и крышкой) на переменном токе существует и имеет значительную величину - на уровне десятков пикофарад.As another example, MMG described in [Peshekhonov et al. Results of the development of a micromechanical gyroscope. XII St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems May 23-25, 2005 p.268-274]. The design of the MMG is shown in Fig. 2,3, and the manufacturing technology is shown in Fig. 5. In contrast to the Bosch MMG, the measuring electrodes of the output channel are not located on the base, but on the MMG cover. However, such a placement does not eliminate the passage of interference caused by power voltages. This is due to the fact that in this design there is a connection between the base and the MMH cover through metallization layers deposited along the perimeter of the silicon crystal (see the aforementioned Fig. 5, where the metallization layers are highlighted in white in Figs. 5g and 5c). And although there is an insulating layer under the metallization layer on the cover, which is used as silicon dioxide, the connection between the upper and lower silicon crystals (between the base and the cover) on alternating current exists and has a significant value - at the level of tens of picofarads.

Наличие емкостной связи между основанием и крышкой с измерительными электродами, которые образуют емкостной датчик перемещения ПМ по выходному каналу, приводит к тому, что на входы преобразователей емкость-напряжения, например, трансрезистивных усилителей (см. рис.6 упомянутой статьи Пешехонов и др.) поступают помимо тока высокой частоты и токи на резонанасной частоте подвеса ПМ с силовых электродов драйва, что увеличивает шумы и помехи на выходе демодулятора в этом канале. Кроме того, сигналы, поступающие на силовые электроды или электроды обратной связи, также могут проходить через паразитные емкости на вход преобразователя емкость-напряжение. В конечном счете, это ухудшает точность ММГ.The presence of capacitive coupling between the base and the cover with measuring electrodes, which form a capacitive PM displacement sensor along the output channel, leads to the fact that the inputs of capacitance-voltage converters, for example, transresistive amplifiers (see Fig. 6 of the mentioned article Peshekhonov and others) In addition to the high-frequency current, currents arrive at the resonant frequency of the PM suspension from the power electrodes of the drive, which increases the noise and interference at the output of the demodulator in this channel. In addition, the signals supplied to the power or feedback electrodes can also pass through stray capacitors to the input of the capacitance-voltage converter. Ultimately, this degrades the accuracy of MMG.

В качестве прототипа выбран ММГ, описанный в упомянутой работе Пешехонова [Пешехонов В.Г. и др. Результаты разработки микромеханического гироскопа. XII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам 23-25 мая 2005 г. стр.268-274]. Этот ММГ содержит основание из кремния с установленными на нем через изолирующие слои статорами и опорой, на которой с помощью торсионов подвешен ротор, крышку из кремния с нанесенным на нем изолирующим слоем, на котором нанесены электроды, выводы от статоров, ротора и электродов, электронный блок и его источник питания, при этом сигнальные выводы электронного блока соединены с выводами от статоров, ротора и электродов, а выводы питания электронного блока соединены с выводами источника питания, в том числе и с общим выводом.As a prototype, the MMG described in the aforementioned work by Peshekhonov [Peshekhonov V.G. et al. Results of the development of a micromechanical gyroscope. XII St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems May 23-25, 2005 p.268-274]. This MMG contains a silicon base with stators installed on it through insulating layers and a support on which a rotor is suspended using torsions, a silicon cover with an insulating layer deposited on it, on which electrodes are applied, leads from stators, rotor and electrodes, an electronic unit and its power source, while the signal terminals of the electronic unit are connected to the terminals from the stators, rotor and electrodes, and the power terminals of the electronic unit are connected to the terminals of the power source, including the common terminal.

Недостатком ММГ является недостаточно высокая точность, обусловленная прохождением силовых сигналов из канала драйва (напряжений на электродах гребенчатого двигателя) в выходной канал ММГ через легированный кремний и тонкие слои окиси кремния.The disadvantage of MMG is not high enough accuracy due to the passage of power signals from the drive channel (voltages at the electrodes of the comb engine) to the output channel of the MMG through doped silicon and thin layers of silicon oxide.

Задачей изобретения является повышение точности ММГ.The objective of the invention is to improve the accuracy of MMG.

Поставленная задача решается тем, что микромеханический гироскоп, содержащий основание из кремния с установленными на нем через изолирующие слои статорами и опорой, на которой с помощью торсионов подвешен ротор, крышку из кремния с нанесенным на нем изолирующим слоем, на котором расположены электроды, при этом основание и крышка сварены по периметру, электронный блок с источником питания, при этом сигнальные выводы электронного блока соединены с выводами от статоров, ротора и электродов, в нем введены выводы, по крайней мере, от кремния основания или крышки, которые соединены с общим выводом источника питания. Кроме того, поставленная задача решается тем, что на наружную поверхность кремния крышки и/или основания нанесен слой металлизации, который соединен с общим выводом источника питания.The problem is solved in that a micromechanical gyroscope containing a silicon base with stators installed on it through the insulating layers and a support on which a rotor is suspended using torsions, a silicon cover with an insulating layer deposited on it, on which the electrodes are located, and the base and the lid is welded around the perimeter, the electronic unit with a power source, while the signal leads of the electronic unit are connected to the leads from the stators, rotor and electrodes, the leads, at least from silicon Considerations or covers that are connected to the common terminal of the power source. In addition, the problem is solved in that a metallization layer is applied to the outer surface of the silicon of the lid and / or base, which is connected to a common terminal of the power source.

По существу в предлагаемом микромеханическом гироскопе предложено за счет соединения кремния основания и крышки с общим выводом источника питания уменьшить влияние силовых электродов на измерительные. Дополнительный эффект от этого проявляется в том, что электроды и диск экранируются проводящим кремнием и дополнительным слоем металлизации крышки и основания.Essentially, in the proposed micromechanical gyroscope, it is proposed to reduce the influence of power electrodes on the measuring ones by connecting the silicon base and cover with a common output of the power source. An additional effect of this is manifested in the fact that the electrodes and the disk are shielded by conductive silicon and an additional metallization layer of the lid and base.

Заявляемое устройство поясняется чертежами.The inventive device is illustrated by drawings.

На фиг.1 приведен вариант конструкции ММГ. На фиг.1 приняты следующие обозначения:Figure 1 shows a design variant MMG. In figure 1, the following notation:

1 - основание;1 - base;

2 - опора;2 - support;

3 - торсионы;3 - torsion bars;

4 - подвижная масса (ПМ);4 - moving mass (PM);

4 - статоры, расположенные в плоскости первичных колебаний.4 - stators located in the plane of the primary oscillations.

На фиг.2 показаны электроды и выводы от них. На фиг.2 приняты следующие обозначения:Figure 2 shows the electrodes and the conclusions from them. In figure 2, the following notation:

2 - опора;2 - support;

5 - статоры, расположенные в плоскости первичных колебаний;5 - stators located in the plane of the primary oscillations;

6 - пара диаметрально расположенных на крышке электродов;6 - a pair of electrodes diametrically located on the lid;

7 - другая пара диаметрально расположенных на крышке электродов;7 - another pair of electrodes diametrically located on the lid;

8 - электрические выводы от элементов конструкции ММГ (электродов, статоров и опоры)8 - electrical leads from MMG structural elements (electrodes, stators and supports)

На фиг.3 приведена конструкция микромеханической части ММГ. На фиг.3 приняты следующие обозначения:Figure 3 shows the design of the micromechanical part of the MMG. In figure 3, the following notation:

4 - ПМ;4 - PM;

9 - кремний основания 1;9 - silicon base 1;

10 - кремний крышки;10 - silicon cap;

11 - изоляционный слой, нанесенный на основание 1;11 - an insulating layer deposited on the base 1;

12 - слой металлизации;12 - metallization layer;

13 - изоляционный слой между слоем металлизации и кремнием крышки.13 - an insulating layer between the metallization layer and the silicon cap.

На фиг.4 показана упрощенная эквивалентная электрическая схема ММГ. На фиг.4 приняты следующие обозначения:Figure 4 shows a simplified equivalent electrical circuit MMG. In figure 4, the following notation:

4 - ПМ, которая показана в виде проводника электрического тока;4 - PM, which is shown in the form of an electric current conductor;

8 - электрические выводы от элементов конструкции ММГ;8 - electrical conclusions from the structural elements of MMG;

9 - кремний основания 1;9 - silicon base 1;

10 - кремний крышки;10 - silicon cap;

14 - выход электронного блока ММГ;14 - the output of the electronic unit MMG;

15 - 18 - конденсаторы, образованные электродами 7, 6 и ПМ 4;15 - 18 - capacitors formed by electrodes 7, 6 and PM 4;

19 - 22 - конденсаторы, образованные статорами 5 и ПМ 4;19 - 22 - capacitors formed by the stators 5 and PM 4;

23 - конденсаторы, образованные электродами 7, 6 и кремнием крышки 10;23 - capacitors formed by electrodes 7, 6 and silicon cap 10;

24 - конденсаторы, образованные статорами 5 и кремнием основания 9;24 - capacitors formed by the stators 5 and silicon base 9;

25 - эквивалентные резисторы, представляющие сопротивления между областью кремния крышки 10 вблизи изоляционного слоя, на котором размещены электроды 7, 8, и областью кремния крышки вблизи слоя металлизации 12;25 is equivalent resistors representing resistances between the silicon region of the lid 10 near the insulating layer on which the electrodes 7, 8 are placed and the silicon region of the lid near the metallization layer 12;

26 - эквивалентные резисторы, представляющие сопротивления между областью кремния основания вблизи изоляционного слоя 11, на котором размещены статоры 5, и областью кремния основания вблизи наружной поверхности основания;26 is equivalent resistors representing resistances between the silicon region of the base near the insulating layer 11 on which the stators 5 are placed and the silicon region of the base near the outer surface of the base;

27 - эквивалентные резисторы, представляющие сопротивления между областями кремния крышки вблизи изоляционных слоев, на которых размещены электроды 7, 8;27 - equivalent resistors representing the resistance between the areas of the silicon cap near the insulating layers on which the electrodes 7, 8 are placed;

28 - эквивалентные резисторы, представляющие сопротивления между областями кремния основания вблизи изоляционных слоев, на которых размещены статоры 5;28 is equivalent resistors representing resistances between areas of the silicon base near the insulating layers on which the stators 5 are placed;

29 - конденсатор, образованный опорой 2 и кремнием основания 1;29 is a capacitor formed by a support 2 and silicon base 1;

30 - эквивалентный резистор, представляющий сопротивление между областью кремния основания вблизи изоляционного слоя, на котором размещена опора 2, и областью кремния основания вблизи наружной поверхности основания;30 is an equivalent resistor representing the resistance between the silicon base region near the insulating layer on which the support 2 is placed and the silicon base region near the outer surface of the base;

31 - эквивалентный резистор, представляющий омическое сопротивление торсионов;31 is an equivalent resistor representing the ohmic resistance of the torsion bars;

32 - электронный блок ММГ;32 - electronic block MMG;

33 - источник питания электронного блока ММГ;33 - power source electronic block MMG;

34 - общий вывод источника питания 33;34 - the General conclusion of the power source 33;

35 - конденсатор, образованный кремнием крышки 10, изоляционным слоем 13 и слоем металлизации 12;35 is a capacitor formed by silicon of the cover 10, an insulating layer 13 and a metallization layer 12;

36 - конденсатор, образованный кремнием основания 9, изоляционным слоем 11, находящимся по периметру основания 1 и слоем металлизации 12;36 is a capacitor formed by silicon of the base 9, an insulating layer 11 located along the perimeter of the base 1 and a metallization layer 12;

37 - дополнительный слой металлизации сверху кремния крышки 10;37 - an additional layer of metallization on top of the silicon cover 10;

38 - дополнительный слой металлизации снизу кремния основания 9;38 - an additional layer of metallization below the silicon base 9;

39 - дополнительный вывод от кремния основания 9;39 - an additional conclusion from the silicon base 9;

40 - дополнительный вывод от кремния крышки 10.40 - additional output from silicon cap 10.

41 - источник управляющего напряжения.41 - source of control voltage.

42 - ток от источника управляющего напряжения 41.42 - current from the source of control voltage 41.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Для изготовления ММГ вибрационного типа используются две кремниевые пластины, первая из которых является (см. фиг.1) основанием 1, на котором установлена опора 2. На этой опоре 2 подвешена с помощью торсионов 3 ПМ 4 (выполнена в виде диска). На основании также установлены статоры 5. ПМ 4 и статоры 5 имеют гребенчатую структуру, образуя гребенчатый двигатель и датчик углового перемещения ПМ 4 в плоскости первичных колебаний.For the manufacture of vibration-type MMG, two silicon wafers are used, the first of which is (see FIG. 1) the base 1 on which the support 2 is mounted. On this support 2 is suspended by means of torsion 3 3 PM 4 (made in the form of a disk). Stators 5 are also installed on the base. PM 4 and stators 5 have a comb structure, forming a comb motor and a PM 4 angular displacement sensor in the plane of primary vibrations.

Электроды 6 (см. фиг.2), используемые для измерения перемещений ПМ 4 в плоскости вторичных колебаний, нанесены на второй кремниевой пластине (крышке). Электроды 7, которые могут использоваться для введения обратной связи и подстройки резонансной частоты подвеса по оси вторичных колебаний, также сформированы на крышке. Выводы 8 от статоров 5, электродов 6, 7 и опоры 2 позволяют подавать на них электрические сигналы от электронного блока, обеспечивающего функционирование ММГ.The electrodes 6 (see figure 2) used to measure the displacements of PM 4 in the plane of the secondary vibrations are deposited on a second silicon wafer (cover). The electrodes 7, which can be used to introduce feedback and adjust the resonant frequency of the suspension along the axis of the secondary vibrations, are also formed on the lid. Conclusions 8 from the stators 5, electrodes 6, 7 and supports 2 allow you to apply electrical signals to them from the electronic unit that ensures the functioning of the MMG.

Опора 2, на которой подвешена ПМ 4, и статоры 5 установлены на основании 1 из кремния 9 через изолирующий слой оксида кремния 11 (см. фиг.3). Крышка, выполненная из кремния 10, крепится к основанию путем сварки слоев металлизации 12, предварительно нанесенных на основание и на крышке. Слой металлизации 12 на крышке наносится после формирования на периферии крышки изоляционного слоя 13.The support 2, on which the PM 4 is suspended, and the stators 5 are mounted on the base 1 of silicon 9 through an insulating layer of silicon oxide 11 (see figure 3). A cover made of silicon 10 is attached to the base by welding metallization layers 12 previously deposited on the base and on the cover. The metallization layer 12 on the lid is applied after the formation of an insulating layer 13 on the periphery of the lid.

В результате описанных технологических операций в микромеханическом узле ММГ формируются гребенчатый двигатель и емкостные датчики перемещения ПМ 4, которые на упрощенной электрической схеме связей между разными узлами микромеханического узла ММГ представляют собой (см. фиг.4) конденсаторы 19-22, образованные ПМ 4 и статорами 5, и конденсаторы 15-18, образованные ПМ 4 и электродами 6, 7. Вывод 8 через сопротивление торсионов 3 (резистор 31) связан с ПМ 4. Электрическим сопротивлением самой опоры по сравнению с сопротивлением тонких торсионов можно пренебречь. Помимо этих элементов и связей, которые могут считаться полезными, в микромеханическом узле ММГ есть паразитные связи, которые изображены конденсаторами 23, 24, 29 и 35 и резисторами 25-28, 30. Конденсаторы образованы проводящими слоями кремния, из которого состоят статоры 5, электроды 6, 7 и опора 2, или слоями металлизации 12 и слоями оксида кремния 11, 13 между проводниками. Необходимо отметить, что диэлектрическая постоянная оксида кремния в 3,9 раза выше вакуума. Поэтому при одинаковых величинах зазора между ПМ 4 и электродами 6, 7 и толщины этого оксидного слоя между электродами и кремния крышки 11 величины паразитных емкостей оказываются примерно в 4 раза больше полезных. Так, например, если емкость конденсатора 15 равна 2 пФ, то емкость конденсатора 23 будет примерно 8 пФ. Отметим, что при меньших величинах толщины оксидного слоя (как правило, он выбирается равным 0,5 мкм) эти паразитные емкости оказываются соответственно больше, что еще в большей степени увеличивает уровень помех. Суммарная площадь слоев металлизации 12, расположенных по периметру кристалла, также велика, что с учетом диэлектрической постоянной оксида кремния дает величину порядка 15-20 пФ, т.е. значительно больше емкости электродов. К выводам 8, показанным на фиг.2, подключен в ММГ электронный блок 32, который выводами питания соединен с источником напряжения 33, который имеет два вывода, например, 5 В и общий вывод 34. Для того чтобы не загромождать схему соединений на фиг.3 показаны не все связи выводов 8 с соответствующими входами и выходами блока 32. В предложенном устройстве от кремния крышки 10 и основания 9 сделан дополнительный вывод 39 и 40 соответственно, который соединен с общим выводом 34 источника 33. Дополнительный эффект уменьшения паразитных связей достигается за счет нанесения дополнительного слоя металлизации 37 и 38 по всей поверхности кремния крышки 10 и основания 9, что приводит к значительному уменьшению эквивалентных резисторов 25 и 26. Также дополнительный слой металлизации 37 и 38 выступает как экран для электродов и ПМ 4 от электромагнитных воздействий окружающей среды.As a result of the described technological operations in the micromechanical assembly MMG, a comb motor and capacitive displacement sensors PM 4 are formed, which on a simplified electrical diagram of the connections between different nodes of the micromechanical assembly MMG are (see Fig. 4) capacitors 19-22 formed by PM 4 and stators 5, and capacitors 15-18 formed by PM 4 and electrodes 6, 7. Pin 8 through the resistance of torsion 3 (resistor 31) is connected to PM 4. The electrical resistance of the support itself compared to the resistance of thin torsions can be neglect. In addition to these elements and bonds, which can be considered useful, in the micromechanical assembly of the MMG there are parasitic bonds, which are depicted by capacitors 23, 24, 29 and 35 and resistors 25-28, 30. The capacitors are formed by the conductive layers of silicon, of which the stators 5 are made, electrodes 6, 7 and the support 2, or layers of metallization 12 and layers of silicon oxide 11, 13 between the conductors. It should be noted that the dielectric constant of silicon oxide is 3.9 times higher than vacuum. Therefore, with the same values of the gap between PM 4 and electrodes 6, 7 and the thickness of this oxide layer between the electrodes and silicon of the cover 11, the stray capacitance values are about 4 times more useful. So, for example, if the capacitance of the capacitor 15 is 2 pF, then the capacitance of the capacitor 23 will be approximately 8 pF. Note that for smaller values of the thickness of the oxide layer (as a rule, it is chosen equal to 0.5 μm), these parasitic capacitances turn out to be correspondingly larger, which further increases the level of interference. The total area of the metallization layers 12 located along the perimeter of the crystal is also large, which, taking into account the dielectric constant of silicon oxide, gives a value of the order of 15-20 pF, i.e. significantly more capacitance of the electrodes. To the terminals 8 shown in FIG. 2, an electronic unit 32 is connected to the MMH, which is connected to a voltage source 33 by the power terminals, which has two terminals, for example, 5 V and a common terminal 34. In order not to clutter the connection diagram in FIG. 3, not all connections of terminals 8 with the corresponding inputs and outputs of block 32 are shown. In the proposed device from silicon of the cover 10 and base 9, an additional terminal 39 and 40 is made, respectively, which is connected to the common terminal 34 of the source 33. An additional effect of reducing spurious connections is achieved by applying an additional layer of metallization 37 and 38 over the entire surface of the silicon cap 10 and base 9, which leads to a significant reduction equivalent resistors 25 and 26. Also, an additional layer of metallization 37 and 38 acts as a shield for the electrodes 4 and PM from electromagnetic environmental influences.

На фиг.4 показано прохождение тока 42 от источника управляющего напряжения 41 на входы электронного блока 32 через измерительные электроды.Figure 4 shows the passage of current 42 from a source of control voltage 41 to the inputs of the electronic unit 32 through the measuring electrodes.

Благодаря введенному слою металлизации 38 и 37, который приводит к уменьшению сопротивлений 25 и 26 и дополнительным выводам 39 и 40 от кремния, соединенным с общим выводом 34, доля тока от источника U1, проходящего через резистор 26, увеличивается, а доля тока, проходящего на электронный блок 32, уменьшается. Таким образом уменьшается влияние паразитных связей и уровень помех в предлагаемом ММГ.Thanks to the introduced metallization layer 38 and 37, which leads to a decrease in the resistances 25 and 26 and additional terminals 39 and 40 from silicon connected to the common terminal 34, the fraction of the current from the source U1 passing through the resistor 26 increases, and the fraction of the current passing through the electronic unit 32 is reduced. Thus, the influence of spurious connections and the level of interference in the proposed MMG are reduced.

Таким образом, в предложенном устройстве по сравнению с прототипом достигается повышение точности.Thus, in the proposed device in comparison with the prototype, an increase in accuracy is achieved.

Claims (2)

1. Микромеханический гироскоп, содержащий основание из кремния с установленными на нем через изолирующие слои статорами и опорой, на которой с помощью торсионов подвешен ротор, крышку из кремния с нанесенным на нем изолирующим слоем, на котором расположены электроды, при этом основание и крышка сварены по периметру, электронный блок с источником питания, при этом сигнальные выводы электронного блока соединены с выводами от статоров, ротора и электродов, отличающийся тем, что в нем введены выводы от кремния основания и/или крышки, которые соединены с общим выводом источника питания.1. A micromechanical gyroscope containing a silicon base with stators installed on it through insulating layers and a support on which a rotor is suspended using torsions, a silicon cover with an insulating layer deposited on it, on which electrodes are located, while the base and cover are welded to perimeter, an electronic unit with a power source, while the signal terminals of the electronic unit are connected to the leads from the stators, rotor and electrodes, characterized in that the leads from the silicon base and / or cover, which are unified with a common power supply wiring. 2. Микромеханический гироскоп по п.1, отличающийся тем, что предварительно на наружную поверхность кремния крышки и/или основания нанесен слой металлизации, который соединен с общим выводом источника питания. 2. The micromechanical gyroscope according to claim 1, characterized in that a metallization layer is applied onto the outer surface of the silicon of the lid and / or base, which is connected to a common terminal of the power source.
RU2007128020/28A 2007-07-17 2007-07-17 Micromechanical gyroscope RU2347190C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007128020/28A RU2347190C1 (en) 2007-07-17 2007-07-17 Micromechanical gyroscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007128020/28A RU2347190C1 (en) 2007-07-17 2007-07-17 Micromechanical gyroscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2347190C1 true RU2347190C1 (en) 2009-02-20

Family

ID=40531866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007128020/28A RU2347190C1 (en) 2007-07-17 2007-07-17 Micromechanical gyroscope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2347190C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2582483C1 (en) * 2015-02-09 2016-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Modified microacousto-mechanical gyroscope
RU2662061C1 (en) * 2017-10-25 2018-07-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" Mems devices sealing method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПЕШЕХОНОВ В.Г. и др. Результаты разработки микромеханического гироскопа. XII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам 23-25 мая 2005, с.268-274. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2582483C1 (en) * 2015-02-09 2016-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Modified microacousto-mechanical gyroscope
RU2662061C1 (en) * 2017-10-25 2018-07-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" Mems devices sealing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7484410B2 (en) Gyro sensor and sensor apparatus using same
JP5649810B2 (en) Capacitive sensor
JP3606164B2 (en) Capacitance type external force detection device
US20100127715A1 (en) Semiconductor physical quantity sensor and control device using the same
Sharma et al. A high-Q in-plane SOI tuning fork gyroscope
WO2013179647A2 (en) Physical amount sensor
US20110132089A1 (en) Inertial Sensor
US11567100B2 (en) Vibrating beam accelerometer with additional support flexures to avoid nonlinear mechanical coupling
JP2012108148A (en) Tuning fork gyroscopes, accelerometers, and other sensors with improved scale factor
JP2003028644A (en) Angular velocity sensor
JP4362877B2 (en) Angular velocity sensor
JP2004294405A (en) Angular velocity sensor device and its regulating method
JPH08159776A (en) Angular velocity sensor
RU2347190C1 (en) Micromechanical gyroscope
RU2344374C1 (en) Electrode structure for micromechanical gyroscope and micromechanical gyroscope with such structure (versions)
JPWO2009078284A1 (en) Angular velocity sensor
JP3627665B2 (en) Angular velocity sensor
JP3449130B2 (en) Dynamic quantity sensor and integrated circuit using the same
RU2315265C1 (en) Micro mechanical gyroscope
JP4292746B2 (en) Angular velocity sensor
JP2008241481A (en) Sensor element
JP4088317B2 (en) Sensor element
JP2000131072A (en) Capacity change detection circuit device
US8549916B2 (en) Angular velocity sensor
JPH09145736A (en) Composite acceleration/angular velocity sensor

Legal Events

Date Code Title Description
HK4A Changes in a published invention
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200718