TWI494263B - 具有互相正交方向中解偶感測之傳感器 - Google Patents

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TWI494263B
TWI494263B TW098135303A TW98135303A TWI494263B TW I494263 B TWI494263 B TW I494263B TW 098135303 A TW098135303 A TW 098135303A TW 98135303 A TW98135303 A TW 98135303A TW I494263 B TWI494263 B TW I494263B
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Description

具有互相正交方向中解偶感測之傳感器
本發明大體上係關於微機電系統(MEMS)感測器。更特定言之，本發明係關於具有互相正交方向中解耦感測之一MEMS加速度計。
本申請案已在2008年10月30日作為專利申請案第12/262042號在美國提出申請。
一加速度計係通常用於量測加速力之一感測器。加速力可為靜態的(諸如重力之恆定力)或加速力可為由移動或振動加速度計而引起之動態力。一加速度計可感測沿著一個、兩個或三個軸或方向之加速度或其他現象。從此資訊可確定安裝有該加速度計之裝置的移動及定向。加速度計係使用在慣性導引系統中、車輛中之安全氣囊部署系統中、多種裝置之保護系統中及許多其他科學及工程系統中。
歸因於電容感測MEMS加速度計設計成本相對較低，所以其等在高重力環境及微型化裝置中操作係非常可取的。電容加速計感測電容相對於加速度之一變化，以改變一受供給能量電路之輸出。加速計之一普通形式係具有一「蹺蹺板」(teeter-totter或see saw)組態之一電容傳感器。此通常利用之傳感器類型使用在一基板上之在z軸加速度下旋轉的一可移動元件或板。加速度計結構可量測至少兩個相異電容以決定差動或相對電容。
參考圖1及圖2，圖1繪示建構為一習知鉸鏈或「蹺蹺板」類型加速度計的一先前技術之電容感測MEMS感測器20的一俯視圖，且圖2繪示MEMS感測器20之一側視圖。MEMS感測器20包含一靜態基板22及與基板22隔開的一可移動元件24，靜態基板22及可移動元件24的每一者具有相對之平面。基板22具有沈積於一基板表面28上以形成電容器電極或「板」之一預定組態的許多導電電極元件26。在一例示性案例中，電極元件26可操作為激發或感測電極以接收刺激信號。當一回饋信號疊加於感測信號上時，該等電極元件26可另外操作為回饋電極。
通常稱作為一「慣性質量件(proof mass)」之可移動元件24可藉由一或更多個懸置錨固件或旋轉撓曲件30可撓地懸置於基板22上，以使可移動元件24圍繞一旋轉軸32樞轉或旋轉以搭配電極元件26來形成電容器34及36(標記為C1及C2)。可移動元件24回應於加速度而移動，如此相對於該等靜態感測電極元件26而改變其位置。此位置改變導致其等差(即一差動電容)指示在一方向37中之加速度之一組電容器。
當希望如一蹺蹺板類型加速度計之操作時，在旋轉軸32之一側上的可移動元件24之一區段38形成為具有相對大於在旋轉軸32之另一側上的可移動元件24之一區段40之質量。區段38之該較大質量通常藉由偏移旋轉軸32達成。即，介於旋轉軸32與區段38之一末端44之間的一長度42係大於介於旋轉軸32與區段40之一末端48之間的一長度46。此外，可相對於可移動元件24之旋轉軸32及一縱向軸50對稱地調整電極元件26之大小及隔開電極元件26。
在圖1及圖2中繪示之該裝置係感測僅沿著Z軸之加速度的一單軸加速度計。但是，一些應用需要能夠感測沿著兩個或三個互相正交軸之加速度。此外，許多MEMS感測器應用需要緊密大小及低成本封裝以符合激進之成本目標。
現在參考圖3及圖4，圖3繪示一先前技術之多重軸MEMS感測器52之一俯視圖，且圖4繪示多重軸MEMS感測器52之一側視圖。MEMS感測器52包含藉由一系列彈簧58附接至許多錨固件56之一慣性質量件54，該系列彈簧58較佳的是在三個互相正交方向中係一致的。錨固件56係安裝於一晶粒或其他基板60上。MEMS感測器52之慣性質量件54包含X感測指狀部62及Y感測指狀部64。每一X感測指狀部62由形成於基板60上之兩個固定指狀部66及68包圍。同樣，每一Y感測指狀部64由形成於基板60上之兩個固定指狀部70及72包圍。當MEMS感測器52經歷沿著一X軸74之加速度時，介於X感測指狀部62與相鄰固定指狀部66及68之間的距離改變，如此改變介於此等指狀部之間的電容。此電容改變由感測電路(未繪示)暫存且轉換為代表沿著X軸74之加速度的一輸出信號。藉由暫存介於Y感測指狀部64與相對應之固定指狀部70及72之間的電容改變、以一類似方式感測沿著一Y軸76之加速度。
慣性質量件54具有相對側78及80，該等相對側78及80具有不等之質量。此由建構慣性質量件54使得相對側78及80本質上在厚度及寬度上相等，但在長度上不等而完成。結果，側78具有大於側80之質量，如此使慣性質量件54回應於沿著一Z軸82之加速度而相對於Y軸76旋轉。此加速度由安置於慣性質量件54之下的電容板84及86感測到。
MEMS感測器52之設計可實現一非常緊密之傳感器大小。在此組態中，經由彈簧58耦合XY感測與Z軸感測。因此，彈簧58需要作為XY(即線性)彈簧及Z(即扭轉)彈簧二者運作。不幸的是，很難最佳化用於XY(即線性)及Z(即扭轉)移動二者之彈簧58的設計，XY及Z移動二者可導致軸間(cross-axis)感測錯誤。
在沿著Z軸82之加速度下，因為錨固件56及彈簧58並不位於一單旋轉軸之中心，所以自慣性質量件54之一末端或另一末端移位慣性質量件54之樞軸位置。此「下垂」導致一非所要之二階非線性效應，該二階非線性效應減小量測精確度及/或增加用於回饋閉環控制之感測電路的複雜度。此外，該樞軸位置可隨著加速度頻率而變化，使得普通模式及差動模式具有加劇非線性效應之不同阻尼及模態頻率。
MEMS感測器應用需要較低之溫度偏移係數(TCO)規格。術語「偏移」係指在MEMS感測器之非激發狀態下與其標稱值之輸出偏差。如此，TCO係熱應力在多大程度上影響一半導體裝置(諸如一MEMS感測器)之效能的一量測。MEMS感測器應用之封裝經常使用具有不同熱膨脹係數之材料。如此，可在製造或操作期間逐漸產生一非所要高TCO。此等熱應力以及歸因於水分及組裝過程之應力(在本文中稱為封裝應力)可導致下伏基板之變形。由於封裝應力，在MEMS感測器52之下伏基板上之非中心錨固件56的多重位置使得更易於量測誤差。
因此，所需要的是可沿著兩個或兩個以上互相正交軸感測及自Z感測解耦XY感測以可最佳化其等相對應感測軸之彈簧及減少非線性效應之一緊密型傳感器。進一步所要的是對封裝應力具有減少之靈敏度的一緊密型傳感器。
可藉由參考實施方式及申請專利範圍，且連同圖式一起考慮，而得到本發明之一更完整的理解，其中在整個圖式中，相似元件符號係指類似項目。
參考圖5至圖6，圖5繪示根據本發明之一實施例之一微機電系統(MEMS)感測器90之一俯視圖，且圖6繪示該MEMS感測器90之一側視圖。例如，感測器90可為一電容感測加速度計或另一MEMS感測裝置。在一實施例中，MEMS感測器90係一經調適以感測在至少兩個互相正交方向中之加速度的多重軸感測器。且更特定言之，MEMS感測器90感測在相對應於一X軸方向之一方向92中、相對應於一Y軸之一方向94中及相對應於一Z軸之一方向96中的加速度。為了明確起見，方向92在下文中係指為X方向92，方向94係指為Y方向94，且方向96係指為Z方向96。雖然MEMS感測器90在本文中係描述為感測在三個互相正交方向中的加速度，但應理解MEMS感測器90可經調適以感測在兩個互相正交方向中(例如，X方向92及Z方向96)的加速度。
MEMS感測器90包含一基板98及自基板98隔開之一可移動元件(在本文中係指為一慣性質量件100)，基板98及可移動元件之每一者具有相對平面。一靜態導電層102係沈積於基板98之一表面104上。靜態導電層102係成(例如)包含一電極元件106及電極元件108之至少兩個電隔離電極或板的形式。電極元件106及108可操作為一激發或感測電極以接收刺激信號。當一回饋信號疊加於感測信號上時，該等電極元件106及108可另外操作為回饋電極。
慣性質量件100係以平行隔開的關係定位於基板98的表面104上。即，慣性質量件100懸置於表面104上且不與表面104接觸。慣性質量件100通常係一具有一外部周圍壁110及由一內部周圍壁114劃界之一開口112的平面結構。藉由一錨固系統116，慣性質量件100懸置於基板98上且樞軸耦合至基板98。錨固系統116包含形成於基板98之表面104上的懸置錨固件(本文中係指為樞軸元件118及120)。更特定言之，樞軸元件118在內部周圍壁之一側122處係經由(例如)一繫繩124附接至慣性質量件100。同樣地，樞軸元件120在內部周圍壁114之另一側126處係經由(例如)一另一繫繩128附接至慣性質量件100。
錨固系統116之樞軸元件118及120沿著開口112之一中心線130定位，以形成位於中心線130之一旋轉軸132。樞軸元件118及120可使慣性質量件100圍繞旋轉軸132樞轉或旋轉，以形成介於慣性質量件100與各自電極元件106及108之間的電容器(參見圖2)。如此，慣性質量件100係建構為一鉸鏈或「蹺蹺板」類型加速度計。為圖解說明簡單起見，在圖5中僅繪示兩個電極元件106及108。但是，在替代實施例中，MEMS感測器90可包含不同數量及/或不同組態的電極元件。此外，應理解可利用許多撓曲件、鉸鏈或其他旋轉機構，以使慣性質量件100能夠圍繞旋轉軸132的樞軸移動。
在旋轉軸132之一側上的慣性質量件100之一區段134形成為具有相對大於在旋轉軸132之另一側上的慣性質量件100之一區段136之質量。區段134之較大質量藉由偏移旋轉軸132達成。即，介於旋轉軸132與區段134之一末端140之間的一長度138係大於介於旋轉軸132與區段136之一末端144之間的一長度142。電極元件106面對慣性質量件100之區段134，且電極元件108面對慣性質量件100之區段136。此外，可相對於慣性質量件100之旋轉軸132對稱地調整電極元件106及108之大小且隔開電極元件106及108。即，電極元件106及108的每一者在旋轉軸132之相對側上偏移一相等距離146。
在繪示之實施例中，介於區段134與區段136之間的質量不平衡係藉由偏移旋轉軸132而形成，以使MEMS感測器90執行其在Z方向96中之感測功能。但是，在替代實施例中，區段134可形成為具有較大質量，其中旋轉軸132在幾何上位於慣性質量件100之末端140與144的中心。例如，可用一材料層加重於區段134，以增加區段134相對於區段136之質量。或者，可形成穿過區段136之孔隙以減少其相對於區段134之質量。
慣性質量件100回應於大體上平行於Z軸之Z方向96中之加速度而移動，如此改變其相對於靜態電極元件106及108之位置。因此，電極元件106及108經調適以偵測慣性質量件100沿著垂直於電極元件106及108之一平面的一軸的移動。此位置改變導致其等差(即一差動電容)指示在Z方向96中之加速度之一組電容器。本文利用之術語「靜態」係指相對於慣性質量件100靜止之導電層102及電極元件106與108。即，當慣性質量件100可在樞軸系統116之樞軸元件118及120上圍繞旋轉軸132旋轉或樞轉時，導電層102(包含電極元件106及108)並不相對於慣性質量件100樞轉、旋轉或移動。
在繪示於圖1及圖2中之MEMS感測器20的該習知技術單軸設計中，圍繞旋轉軸32及由電極元件26界限之可移動元件24的區域並不促成在方向37中(Z軸感測)感測。實情係，歸因於組態之實體本質，相較於雙軸XY位移感測器，MEMS感測器20具有非所要高阻尼及減少之自然頻率。此高阻尼導致一較低滾落頻率(rolloff frequency)。對於先前技術之三軸式感測器(諸如MEMS感測器52(圖3至圖4))，XY感測軸經常具有少於所要之阻尼，而Z軸具有多於所要之阻尼。先前技術之三軸式傳感器的一折衷方法係在較高結合壓力下封閉該裝置以增加XY阻尼。但是，此導致在Z軸中甚至更低之滾落頻率。藉由在慣性質量件100中形成開口112，可增加Z軸滾落頻率而無需犧牲在Z方向96中感測之靈敏度。
MEMS感測器90進一步包含一慣性質量件148，該慣性質量件148駐留於開口112中且以平行隔開關係定位於基板98之表面104上。慣性質量件148展現與開口112之中心線130共軸之一中心線150。此外，慣性質量件148之中心線150與旋轉軸132重合。藉由定位慣性質量件148於開口112內，達成一緊密型多重軸傳感器設計，以符合對於MEMS感測器應用需要緊密型大小及低成本封裝之日益增長之需求。
藉由以形成於基板98之表面104上的多重錨固件154之形式的一錨固系統152，慣性質量件148懸置於基板98上且耦合至基板98。錨固件154經由彈簧元件156連接至慣性質量件148。彈簧元件156係順應線性彈簧，該等順應線性彈簧可使慣性質量件148回應於在X方向92或Y方向94中之加速度而大體上平行於表面104移動。如此，慣性質量件148可用於XY感測。在一實施例中，彈簧元件156在X方向92及Y方向94中具有類似勁度，以感測沿著該兩個正交感測軸之一類似量值加速度。
MEMS感測器90之慣性質量件148包含與慣性質量件148之中心線150對準之X感測指狀部158。慣性質量件148進步一包含與慣性質量件148之另一中心線162對準之Y感測指狀部160，該慣性質量件148之另一中心線162配置為正交於中心線150。每一X感測指狀部158由形成於基板98上之兩個固定指狀部164及166圍繞。同樣，每一X感測指狀部160由形成於基板98上之兩個固定指狀部168及170圍繞。當MEMS感測器90經歷在X方向92中之加速度時，介於X感測指狀部158與相鄰固定指狀部164及166之間的距離改變，如此改變介於此等指狀部之間的電容。此電容改變由感測電路(未繪示)暫存且轉換為代表在X軸92中之加速度的一輸出信號。藉由暫存介於Y感測指狀部160與相對應之固定指狀部168及170之間的電容改變、以一類似方式感測在Y方向94中之加速度。
在此實施例中，中心線150係慣性質量件148之一第一對稱軸，且配置為正交於中心線150之中心線162係慣性質量件148之一第二對稱軸。通常，錨固系統152之錨固件154自中心線150及162偏移且相對於中心線150及162對稱地配置。即，錨固件154之每一者自中心線150及162之每一者偏移一相等距離。錨固件154之此組態導致慣性質量件148中心位於線150及170之一交叉點172處及在線150及170之一交叉點172處平衡。X感測指狀部158及Y感測指狀部160亦可相對於慣性質量件148之中心線150及170對稱地配置。慣性質量件148之該對稱組態導致在中心線150及162之任何一側上通常相同之熱引發應力。如此，減少熱引發應力對慣性質量件148之影響，否則該等影響可影響在X方向92及Y方向94中之感測精確度。
尤其應注意的是，用於慣性質量件148之錨固系統152係自用於慣性質量件100之錨固系統116機械地解耦，即相異於慣性質量件100之錨固系統116。此組態可使最佳化用於在Z方向96中之Z軸感測之樞軸元件118與120及繫繩124與128之設計，以及最佳化用於在X方向92及Y方向94中之XY感測之彈簧元件156之設計。此外，因為Z軸感測係自XY軸感測解耦，所以可在很大程度上消除軸間感測。此圖解說明於在圖6中，其中慣性質量件100回應於在Z方向96中之加速度而圍繞旋轉軸132旋轉。但是，因為慣性質量件148係歸因於其獨立錨固系統152而自慣性質量件100解耦，所以慣性質量件148並不相對應於慣性質量件100樞轉或旋轉。即，慣性質量件148保持自下伏基板98之表面104隔開且大體上平行於下伏基板98之表面104。
圖7繪示根據本發明之另一實施例的一多重軸MEMS感測器174的一俯視圖。MEMS感測器174之設計類似於MEMS感測器90之設計。即，MEMS感測器174包含：基板98(不可見)；慣性質量件100，該慣性質量件100係藉由錨固系統116懸置於基板98上且樞軸耦合至基板98；及慣性質量件148，該慣性質量件148係藉由錨固系統152懸置於基板98上且耦合至基板98。在上文中已連同圖5至圖6討論了此等特徵且為了簡短起見，不重複該等描述及優點。
在一些情況中，可期望增加慣性質量件148之質量，以便增加X感測指狀部158及Y感測指狀部160之XY感測靈敏度。即，若增加慣性質量件148之質量，則甚至在低加速度下，在X或Y方向92及94中仍存在較大潛力位移。因此，MEMS感測器174進一步包含相對於慣性質量件148之中心線150及162對稱地配置於慣性質量件148上之一材料176。例如，材料176可為安置於慣性質量件148上之一金屬或其他適合之材料。可根據已知製程沈積及圖案化材料176。材料176起到增加慣性質量件148之質量的功能。結果，可有效地增加X感測指狀部158及Y感測指狀部160之XY感測靈敏度。
圖8繪示根據本發明之另一實施例之一多重軸MEMS感測器178的一俯視圖。MEMS感測器178之設計類似於MEMS感測器90之設計。即，MEMS感測器178包含：基板98及慣性質量件100，該慣性質量件100係藉由錨固系統116懸置於基板98上且樞軸耦合至基板98。在上文中已連同圖5至圖6討論了此等特徵且為了簡短起見，不重複該等描述及優點。在一些情況中，可期望自Y方向感測機械地解耦X方向感測。因此，一慣性質量件180及一慣性質量件182駐留於慣性質量件100之開口112中。
藉由以形成於基板98上之多重錨固件186的形式之一錨固系統184，慣性質量件180懸置於基板98上且耦合至基板98。錨固件186係經由彈簧元件188連接至慣性質量件180。慣性質量件180進一步包含與慣性質量件100之旋轉軸132對準之X感測指狀部190。每一X感測指狀部190由形成於下伏基板98上之兩個固定指狀部192及194圍繞。彈簧元件188係順應線性彈簧，該等順應線性彈簧可使慣性質量件180回應於在X方向92中之加速度而大體上平行於基板移動。如此，當MEMS感測器178經歷在X方向92中之加速度時，介於X感測指狀部190與相鄰固定指狀部192及194之間的距離改變，如此改變介於此等指狀部之間的電容。此電容改變由感測電路(未繪示)暫存且轉換為代表在X方向92中之加速度的一輸出信號。
藉由以形成於基板98上之多重錨固件198之形式之一錨固系統196，慣性質量件182懸置於基板98上且耦合至基板98。錨固件198經由彈簧元件200連接至慣性質量件182。慣性質量件182進一步包含配置為正交於慣性質量件100之旋轉軸132的Y感測指狀部202。每一Y感測指狀部202由形成於下伏基板98上之兩個固定指狀部204及206圍繞。彈簧元件200係順應線性彈簧，該等順應線性彈簧可使慣性質量件182回應於Y方向94中之加速度而大體上平行於基板移動。如此，當MEMS感測器178經歷在Y方向94中之加速度時，介於Y感測指狀部202與相鄰固定指狀部204及206之間的距離改變，如此改變介於此等指狀部之間的電容。此電容改變係由感測電路(未繪示)暫存且轉換為一代表在Y方向94中之加速度的輸出信號。
在此實施例中尤其應注意的是，除了用於慣性質量件100之相異的錨固系統116外，慣性質量件182亦係藉由錨固系統196而懸置，錨固系統196相異於用於慣性質量件180之錨固系統184。因此，亦可很大程度上消除介於X方向92及Y方向94之間的任何軸間感測。此外，相異之錨固件186及198容許設計者在X方向92對Y方向94中具有一不同勁度，以感測沿著該兩個正交感測軸之加速度的不同量值。此外，MEMS感測器178的組態為慣性質量件100之繫繩124及126的長度供應更大的撓性，同時保留開口112的優點，即減少之非線性及改良之阻尼的優點。
本文描述之一實施例包括一經調適以感測在至少兩個互相正交方向中之加速度的傳感器。該傳感器包含至少兩個慣性質量件，該兩個慣性質量件之每一者藉由一相異錨固系統而懸置於一基板上。一第一慣性質量件可係建構為一蹺蹺板結構之一差動加速度計，以用於感測在一第一方向中之加速度。用於第一慣性質量件之錨固系統的樞軸元件係實體上位於旋轉軸處，藉此大體上消除在具有自旋轉軸偏離之樞軸元件的一些先前技術中見到的二階非線性效應。該第一慣性質量件包含一開口，且該第二慣性質量件駐留於該開口中。該第二慣性質量件可為一差動位移加速度計，該差動位移加速度計之錨固系統容許該差動位移加速度計回應於在第二互相正交方向及/或第三互相正交方向中之加速度而移位，同時保持大體上平行於下伏基板。該第一慣性質量件中之開口的形成導致第一方向中之滾落頻率的增加，而無需犧牲第一方向中之感測的靈敏度。此外，將該第二慣性質量件放置在開口中實現一緊密型多重軸傳感器設計，以符合對於MEMS感測器應用需要緊密型大小及低成本封裝的需求。用於慣性質量件之每一者的不同錨固系統可使相對應之扭轉及線性彈簧元件的最佳化，同時消除軸間感測。
雖然已詳細地圖解說明及描述本發明之較佳實施例，但熟悉此項技術者明顯知曉可在不脫離本發明之精神或隨附之申請專利範圍下對本文進行多種修改。
20．．．MEMS感測器
22．．．基板
24．．．可移動元件
26．．．電極元件
28．．．基板表面
30．．．懸置錨固件/旋轉撓曲件
32．．．旋轉軸
34．．．電容器
36．．．電容器
37．．．方向
38．．．可移動元件之區段
40．．．可移動元件之區段
42．．．長度
44．．．區段38之末端
46．．．長度
48．．．區段40之末端
50．．．縱向軸
52．．．MEMS感測器
54．．．慣性質量件
56．．．錨固件
58．．．彈簧
60．．．基板
62．．．X感測指狀部
64．．．Y感測指狀部
66．．．固定指狀部
68．．．固定指狀部
70．．．固定指狀部
72．．．固定指狀部
74．．．X軸
76．．．Y軸
78．．．慣性質量件54之側
80．．．慣性質量件54之側
82．．．Z軸
84．．．電容板
86．．．電容板
90．．．MEMS感測器
92．．．X方向
94．．．Y方向
96．．．Z方向
98．．．基板
100．．．慣性質量件
102．．．靜態導電層
104．．．基板98之表面
106．．．電極元件
108．．．電極元件
110．．．外部周圍壁
112．．．開口
114．．．內部周圍壁
116．．．錨固系統
118．．．樞軸元件
120．．．樞軸元件
122．．．內部周圍壁114之側
124．．．繫繩
126．．．內部周圍壁114之另一側
128．．．繫繩
130．．．中心線
132．．．旋轉軸
134．．．慣性質量件100之區段
136．．．慣性質量件100之區段
138．．．長度
140．．．區段134之末端
142．．．長度
144．．．區段136之末端
146．．．距離
148．．．慣性質量件
150．．．中心線
152．．．錨固系統
154．．．錨固件
156．．．彈簧元件
158．．．X感測指狀部
160．．．Y感測指狀部
162．．．中心線
164．．．固定指狀部
166．．．固定指狀部
168．．．固定指狀部
170．．．固定指狀部
172．．．交叉點
174．．．MEMS感測器
176．．．材料
178．．．MEMS感測器
180．．．慣性質量件
182．．．慣性質量件
184．．．錨固系統
186．．．錨固件
188．．．彈簧元件
190．．．X感測指狀部
192．．．固定指狀部
194．．．固定指狀部
198．．．錨固件
200．．．彈簧元件
202．．．Y感測指狀部
204．．．固定指狀部
206．．．固定指狀部
圖1繪示建構為一習知鉸鏈或「蹺蹺板」類型加速計的一先前技術之電容感測MEMS感測器20的一俯視圖；
圖2繪示圖1之MEMS感測器20之一側視圖；
圖3繪示一先前技術之多重軸MEMS感測器的一俯視圖；
圖4繪示圖3之多重軸MEMS感測器的一側視圖；
圖5繪示根據本發明之一實施例的一多重軸MEMS感測器的一俯視圖；
圖6繪示圖5之MEMS感測器的一側視圖；
圖7繪示根據本發明之另一實施例的一多重軸MEMS感測器的一俯視圖；及
圖8繪示根據本發明之另一實施例之一多重軸MEMS感測器的一俯視圖。
90．．．MEMS感測器
92．．．X方向
94．．．Y方向
100．．．慣性質量件
106．．．電極元件
108．．．電極元件
110．．．外部周圍壁
112．．．開口
114．．．內部周圍壁
116．．．錨固系統
118．．．樞軸元件
120．．．樞軸元件
122．．．內部周圍壁114之側
124．．．繫繩
126．．．內部周圍壁114之另一側
128．．．繫繩
130．．．中心線
132．．．旋轉軸
134．．．慣性質量件100之區段
136．．．慣性質量件100之區段
138．．．長度
140．．．區段134之末端
142．．．長度
144．．．區段136之末端
148．．．慣性質量件
150．．．中心線
152．．．錨固系統
154．．．錨固件
156．．．彈簧元件
158．．．X感測指狀部
160．．．Y感測指狀部
162．．．中心線
164．．．固定指狀部
166．．．固定指狀部
168．．．固定指狀部
170．．．固定指狀部
172．．．交叉點

Claims (20)

  1. 一種經調適以感測在至少兩個互相正交方向中之加速度的傳感器，該傳感器包括：一基板；一第一慣性質量件，該第一慣性質量件係以隔開關係定位於該基板之一表面上，且經調適以相對於一旋轉軸運動，該第一慣性質量件具有延伸穿過該第一慣性質量件之一開口；一第一錨固系統，該第一錨固系統係形成於該基板之該表面上，該第一錨固系統使該第一慣性質量件在該旋轉軸處樞軸耦合至該基板，以可使該第一慣性質量件回應於在該等相互正交方向之一第一方向中之該加速度而圍繞該旋轉軸旋轉；一第二慣性質量件，該第二慣性質量件駐留於該開口中，且其以隔開關係駐留於該表面上；及一第二錨固系統，該第二錨固系統係形成於該基板之該表面上且與該第二慣性質量件耦合，以可使該第二慣性質量件回應於在該等相互正交方向之一第二方向中之該加速度而大體上平行於該基板之該表面移動。
  2. 如請求項1之傳感器，其中該旋轉軸係位於該第一慣性質量件之該開口之一中心線處。
  3. 如請求項1之傳感器，其中該第一慣性質量件之該開口係由一內部周圍壁界定，且該第一錨固系統包括：一第一樞軸元件，該第一樞軸元件係在該內部周圍壁 之一第一側處附接至該第一慣性質量件；及一第二樞軸元件，該第一樞軸元件係在該內部周圍壁之一第二側處附接至該第一慣性質量件，該內部周圍壁之該第二側與該內部周圍壁之該第一側相對。
  4. 如請求項1之傳感器，其中該第一慣性質量件包括第一末端及第二末端，一第一區段係形成於該旋轉軸與該第一末端之間，一第二區段係形成於該旋轉軸與該第二末端之間，該第一區段展現大於該第二區段之一質量。
  5. 如請求項4之傳感器，其中該第一慣性質量件之該旋轉軸在該第一末端與該第二末端之間偏移，使得該第一區段展現介於該旋轉軸與該第一末端之間之一第一長度，該第一長度大於介於該旋轉軸與該第二末端之間之該第二區段之一第二長度。
  6. 如請求項4之傳感器，該傳感器進一步包括：一第一電極元件，該第一電極元件係形成於該基板之該表面上，且面對該第一區段；及一第二電極元件，該第二電極元件係形成於該基板之該表面上，且面對該第二區段，該第一電極元件及該第二電極元件之每一者相對於該旋轉軸偏移一大體上相等之距離，該第一電極元件及該第二電極元件之該每一者經調適以感測在垂直於該基板之該第一方向中之該加速度。
  7. 如請求項1之傳感器，其中該第二慣性質量件展現與該第一慣性質量件之該旋轉軸共軸之一中心線。
  8. 如請求項1之傳感器，其中該第二錨固系統包括多個彈簧元件，該多個彈簧元件自該旋轉軸偏移且係相對於該旋轉軸對稱地配置。
  9. 如請求項8之傳感器，其中該第二慣性質量件展現大體上正交於該旋轉軸之一中心線，且該多個彈簧元件係相對於該中心線對稱地配置。
  10. 如請求項1之傳感器，其中該第二錨固系統可使該第二慣性質量件回應於在該等互相正交方向中之一第三方向上之該加速度而大體上平行於該基板之該表面移動。
  11. 如請求項10之傳感器，其中該第二慣性質量件包括：一第一組感測指狀部，該第一組感測指狀部係與該第二慣性質量件之一第一中心線對準，該第一中心線係正交於該旋轉軸，且該第一組感測指狀部經調適以感測在該第二方向中之該加速度；及一第二組感測指狀部，該第二組感測指狀部係與該第二慣性質量件之一第二中心線對準，該第二中心線係正交於該第一中心線且大體上平行於該旋轉軸，且該第二組感測指狀部經調適以感測在該第三方向中之該加速度。
  12. 如請求項11之傳感器，其中在該第一組及該第二組中之該等感測指狀部之每一者係安置於兩個平行指狀部之間，該兩個平行指狀部係可固定地附接至該基板之該表面。
  13. 如請求項1之傳感器，該傳感器進一步包括： 一第三慣性質量件，該第三慣性質量件駐留於該開口中，且係以隔開關係駐留於該基板之該表面上；及一第三錨固系統，該第三錨固系統係形成於該基板之該表面上且與該第三慣性質量件耦合，以可使該第三慣性質量件回應於在該等相互正交方向之一第三方向中之該加速度而大體上平行於該表面移動。
  14. 如請求項13之傳感器，其中該第二慣性質量件及該第三之每一者自該開口之一中心線偏移，該旋轉軸係與該中心線共軸，且該第一錨固系統係定位在介於該第二慣性質量件與該第三慣性質量件之間之該旋轉軸上。
  15. 一種經調適以感測在至少兩個互相正交方向中之加速度的傳感器，該傳感器包括：一基板；一第一慣性質量件，該第一慣性質量件係以隔開關係定位於該基板之一表面上，且其經調適以相對於一旋轉軸運動，該第一慣性質量件具有延伸穿過該第一慣性質量件之一開口，該開口展現與該旋轉軸共軸之一第一中心線；一第一錨固系統，該第一錨固系統係形成於該基板之該表面上，該第一錨固系統使該第一慣性質量件在該旋轉軸處樞軸耦合至該基板，以可使該第一慣性質量件回應於在該等相互正交方向之一第一方向中之該加速度而圍繞該旋轉軸旋轉；一第二慣性質量件，該第二慣性質量件駐留於該開口 中，且其係以隔開關係駐留於該表面上，該第二慣性質量件展現與該第一中心線共軸之一第二中心線；及一第二錨固系統，該第二錨固系統係形成於該基板之該表面上且與該第二慣性質量件耦合，以可使該第二慣性質量件回應於在該等相互正交方向之一第二方向中之該加速度而大體上平行於該基板之該表面移動。
  16. 如請求項15之傳感器，其中該第一慣性質量件包括第一末端及第二末端，一第一區段係形成於該旋轉軸與該第一末端之間，一第二區段係形成於該旋轉軸與該第二末端之間，該第一區段展現大於該第二區段之一質量，且該第一慣性質量件回應於在垂直於該基板之該表面之該第一方向中之該加速度而圍繞該旋轉軸旋轉。
  17. 如請求項15之傳感器，其中該第二錨固系統可使該第二慣性質量件回應於在該等互相正交方向之一第三方向中之該加速度而大體上平行於該基板之該表面移動，該第二方向及該第三方向係大體上平行於該基板之該表面。
  18. 一種經調適以感測在至少兩個互相正交方向中之加速度的傳感器，該傳感器包括：一基板；一第一慣性質量件，該第一慣性質量件係以隔開關係定位於該基板之一表面上，且其經調適以相對於一旋轉軸運動，該第一慣性質量件具有延伸穿過該第一慣性質量件之一開口，該開口係由一內部周圍壁界定；一第一錨固系統，該第一錨固系統係形成於該基板之 該表面上，該第一錨固系統使該第一慣性質量件在該旋轉軸處樞軸耦合至該基板，以可使該第一慣性質量件回應於在該等相互正交方向之一第一方向中之該加速度而圍繞該旋轉軸旋轉，該第一錨固系統包含：一第一樞軸元件，該第一樞軸元件係在該內部周圍壁之一第一側處附接至該第一慣性質量件；及一第二樞軸元件，該第二樞軸元件係在該內部周圍壁之一第二側處附接至該第一慣性質量件，該內部周圍壁之該第二側與該內部周圍壁之該第一側相對；一第二慣性質量件，該第二慣性質量件駐留於該開口中，且其係以隔開關係駐留於該表面上；及一第二錨固系統，該第二錨固系統係形成於該基板之該表面上且與該第二慣性質量件耦合，以可使該第二慣性質量件回應於在該等相互正交方向之一第二方向中之該加速度而大體上平行於該基板之該表面移動，該第二錨固系統包含多個彈簧元件，該多個彈簧元件自該旋轉軸偏移且係相對於該旋轉軸對稱地配置。
  19. 如請求項18之傳感器，其中該第二慣性質量件展現大體上正交於該旋轉軸之一中心線，且該多個彈簧元件係相對於該中心線對稱地配置。
  20. 如請求項18之傳感器，其中該第二錨固系統可使該第二慣性質量件回應於在該等互相正交方向之一第三方向中之該加速度而大體上平行於該基板之該表面移動。
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