微電子機(jī)械系統(tǒng)(mems)多軸加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】除其他情況之外，本文檔討論了慣性傳感器，其包括在器件層的x-y平面中形成的單個(gè)質(zhì)量塊，所述單個(gè)質(zhì)量塊包括單個(gè)中心錨，所述單個(gè)中心錨被配置為使所述單個(gè)質(zhì)量塊懸吊在通孔晶片上方。所述慣性傳感器還包括在所述慣性傳感器相應(yīng)的第一側(cè)和第二側(cè)上的所述器件層的所述x-y平面中形成的第一電極定子框架和第二電極定子框架，所述第一電極定子框架和所述第二電極定子框架關(guān)于所述單個(gè)中心錨對(duì)稱，并且每個(gè)電極定子框架獨(dú)立地包括中心平臺(tái)和被配置為將所述中心平臺(tái)固定到所述通孔晶片上的錨，其中所述第一電極定子框架和所述第二電極定子框架的所述錨沿著所述中心平臺(tái)相對(duì)于所述單個(gè)中心錨不對(duì)稱。
【專利說(shuō)明】微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS)多軸加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2012年1月31日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)13/362, 955的優(yōu)先權(quán) 的權(quán)益，該申請(qǐng)全文以引用方式并入本文。
[0003] 本申請(qǐng)與2011年9月18日提交的授予Acar的名稱為"MICROMACHINED M0N0LITHIC3-AXIS GYROSCOPE WHH SINGLE DRIVE"（具有單驅(qū)動(dòng)的微機(jī)械單片式三軸陀螺 儀）的國(guó)際申請(qǐng)NO.PCT/US2011/052065相關(guān)，該國(guó)際申請(qǐng)要求2010年9月18日提交的授 予Acar 的名稱為"MICROMACHINED M0N0LITHIC3-AXIS GYROSCOPE WITH SINGLE DRIVE"（具 有單驅(qū)動(dòng)的微機(jī)械單片式三軸陀螺儀）的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/384, 245的優(yōu)先權(quán) 的權(quán)益，并且本申請(qǐng)與2011年9月18日提交的授予Acar的名稱為"MICR0MACHINED3-AXIS ACCELEROMETER WITH A SINGLE PROOF-MASS"（具有單質(zhì)量塊的微機(jī)械三軸加速計(jì)）的國(guó) 際申請(qǐng)NO.PCT/US2011/052064相關(guān)，該國(guó)際申請(qǐng)要求2010年9月18日提交的授予Acar 的名稱為"MICR0MACHINED3-AXIS ACCELEROMETER WITH A SINGLE PROOF-MASS"（具有單質(zhì) 量塊的微機(jī)械三軸加速計(jì)）的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/384, 246的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，據(jù)此 所述專利申請(qǐng)各自全文以引用方式并入本文。
[0004] 此外，本申請(qǐng)還與2010年8月3日提交的授予Acar等人的名稱為"MICROMACHINED INERTIAL SENSOR DEVICES"（微機(jī)械慣性傳感器器件）的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/849, 742 相關(guān)，并與2010年8月3日提交的授予Marx等人的名稱為"MICROMACHINED DEVICES AND FABRICATING THE SAME"（微機(jī)械設(shè)備及其制造方法）的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/849, 787 相關(guān)，據(jù)此所述專利申請(qǐng)各自全文以引用方式并入本文。

【背景技術(shù)】
[0005] 若干單軸或多軸微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)已經(jīng)集成到系統(tǒng)中，以形成三軸陀螺儀組。然 而，由單獨(dú)的傳感器組成的此類組的尺寸和成本對(duì)于某些應(yīng)用過(guò)大。盡管可以將單軸或多 軸陀螺儀制造在單個(gè)MEMS芯片上，但每個(gè)傳感器需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)和傳感電子器件。此外， 消費(fèi)品/移動(dòng)設(shè)備、汽車和航天/國(guó)防應(yīng)用中對(duì)于三軸加速度檢測(cè)的需求正在不斷增加。很 多單軸或多軸微機(jī)械加速計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)于每個(gè)加速度軸都使用單獨(dú)的質(zhì)量塊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 除其他情況之外，本文檔討論了慣性傳感器，其包括在器件層的x-y平面中形成 的單個(gè)質(zhì)量塊，所述單個(gè)質(zhì)量塊包括單個(gè)中心錨，所述單個(gè)中心錨被配置為使單個(gè)質(zhì)量塊 懸吊在通孔晶片上方。慣性傳感器還包括在慣性傳感器相應(yīng)的第一側(cè)和第二側(cè)上的器件層 的x-y平面中形成的第一和第二電極定子框架，所述第一和第二電極定子框架關(guān)于單個(gè)中 心錨對(duì)稱，并且每個(gè)電極定子框架獨(dú)立地包括中心平臺(tái)和被配置為將中心平臺(tái)固定到通孔 晶片上的錨，其中所述第一和第二電極定子框架的錨沿著中心平臺(tái)相對(duì)于單個(gè)中心錨不對(duì) 稱。
[0007] 本
【發(fā)明內(nèi)容】
旨在提供對(duì)本專利申請(qǐng)主題的概述。并非要提供本發(fā)明的排他或窮舉 性說(shuō)明。包括詳細(xì)描述以提供關(guān)于本專利申請(qǐng)的更多信息。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 在附圖中（這些附圖不一定是按照比例繪制的），相同的數(shù)字能夠描述不同視圖 中的類似部件。具有不同字母后綴的相同數(shù)字能夠表示類似部件的不同實(shí)例。附圖通過(guò)實(shí) 例而非限制的方式概括地示例了本申請(qǐng)中討論的各個(gè)實(shí)施例。
[0009] 圖1概括地示出了三自由度（3-D0F)慣性測(cè)量單元（MU)的示意性剖視圖。
[0010] 圖2概括地示出了三軸陀螺儀的例子。
[0011] 圖3概括地示出了驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中的三軸陀螺儀的例子。
[0012] 圖4概括地示出了在響應(yīng)于圍繞X軸的旋轉(zhuǎn)而感應(yīng)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中的三軸陀螺儀的 例子，所述三軸陀螺儀包括單個(gè)質(zhì)量塊。
[0013] 圖5概括地示出了在響應(yīng)于圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)而感應(yīng)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中的三軸陀螺儀的 例子，所述三軸陀螺儀包括單個(gè)質(zhì)量塊。
[0014] 圖6概括地示出了在響應(yīng)于圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)而感應(yīng)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中的三軸陀螺儀的 例子，所述三軸陀螺儀包括單個(gè)質(zhì)量塊的三軸陀螺儀的例子。
[0015] 圖7和8概括地示出了分別在反相運(yùn)動(dòng)和同相運(yùn)動(dòng)期間的三軸陀螺儀的例子，所 述三軸陀螺儀包括z軸陀螺儀耦合撓曲支承部。
[0016] 圖9概括地示出了三軸加速計(jì)的例子。
[0017] 圖10概括地示出了響應(yīng)于X軸加速度而處于感應(yīng)運(yùn)動(dòng)中的三軸加速計(jì)的例子。
[0018] 圖11概括地示出了響應(yīng)于y軸加速度而處于感應(yīng)運(yùn)動(dòng)中的三軸加速計(jì)的例子。
[0019] 圖12概括地示出了響應(yīng)于z軸加速度而處于感應(yīng)運(yùn)動(dòng)中的三軸加速計(jì)的例子。
[0020] 圖13概括地示出了包括通孔晶片電極布置的系統(tǒng)的例子。
[0021] 圖14概括地示出了包括單個(gè)質(zhì)量塊的三軸加速計(jì)的示例性側(cè)視圖。
[0022] 圖15概括地示出了 3+3自由度（3+3D0F)慣性測(cè)量單元（MU)的例子。
[0023] 圖16概括地示出了錨附近的處于靜止?fàn)顟B(tài)的中心懸吊件的例子。
[0024] 圖17概括地示出了驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中的中心懸吊件的一部分的例子。
[0025] 圖18-22概括地示出了加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)的例子。
[0026] 圖23和24概括地示出了電極定子框架的最低面外共振模式的例子。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 除其他情況之外，本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到一種微機(jī)械單片式三軸陀螺儀，其被配置為 采用單個(gè)中心錨定質(zhì)量塊來(lái)檢測(cè)圍繞所有三個(gè)軸的角速率，同時(shí)對(duì)每個(gè)軸的響應(yīng)模式進(jìn)行 有效地解耦，從而使軸間靈敏度最小化。
[0028] 在一個(gè)例子中，本文所公開(kāi)的獨(dú)特的質(zhì)量塊分區(qū)和撓曲結(jié)構(gòu)可允許采用單驅(qū)動(dòng)模 式振蕩進(jìn)行三軸角速率檢測(cè)，這對(duì)于所有軸可以只需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制回路。因此，與使用三 個(gè)單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)回路的現(xiàn)有多軸陀螺儀相比，本文所公開(kāi)的三軸陀螺儀的控制電子器件的復(fù) 雜性和成本可以顯著降低。
[0029] 此外，除其他情況之外，本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到一種微機(jī)械三軸陀螺儀，其被配置為采 用單個(gè)中心錨定質(zhì)量塊來(lái)檢測(cè)圍繞所有三個(gè)軸的加速度，同時(shí)對(duì)每個(gè)軸的響應(yīng)模式進(jìn)行有 效地解耦，從而使軸間靈敏度最小化。
[0030] 在一個(gè)例子中，本文所公開(kāi)的唯一質(zhì)量塊和撓曲結(jié)構(gòu)可允許使用單個(gè)中心錨定質(zhì) 量塊進(jìn)行三軸加速度檢測(cè)。因此，與針對(duì)每個(gè)加速軸采用單獨(dú)的質(zhì)量塊的現(xiàn)有多軸加速計(jì) 相比，本文所公開(kāi)的三軸加速計(jì)的微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS)傳感元件的總體管芯尺寸和總 成本可以顯著降低。
[0031] 此外，由于管芯變形和封裝應(yīng)力會(huì)影響MEMS傳感器的溫度系數(shù)，并且還由于本文 所公開(kāi)的傳感器中的一者或多者可能不以管芯為中心，除其他情況之外，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn) 識(shí)到，將質(zhì)量從電極定子框架轉(zhuǎn)移到質(zhì)量塊框架可以正面影響性能（例如更加穩(wěn)固、改善 的耐沖擊和耐振性等）。此外，加寬電極定子框架錨平臺(tái)可允許電極定子框架錨的獨(dú)立或不 對(duì)稱布置，除其他情況之外，這可以提高慣性傳感器的溫度性能。
[0032] 器件結(jié)構(gòu)
[0033] 圖1概括地示出了形成于芯片級(jí)封裝中的三自由度（3-D0F)慣性測(cè)量單元 (MU) 100 (例如3-D0F陀螺儀或3-D0F微機(jī)械加速計(jì)）的示意性剖視圖，其中芯片級(jí)封裝包 括帽晶片101、含微機(jī)械結(jié)構(gòu)（如，微機(jī)械3-D0F MU)的器件層105和通孔晶片103。在一 個(gè)例子中，器件層105可被夾在帽晶片101與通孔晶片103之間，并且器件層105與帽晶片 101之間的腔體可在真空下以晶片級(jí)密封。
[0034] 在一個(gè)例子中，帽晶片101可例如使用金屬粘合102粘合到器件層105。金屬粘合 102可包括熔融粘合（例如非高溫熔融粘合）以使得吸氣劑能夠維持長(zhǎng)期真空，且使得抗靜 摩擦涂層的涂覆能夠防止可能在低重力加速度傳感器中發(fā)生的靜摩擦。在一個(gè)例子中，在 器件層105操作期間，金屬粘合102可在帽晶片101與器件層105之間產(chǎn)生熱應(yīng)力。在某 些例子中，能夠?yàn)槠骷?05增加一個(gè)或多個(gè)特征，以使器件層105中的微機(jī)械結(jié)構(gòu)與熱應(yīng) 力隔離，例如形成于微機(jī)械結(jié)構(gòu)的周長(zhǎng)周圍的一個(gè)或多個(gè)減小應(yīng)力的溝槽。在一個(gè)例子中， 可將通孔晶片103粘合到器件層105,例如熔融粘合（如，硅-硅熔融粘合等），以避免在通 孔晶片103與器件層105之間的熱應(yīng)力。
[0035] 在一個(gè)例子中，通孔晶片103可包括一個(gè)或多個(gè)隔離區(qū)域，例如第一隔離區(qū)域 107,該第一隔離區(qū)域107例如使用一個(gè)或多個(gè)穿硅通路（TSV)(例如第一 TSV108,其使用 介電材料109與通孔晶片103絕緣）與通孔晶片103的一個(gè)或多個(gè)其他區(qū)域隔離開(kāi)。在某 些例子中，所述一個(gè)或多個(gè)隔離區(qū)域可用作電極，以感測(cè)或啟動(dòng)六軸慣性傳感器的面外操 作模式，并且所述一個(gè)或多個(gè)TSV可被配置為提供從器件層105到系統(tǒng)100外部的電連接。 此外，通孔晶片103可包括例如第一觸點(diǎn)110的一個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)，所述一個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)使用 介電層104與通孔晶片103的一個(gè)或多個(gè)部分選擇性地隔離開(kāi)，并且所述一個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn) 被配置為使用突起部（bump)、絲焊或一個(gè)或多個(gè)其他電連接來(lái)提供通孔晶片103的隔離區(qū) 域或TSV中的一個(gè)或多個(gè)到一個(gè)或多個(gè)外部組件（例如，ASIC晶片）之間的電連接。
[0036] 在某些例子中，器件層105中的所述三自由度（3-D0F)陀螺儀或微機(jī)械加速計(jì)可 通過(guò)將器件層105粘合到通孔晶片103的突起部分（例如錨106)來(lái)得到支撐或錨定于通孔 晶片103。在一個(gè)例子中，錨106可大體上定位于通孔晶片103的中心處，并且器件層105 可熔融粘合到錨106,例如以消除與金屬疲勞相關(guān)的問(wèn)題。
[0037] 陀螺儀器件結(jié)構(gòu)
[0038] 圖2概括地示出了三軸陀螺儀200的例子，其例如形成在3-D0F MU100的器件層 105的單一平面中。在一個(gè)例子中，三軸陀螺儀200的結(jié)構(gòu)可以關(guān)于圖2中示出的x軸和y 軸對(duì)稱，其中z軸概念性地自圖朝外。圖2中參考了三軸陀螺儀200的一個(gè)部分中的結(jié)構(gòu) 和功能。然而，在某些例子中，此類參考和描述可適用于三軸陀螺儀200的未標(biāo)記的類似部 分。
[0039] 在一個(gè)例子中，三軸陀螺儀200可包括單個(gè)質(zhì)量塊設(shè)計(jì)，其提供圖案化為3-D0F MU100的器件層105的三軸陀螺儀操作模式，例如圖1的例子所示。
[0040] 在一個(gè)例子中，可使用單個(gè)中心錨（如，錨106)和包括對(duì)稱中心撓曲支承部（"撓 曲部"）的中心懸吊件111將單個(gè)質(zhì)量塊懸吊在其中心，例如在提交于2011年9月16日 的名稱為 "FLEXURE BEARING TO REDUCE QUADRATURE FOR RESONATING MICROMACHINED DEVICES"（用于減輕共振微機(jī)械器件的正交的撓曲支承部）的授予Acar等人的共同待審 的PCT專利申請(qǐng)序列號(hào)US2011052006中有所公開(kāi)，該專利申請(qǐng)據(jù)此全文以引用方式并入。 中心懸吊件111可使得單個(gè)質(zhì)量塊能夠圍繞X、y和z軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)振蕩，從而提供三種陀螺 儀操作模式，包括：
[0041] (1)圍繞Z軸面內(nèi)扭轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)（例如圖3中所示）；
[0042] (2)圍繞X軸面外扭轉(zhuǎn)的y軸陀螺儀感應(yīng)運(yùn)動(dòng)（例如圖4中所示）；和
[0043] (3)圍繞y軸面外扭轉(zhuǎn)的X軸陀螺儀感應(yīng)運(yùn)動(dòng)（例如圖5中所示）；
[0044] 另外，單個(gè)質(zhì)量塊設(shè)計(jì)可由多個(gè)部分組成，例如包括主質(zhì)量塊部分115和關(guān)于y軸 對(duì)稱的X軸質(zhì)量塊部分116。在一個(gè)例子中，驅(qū)動(dòng)電極123可沿主質(zhì)量塊部分115的y軸設(shè) 置。與中心懸吊件111結(jié)合，驅(qū)動(dòng)電極123可被配置為提供圍繞z軸面內(nèi)扭轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)， 從而允許檢測(cè)圍繞X和y軸的角運(yùn)動(dòng)。
[0045] 在一個(gè)例子中，X軸質(zhì)量塊部分116可利用z軸陀螺儀撓曲支承部120耦合到主 質(zhì)量塊部分115。在一個(gè)例子中，z軸陀螺儀撓曲支承部120可允許X軸質(zhì)量塊部分116在 X方向上進(jìn)行反相線性振蕩，以使z軸陀螺儀感應(yīng)運(yùn)動(dòng)。
[0046] 另外，三軸慣性傳感器200可包括z軸陀螺儀感應(yīng)電極127,其被配置為檢測(cè)X軸 質(zhì)量塊部分116沿X軸的反相面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
[0047] 在一個(gè)例子中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電極123和z軸陀螺儀感應(yīng)電極127可包括耦合到一個(gè) 或多個(gè)質(zhì)量塊部分的運(yùn)動(dòng)指狀物，所述運(yùn)動(dòng)指狀物與一組靜止指狀物相互交叉，所述一組 靜止指狀物使用相應(yīng)的錨（例如錨124, 128)固定在適當(dāng)位置（如，固定到通孔晶片103)。
[0048] 陀螺儀橾作樽式
[0049] 圖3概括地示出了驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中的三軸陀螺儀300的例子。在一個(gè)例子中，驅(qū)動(dòng)電 極123可包括耦合到主質(zhì)量塊部分115的一組運(yùn)動(dòng)指狀物，所述一組運(yùn)動(dòng)指狀物與一組靜 止指狀物相互交叉，所述一組靜止指狀物使用第一驅(qū)動(dòng)錨124 (如，通孔晶片103的凸起和 電隔離部分）固定在適當(dāng)位置。在一個(gè)例子中，靜止指狀物可被配置為通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)錨124 接收能量，并且驅(qū)動(dòng)電極123的相互交叉的運(yùn)動(dòng)指狀物和靜止指狀物之間的相互作用可被 配置為向圍繞z軸的單個(gè)質(zhì)量塊提供角向力。
[0050] 在圖3的一個(gè)例子中，驅(qū)動(dòng)電極123被驅(qū)動(dòng)以使單個(gè)質(zhì)量塊圍繞z軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)中 心懸吊件111提供相對(duì)于固定錨106的回復(fù)轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致單個(gè)質(zhì)量塊以取決于施加到驅(qū)動(dòng)電 極123的能量的驅(qū)動(dòng)頻率圍繞z軸在面內(nèi)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)振蕩。在某些例子中，可使用驅(qū)動(dòng)電極 123來(lái)檢測(cè)單個(gè)質(zhì)量塊的驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
[0051] X軸諫率響應(yīng)
[0052] 圖4概括地示出了在響應(yīng)于圍繞X軸的旋轉(zhuǎn)而感應(yīng)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中的三軸陀螺儀 400的例子，所述三軸陀螺儀包括單個(gè)質(zhì)量塊，該單個(gè)質(zhì)量塊包括主質(zhì)量塊部分115、x軸質(zhì) 量塊部分116和中心懸吊件111。
[0053] 在存在圍繞X軸的角速率的情況下，并結(jié)合圖3例子中所述的三軸陀螺儀400的 驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，可在X軸質(zhì)量塊部分116上引發(fā)在沿z軸的相反方向上的科里奧利力（Coriolis force)，因?yàn)樗俣认蛄吭谘貀軸的相反方向上。這樣，通過(guò)撓曲中心懸吊件111，可使單個(gè)質(zhì) 量塊圍繞y軸扭轉(zhuǎn)激發(fā)。所述感應(yīng)響應(yīng)可使用面外X軸陀螺儀感應(yīng)電極（如，在通孔晶片 103中并使用X軸質(zhì)量塊部分116與通孔晶片103的電容耦合而形成）進(jìn)行檢測(cè)。
[0054] Y軸諫率響應(yīng)
[0055] 圖5概括地示出了在響應(yīng)于圍繞y軸的旋轉(zhuǎn)而感應(yīng)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中的三軸陀螺儀 500的例子，所述三軸陀螺儀包括單個(gè)質(zhì)量塊，該單個(gè)質(zhì)量塊包括主質(zhì)量塊部分115、x軸質(zhì) 量塊部分116和中心懸吊件111。
[0056] 在存在圍繞y軸的角速率的情況下，并結(jié)合圖3例子中所述的三軸陀螺儀400的 驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，可在主質(zhì)量塊部分115上引發(fā)在沿z軸的相反方向上的科里奧利力，因?yàn)樗俣认?量在沿X軸的相反方向上。這樣，通過(guò)撓曲中心懸吊件111，可使單個(gè)質(zhì)量塊圍繞X軸扭轉(zhuǎn) 激發(fā)。所述感應(yīng)響應(yīng)可使用面外y軸陀螺儀感應(yīng)電極（如，在通孔晶片103中并使用主質(zhì) 量塊部分115與通孔晶片103的電容耦合而形成）進(jìn)行檢測(cè)。
[0057] Z軸諫率響應(yīng)
[0058] 圖6概括地示出了在響應(yīng)于圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)而感應(yīng)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中的三軸陀螺儀 600的例子，所述三軸陀螺儀包括單個(gè)質(zhì)量塊，該單個(gè)質(zhì)量塊包括主質(zhì)量塊部分115、x軸質(zhì) 量塊部分116、中心懸吊件、z軸撓曲支承部120以及z軸陀螺儀耦合撓曲支承部121。
[0059] 在存在圍繞z軸的角速率的情況下，并結(jié)合圖3例子中所述的六軸慣性傳感器400 的驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，可在X軸質(zhì)量塊部分116上引發(fā)在沿X軸的相反方向上的科里奧利力，因?yàn)樗?度向量在沿y軸的相反方向上。這樣，通過(guò)在X方向上撓曲z軸撓曲支承部120，可使X軸 質(zhì)量塊部分116在沿X軸的相反方向上線性地激發(fā)。另外，可使用z軸陀螺儀耦合撓曲支 承部121提供X軸質(zhì)量塊部分116的線性反相共振模式，該線性反相共振模式直接由反相 科里奧利力驅(qū)動(dòng)。所述感應(yīng)響應(yīng)可使用面內(nèi)平行板感應(yīng)電極（例如形成于器件層105中的 z軸陀螺儀感應(yīng)電極127)進(jìn)行檢測(cè)。
[0060] 圖7和8概括地示出了分別在反相運(yùn)動(dòng)和同相運(yùn)動(dòng)期間的三軸陀螺儀700的例 子，所述三軸陀螺儀包括z軸陀螺儀耦合撓曲支承部121。為改善因 X軸加速度而帶來(lái)的三 軸陀螺儀700的抑振效果，z軸陀螺儀耦合撓曲支承部121被配置為抑制X軸質(zhì)量塊部分 116的同相運(yùn)動(dòng)。
[0061] 在反相運(yùn)動(dòng)期間，將兩個(gè)X軸質(zhì)量塊部分116連接到Z軸陀螺儀耦合撓曲支承部 121的連接橫梁在相同方向上施加力，并且耦合橫梁以低剛度自然彎曲。
[0062] 相比之下，在同相運(yùn)動(dòng)期間，z軸陀螺儀耦合撓曲支承部121的耦合橫梁在耦合橫 梁上沿相反方向施加力，迫使所述耦合橫梁進(jìn)行較高剛度的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，提高了同相運(yùn) 動(dòng)剛度和共振頻率，從而提供了更好的抑振效果。
[0063] 加諫計(jì)器件結(jié)構(gòu)
[0064] 圖9概括地示出了三軸加速計(jì)900的例子，其例如形成在3-D0F MU100的器件層 105的單一平面中。在一個(gè)例子中，三軸加速計(jì)900可包括單個(gè)質(zhì)量塊設(shè)計(jì)，如果三軸加速 計(jì)操作模式被（光刻）圖案化到3-D0F IMU100的器件層105中，例如圖1的例子所示。
[0065] 在一個(gè)例子中，可以使用旨在對(duì)響應(yīng)模式進(jìn)行解耦并減少軸間感度的一系列撓曲 支承部和框架將單個(gè)質(zhì)量塊懸吊在單個(gè)中心錨（例如錨106)的中心。在一個(gè)例子中，三軸 加速計(jì)900可包括X軸撓曲支承部133,其被配置為將錨106耦合到X軸框架135,并允許X 軸框架135響應(yīng)于沿X軸的加速度而偏轉(zhuǎn)。此外，器件可包括y軸撓曲支承部134和z軸 撓曲支承部137,所述y軸撓曲支承部134被配置為將X軸框架135耦合到y(tǒng)軸框架136， 并允許y軸框架136響應(yīng)于沿y軸的加速度而相對(duì)于X軸框架135偏轉(zhuǎn)，所述z軸撓曲支 承部137被配置為將y軸框架136耦合到質(zhì)量塊138的其余部分。z軸撓曲支承部137充 當(dāng)扭轉(zhuǎn)鉸鏈，允許質(zhì)量塊圍繞穿過(guò)橫梁中心的軸在面外扭轉(zhuǎn)地偏轉(zhuǎn)。
[0066] 此外，三軸加速計(jì)900可包括X軸加速計(jì)感應(yīng)電極125或y軸加速計(jì)感應(yīng)電極131， 所述X軸加速計(jì)感應(yīng)電極125被配置為檢測(cè)X軸框架135的同相面內(nèi)X軸運(yùn)動(dòng)，所述y軸 加速計(jì)感應(yīng)電極131被配置為檢測(cè)y軸框架136的同相面內(nèi)y軸運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)例子中，每 個(gè)X軸加速計(jì)感應(yīng)電極125和y軸加速計(jì)感應(yīng)電極131可包括稱合到一個(gè)或多個(gè)框架部分 的運(yùn)動(dòng)指狀物，所述運(yùn)動(dòng)指狀物與一組靜止指狀物相互交叉，所述一組靜止指狀物使用相 應(yīng)的錨（例如錨126, 132)固定在適當(dāng)位置（如，固定到通孔晶片103)。
[0067] X軸加諫計(jì)響應(yīng)
[0068] 圖10概括地示出了響應(yīng)于X軸加速度而處于感應(yīng)運(yùn)動(dòng)中的三軸加速計(jì)1000的例 子，所述三軸加速計(jì)包括單個(gè)質(zhì)量塊、錨106、X軸撓曲支承部133和X軸框架135。
[0069] 在存在沿X軸的加速度的情況下，質(zhì)量塊、y軸框架136和X軸框架135可相對(duì)于 錨106 -致地移動(dòng)。所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)可使用位于質(zhì)量塊相對(duì)側(cè)上的X軸加速計(jì)感應(yīng)電極125 檢測(cè)，從而允許對(duì)偏轉(zhuǎn)的差分測(cè)量。在各種例子中，可使用多種檢測(cè)方法，例如電容式（變 間距式電容器或變面積式電容器）檢測(cè)方法、壓電式檢測(cè)方法、壓阻式檢測(cè)方法、磁性檢測(cè) 方法或熱檢測(cè)方法。
[0070] Y軸加諫計(jì)響應(yīng)
[0071] 圖11概括地示出了響應(yīng)于y軸加速度而處于感應(yīng)運(yùn)動(dòng)中的三軸加速計(jì)1100的例 子，所述三軸加速計(jì)包括單個(gè)質(zhì)量塊、錨106、y軸撓曲支承部134和y軸框架136。
[0072] 在存在沿y軸的加速度的情況下，將y軸框架136連接到X軸框架135的y軸撓 曲支承部134偏轉(zhuǎn)且允許y軸框架136沿y軸與質(zhì)量塊一致地移動(dòng)，同時(shí)X軸框架保持靜 止。所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)可使用位于質(zhì)量塊相對(duì)側(cè)上的y軸加速計(jì)感應(yīng)電極131檢測(cè)，從而允許 對(duì)偏轉(zhuǎn)的差分測(cè)量。在各種例子中，可使用多種檢測(cè)方法，例如電容式（變間距式電容器或 變面積式電容器）檢測(cè)方法、壓電式檢測(cè)方法、壓阻式檢測(cè)方法、磁性檢測(cè)方法或熱檢測(cè)方 法。
[0073] Z軸加諫計(jì)響應(yīng)
[0074] 圖12概括地示出了響應(yīng)于z軸加速度而處于感應(yīng)運(yùn)動(dòng)中的三軸加速計(jì)1200的例 子，所述三軸加速計(jì)包括單個(gè)質(zhì)量塊138、錨和z軸撓曲支承部137。
[0075] 在圖12的例子中，X軸撓曲支承部137被定位成使得穿過(guò)橫梁中心的軸與質(zhì)量塊 138的中心錯(cuò)開(kāi)。這樣會(huì)造成質(zhì)量失衡，使得距離樞軸線較遠(yuǎn)的質(zhì)量部分比距離較近的部 分產(chǎn)生更大的慣性力矩，使質(zhì)量塊138對(duì)z軸加速度敏感，從而圍繞樞軸線在面外扭轉(zhuǎn)地偏 轉(zhuǎn)。X軸撓曲支承部133和y軸撓曲支承部134被設(shè)計(jì)為具有較高的面外剛度。相應(yīng)地，它 們?cè)趜軸加速期間保持靜止。
[0076] 圖13概括地示出了包括通孔晶片電極布置的系統(tǒng)1300的例子。在一個(gè)例子中， z軸加速計(jì)電極140可設(shè)置在器件層105下面的通孔晶片103上。扭轉(zhuǎn)響應(yīng)允許僅用面外 電極層中的一個(gè)來(lái)對(duì)偏轉(zhuǎn)進(jìn)行差分測(cè)量。在一個(gè)例子中，可采用多種檢測(cè)方法，例如電容式 (變間距式電容器或變面積式電容器）檢測(cè)方法、壓電式檢測(cè)方法、壓阻式檢測(cè)方法、磁性 檢測(cè)方法或熱檢測(cè)方法。
[0077] 圖14概括地示出了三軸加速計(jì)1400的示例性側(cè)視圖，所述三軸加速計(jì)包括單個(gè) 質(zhì)量塊、示例性"樞軸"以及z軸加速計(jì)電極140。
[0078] 3+3D0F
[0079] 圖15概括地示出了 3+3自由度（3+3D0F)慣性測(cè)量單元（MU) 200 (如，三軸陀螺 儀和三軸加速計(jì)）的一個(gè)例子，其例如形成在MU的器件層105的單一平面中。在一個(gè)例 子中，3+3D0F可包括在同一晶片上的三軸陀螺儀1505和三軸加速計(jì)1510。
[0080] 在該例中，三軸陀螺儀1505和三軸加速計(jì)1510的每一個(gè)具有單獨(dú)的質(zhì)量塊，但在 封裝時(shí)，產(chǎn)生的器件（如，芯片級(jí)封裝）可共用封蓋，因此三軸陀螺儀1505和三軸加速計(jì) 1510可存在于同一腔體中。此外，由于所述器件可在相似時(shí)間且在相似材料上形成，因此本 發(fā)明顯著降低了工藝偏差的風(fēng)險(xiǎn)，減少了獨(dú)立地校準(zhǔn)傳感器的需求，減少對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，并且允 許比彼此相鄰地獨(dú)立粘合所述器件更為緊密地布置。
[0081] 此外，存在與對(duì)產(chǎn)生的器件進(jìn)行密封相關(guān)的空間節(jié)省。例如，如果需要lOOym密 封寬度，則在器件之間共用帽晶片以及減小器件之間的距離使得產(chǎn)生的器件的總體尺寸縮 減。而對(duì)于獨(dú)立地封裝，密封寬度所需的空間量可能加倍。
[0082] 在一個(gè)例子中，采用100 μ m密封寬度，管芯尺寸可以減小到2. 48X1. 8mm。
[0083] 驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)頻率
[0084] 在一個(gè)例子中，驅(qū)動(dòng)模式和三陀螺儀感應(yīng)模式可以位于20kHz范圍內(nèi)。對(duì)于開(kāi)放 回路操作，可以通過(guò)模式分隔將驅(qū)動(dòng)模式與感應(yīng)模式分隔開(kāi)，例如100Hz到500Hz，這可以 決定陀螺儀的機(jī)械靈敏度。為了增加靈敏度，如果應(yīng)用的振動(dòng)規(guī)格允許，可以降低陀螺儀操 作共振頻率。如果實(shí)施封閉回路感應(yīng)操作，可以降低模式分隔以進(jìn)一步提高機(jī)械靈敏度。
[0085] 減小if奪誤差
[0086] 圖16概括地示出了錨106附近的處于靜止?fàn)顟B(tài)的中心懸吊件111的例子，所述中 心懸吊件111包括被配置為局部消除正交誤的對(duì)稱"C形橫梁"。微機(jī)械陀螺儀中的正交誤 差的主要來(lái)源是DRIE側(cè)壁角誤差，所述DRIE側(cè)壁角誤差導(dǎo)致刻蝕輪廓與直側(cè)壁偏離。如 果側(cè)壁具有角誤差，則當(dāng)斜軸沿橫梁長(zhǎng)度時(shí)面內(nèi)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致面外運(yùn)動(dòng)。因此，當(dāng)偏斜 的柔性橫梁位于所述驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)側(cè)時(shí)，產(chǎn)生的面外偏轉(zhuǎn)引起正交誤差。
[0087] 圖17概括地示出了驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中的中心懸吊件111的一部分的例子。中心懸吊件 111在錨106的每一側(cè)采用對(duì)稱"C形橫梁"。側(cè)面上的每個(gè)C形橫梁所引起的面外運(yùn)動(dòng)被 與其對(duì)稱的相似部分抵消。這樣，在每個(gè)橫梁上引起的正交誤差可被局部消除。
[0088] 加諫計(jì)電極結(jié)構(gòu)
[0089] 圖18概括地示出了加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)1800的例子，所述加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)包括電極 定子框架141和質(zhì)量塊框架142,它們被配置為支撐加速計(jì)感應(yīng)電極（例如，x軸加速計(jì)感 應(yīng)電極125等），所述加速計(jì)感應(yīng)電極包括與靜止指狀物相互交叉的運(yùn)動(dòng)指狀物，所述靜止 指狀物被配置為檢測(cè)沿一個(gè)或多個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。
[0090] 加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)1800的第一主側(cè)面可基本上被電極定子框架141包圍，所述電極 定子框架141使用錨126固定在適當(dāng)位置（如，固定到通孔晶片103)，并且包括中心平臺(tái) 143以及第一外分支144和第二外分支145,所述中心平臺(tái)143基本上垂直于電極定子框架 141定位，所述第一外分支144和第二外分支145基本上平行于中心平臺(tái)143的至少一部 分。
[0091] 在一個(gè)例子中，電極定子框架141和中心平臺(tái)143的第一部分可以圍繞錨126并 為錨126提供支撐。錨126遠(yuǎn)側(cè)的中心平臺(tái)的第二部分可以變窄，以便為加速計(jì)感應(yīng)電極 (例如，X軸加速計(jì)感應(yīng)電極125)提供增加的區(qū)域。
[0092] 加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)1800的第二主側(cè)面基本上平行于第一主側(cè)面，可以基本上被質(zhì) 量塊框架142包圍，所述質(zhì)量塊框架142包括第一內(nèi)分支148和第二內(nèi)分支149以及第一 外分支146和第二外分支147,所述第一內(nèi)分支148和第二內(nèi)分支149基本上垂直于質(zhì)量塊 框架142，所述第一外分支146和第二外分支147基本上平行于第一內(nèi)分支148或第二內(nèi)分 支 149。
[0093] 在圖18的例子中，質(zhì)量塊框架142的第一外分支146和第二外分支147可以在加 速計(jì)電極1800的第一和第二次側(cè)面（如，圖18中的頂部和底部）上圍繞電極定子框架141 的第一外分支144和第二外分支145。在一個(gè)例子中，為減少質(zhì)量塊的重量，可以不包括質(zhì) 量塊框架142的第一外分支146和第二外分支147。
[0094] 圖19概括地示出了加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)1900的例子，所述加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)包括電極 定子框架151和質(zhì)量塊框架152,它們被配置為支撐加速計(jì)感應(yīng)電極（例如，X軸加速計(jì)感 應(yīng)電極125等），所述加速計(jì)感應(yīng)電極包括與靜止指狀物相互交叉的運(yùn)動(dòng)指狀物，所述靜止 指狀物被配置為檢測(cè)沿一個(gè)或多個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。
[0095] 除其他情況之外，本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到，將質(zhì)量從電極定子框架151轉(zhuǎn)移到質(zhì)量塊 框架152可以提高加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)1900或相關(guān)慣性傳感器的耐沖擊和耐振性。此外，本發(fā) 明人認(rèn)識(shí)到，提供更寬的中心平臺(tái)153可允許在相關(guān)的慣性傳感器的每一側(cè)或任一側(cè)上進(jìn) 行獨(dú)立或不對(duì)稱錨126布置，以便例如補(bǔ)償管芯變形（例如由封裝應(yīng)力造成）以提高溫度 性能等。
[0096] 與圖18中示出的例子相似，加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)1900的第一主側(cè)面可基本上被電極 定子框架151包圍，所述電極定子框架151使用錨126固定在適當(dāng)位置（如，固定到通孔晶 片103)，并且包括中心平臺(tái)153以及第一內(nèi)分支154和第二內(nèi)分支155,所述中心平臺(tái)153 基本上垂直于電極定子框架151定位，所述第一內(nèi)分支154和第二內(nèi)分支155基本上平行 于中心平臺(tái)153的至少一部分。
[0097] 在一個(gè)例子中，電極定子框架151和中心平臺(tái)153可以圍繞錨126并為錨126提 供支撐。與圖18中示出的例子相比，圖19的中心平臺(tái)152可以比圖18的中心平臺(tái)142更 寬，從而提供更寬的平臺(tái)來(lái)定位錨126,在某些例子中允許慣性傳感器的每一側(cè)或任一側(cè)上 的獨(dú)立或可調(diào)整的錨126位置。在某些例子中，根據(jù)例如慣性傳感器在管芯上的位置，慣性 傳感器一側(cè)或兩側(cè)的獨(dú)立或可調(diào)整的錨位置可以提高慣性傳感器的溫度性能。
[0098] 加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)1900的第二主側(cè)面基本上平行于第一主側(cè)面，可以基本上被質(zhì) 量塊框架152包圍，所述質(zhì)量塊框架152包括第一內(nèi)分支158和第二內(nèi)分支159以及第一 外分支156和第二外分支157,所述第一內(nèi)分支158和第二內(nèi)分支159基本上垂直于質(zhì)量塊 框架152,所述第一外分支156和第二外分支157基本上平行于第一內(nèi)分支158或第二內(nèi)分 支 159。
[0099] 在圖19的例子中，電極定子框架151的第一內(nèi)分支154和第二內(nèi)分支155以及質(zhì) 量塊框架152的第一內(nèi)分支158和第二內(nèi)分支159可以定位在與圖18中不出的例子相比 距離中心平臺(tái)153更近的位置。在一個(gè)例子中，將這些分支移動(dòng)到距離中心平臺(tái)153更近 的位置可以允許將電極質(zhì)量的一部分轉(zhuǎn)移到加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)1900的質(zhì)量塊側(cè)面上，使電 極定子151的質(zhì)量最小化以提高耐沖擊或耐振性，或提高電容加速計(jì)感應(yīng)電極的較低或最 低共振頻率，如圖24中所示。
[0100] 圖20概括地示出了加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)2000的例子，例如圖18的例子中所示。在該 例中，電極定子框架141和質(zhì)量塊框架142是隔開(kāi)的，獨(dú)立地示出了與靜止指狀物161解耦 的運(yùn)動(dòng)指狀物160。
[0101] 圖21概括地示出了加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)2100的例子，例如圖19的例子中所示。在該 例中，電極定子框架151和質(zhì)量塊框架152是隔開(kāi)的，獨(dú)立地示出了與靜止指狀物163解耦 的運(yùn)動(dòng)指狀物162。盡管圖19和21中示出的中心平臺(tái)153比圖18和20中示出的中心平 臺(tái)143更寬，但降低質(zhì)量的電極定子框架151可以提供額外的感應(yīng)電極或額外的感應(yīng)電極 區(qū)域。
[0102] 圖22概括地示出了解耦的左側(cè)和右側(cè)加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)2200的例子，所述解耦的 左側(cè)和右側(cè)加速計(jì)電極結(jié)構(gòu)2200包括左側(cè)錨126A、左側(cè)中心平臺(tái)153A、右側(cè)錨126B和右 側(cè)中心平臺(tái)153B。在該例中，左側(cè)錨126A和右側(cè)錨126B以不對(duì)稱的方式定位，以優(yōu)化或 提高溫度性能。在某些例子中，左側(cè)錨126A和右側(cè)錨126B能夠以獨(dú)立或不對(duì)稱方式定位， 以便對(duì)未在管芯上居中布置或不對(duì)稱的管芯變形（例如由封裝應(yīng)力造成）進(jìn)行補(bǔ)償。在某 些例子中，朝向定子側(cè)面（相對(duì)于質(zhì)量塊側(cè)面）布置錨可被具體配置為補(bǔ)償溫度性能、對(duì)管 芯上的慣性傳感器布置的偏移進(jìn)行調(diào)整、對(duì)慣性傳感器封裝或一種或多種其他因素進(jìn)行調(diào) 整。
[0103] 圖23概括地示出了電極定子框架141的最低面外共振模式的例子，例如圖18和 20的例子所示。
[0104] 圖24概括地示出了電極定子框架151的最低面外共振模式的例子，例如圖19和 21的例子所示。
[0105] 圖23和24的共振模式概括地示出了，圖24的例子的電極定子框架151的最低面 外共振模式高于圖23的例子的電極定子框架141的最低面外共振模式。
[0106] 附加灃釋和實(shí)例
[0107] 在實(shí)例1中，慣性傳感器包括在器件層的χ-y面內(nèi)形成的單個(gè)質(zhì)量塊，所述單個(gè)質(zhì) 量塊包括被配置為將單個(gè)質(zhì)量塊懸吊在通孔晶片上方的單個(gè)中心錨；在慣性傳感器相應(yīng)的 第一側(cè)和第二側(cè)上的器件層的χ-y平面中形成的第一和第二電極定子框架，所述第一和第 二電極定子框架關(guān)于單個(gè)中心錨對(duì)稱，并且每個(gè)電極定子框架獨(dú)立地包括中心平臺(tái)和被配 置為將中心平臺(tái)固定到通孔晶片上的錨，其中所述第一和第二電極定子框架的錨沿著中心 平臺(tái)相對(duì)于單個(gè)中心錨不對(duì)稱。
[0108] 在實(shí)例2中，實(shí)例1的第一和第二個(gè)電極定子框架可以任選地包括第一和第二內(nèi) 分支以及耦合到第一和第二內(nèi)分支的多個(gè)靜止指狀物。
[0109] 在實(shí)例3中，實(shí)例1-2中的任何一者或多者的第一內(nèi)分支可以任選地基本上平行 于第二內(nèi)分支。
[0110] 在實(shí)例4中，實(shí)例1-3中的任何一者或多者的第一和第二電極定子框架的第一和 第二內(nèi)分支可以任選地基本上平行于第一和第二電極定子框架的中心平臺(tái)。
[0111] 在實(shí)例5中，實(shí)例1-4中的任何一者或多者的第一和第二電極定子框架的中心平 臺(tái)可以任選地關(guān)于單個(gè)中心錨對(duì)稱。
[0112] 在實(shí)例6中，實(shí)例1-5中的任何一者或多者任選地包括在器件層的x-y平面中形 成的第一和第二質(zhì)量塊框架，每個(gè)質(zhì)量塊框架都耦合到單個(gè)質(zhì)量塊并包括位于中心平臺(tái)附 近并基本上平行于中心平臺(tái)的第一和第二內(nèi)分支；第一和第二外分支；以及耦合到第一和 第二內(nèi)分支及第一和第二外分支的多個(gè)運(yùn)動(dòng)指狀物。
[0113] 在實(shí)例7中，實(shí)例1-6中的任何一者或多者的第一和第二電極定子框架任選地具 有第一個(gè)質(zhì)量，其中實(shí)例1-6中的任何一者或多者的第一和第二質(zhì)量塊框架任選地具有第 二質(zhì)量，并且其中第一質(zhì)量任選地小于第二質(zhì)量。
[0114] 在實(shí)例8中，實(shí)例1-7中的任何一者或多者的多個(gè)靜止指狀物的至少一部分任選 地與多個(gè)運(yùn)動(dòng)指狀物的至少一部分相互交叉。
[0115] 在實(shí)例9中，實(shí)例1-8中的任何一者或多者的靜止指狀物任選地基本上垂直于第 一和第二電極定子框架的第一和第二內(nèi)分支，其中運(yùn)動(dòng)指狀物任選地基本垂直于第一和第 二質(zhì)量塊框架的第一和第二內(nèi)分支及第一和第二外分支。
[0116] 在實(shí)例10中，實(shí)例1-9中的任何一者或多者可以任選地包括單個(gè)質(zhì)量塊三軸加速 計(jì)，所述單個(gè)質(zhì)量塊三軸加速計(jì)包括單個(gè)質(zhì)量塊和單獨(dú)的x、y、z軸撓曲支承部，其中X和y 軸撓曲支承部可以任選地關(guān)于單個(gè)中心錨對(duì)稱，并且z軸可以任選地關(guān)于單個(gè)中心錨不對(duì) 稱。
[0117] 在實(shí)例11中，實(shí)例1-10中的任何一者或多者的三軸加速計(jì)任選地包括關(guān)于單個(gè) 中心錨對(duì)稱的面內(nèi)X軸和y軸加速計(jì)感應(yīng)電極以及面外z軸加速計(jì)感應(yīng)電極，其中面內(nèi)X 軸加速計(jì)感應(yīng)電極任選地包括第一和第二電極定子框架。
[0118] 在實(shí)例12中，實(shí)例1-11中的任何一者或多者任選地包括在鄰近三軸加速計(jì)的x-y 平面中形成的單個(gè)質(zhì)量塊三軸陀螺儀，所述單個(gè)質(zhì)量塊三軸陀螺儀包括圍繞單個(gè)中心錨懸 吊的主質(zhì)量塊部分，所述主質(zhì)量塊部分包括朝三軸陀螺儀邊緣向外延伸的徑向部分；被配 置為從單個(gè)中心錨懸吊三軸陀螺儀的中心懸吊件系統(tǒng)；以及包括活動(dòng)部分和靜止部分的驅(qū) 動(dòng)電極，該活動(dòng)部分耦合到徑向部分，其中驅(qū)動(dòng)電極和中心懸吊件系統(tǒng)被配置為使三軸陀 螺儀以驅(qū)動(dòng)頻率圍繞垂直于x-y平面的z軸振蕩。
[0119] 在實(shí)例13中，實(shí)例1-12中的任何一者或多者任選地包括粘合到器件層的第一表 面的帽晶片，其中通孔晶片任選地粘合到器件層的第二表面，其中帽晶片和通孔晶片任選 地被配置為將單個(gè)質(zhì)量塊三軸陀螺儀和單個(gè)質(zhì)量塊三軸加速計(jì)封裝在同一腔體中。
[0120] 在實(shí)例14中，實(shí)例1-13中的任何一者或多者的單個(gè)中心錨任選地不以通孔晶片 為中心，其中第一和第二電極定子框架的錨任選地沿中心平臺(tái)關(guān)于單個(gè)中心錨不對(duì)稱，以 提高與熱變形相關(guān)的溫度性能。
[0121] 在實(shí)例15中，實(shí)例1-14中的任何一者或多者任選地包括在器件層的x-y平面中 形成的單個(gè)質(zhì)量塊，所述單個(gè)質(zhì)量塊包括被配置為將單個(gè)質(zhì)量塊懸吊在通孔晶片上方的單 個(gè)中心錨；關(guān)于單個(gè)中心錨對(duì)稱的X軸撓曲支承部；第一質(zhì)量塊框架；單個(gè)中心錨的第一側(cè) 面上的第一電極定子框架，所述第一電極定子框架包括第一中心平臺(tái)、第一和第二內(nèi)分支、 耦合到第一和第二內(nèi)分支的多個(gè)靜止指狀物、以及配置為在沿第一中心平臺(tái)的第一位置處 將第一電極定子框架固定到通孔晶片的第一錨；以及單個(gè)中心錨的第二側(cè)面上的第二電極 定子框架，所述第二電極定子框架包括第二中心平臺(tái)、第三和第四內(nèi)分支、耦合到第三和第 四內(nèi)分支的多個(gè)靜止指狀物、以及被配置為在沿第二中心平臺(tái)的第二位置處將第二電極定 子框架固定到通孔晶片的第二錨，其中沿第一中心平臺(tái)的第一位置和沿第二中心平臺(tái)的第 二位置關(guān)于單個(gè)中心錨不對(duì)稱。
[0122] 在實(shí)例16中，實(shí)例1-15中的任何一者或多者的第一和第二電極定子框架可以任 選地關(guān)于單個(gè)中心錨對(duì)稱。
[0123] 在實(shí)例17中，實(shí)例1-16中的任何一者或多者的慣性傳感器任選地包括在器件層 的χ-y平面中形成的第一和第二質(zhì)量塊框架，每個(gè)質(zhì)量塊框架都耦合到單個(gè)質(zhì)量塊并包括 位于第一和第二中心平臺(tái)附近并基本上平行于第一和第二中心平臺(tái)的第一和第二內(nèi)分支； 第一和第二外分支；以及耦合到第一和第二內(nèi)分支及第一和第二外分支的多個(gè)運(yùn)動(dòng)指狀 物。實(shí)例1-16中的任何一者或多者的多個(gè)靜止指狀物的至少一部分任選地與多個(gè)運(yùn)動(dòng)指 狀物的至少一部分相互交叉。
[0124] 在實(shí)例18中，方法可以包括使用單個(gè)中心錨以關(guān)于單個(gè)中心錨不對(duì)稱的方式將 器件層的x-y平面中形成的單個(gè)質(zhì)量塊懸吊到通孔晶片上方；沿器件層的x-y平面中形成 的第一和第二電極定子框架的中心平臺(tái)將第一和第二電極定子框架錨定到通孔晶片，其中 第一和第二電極定子框架關(guān)于單個(gè)中心錨對(duì)稱；以及檢測(cè)單個(gè)質(zhì)量塊與第一和第二電極定 子框架之間的加速度。
[0125] 在實(shí)例19中，所述懸吊實(shí)例1-18中的任何一者或多者的單個(gè)質(zhì)量塊任選地包括 將單個(gè)質(zhì)量塊三軸加速計(jì)懸吊，所述單個(gè)質(zhì)量塊三軸加速計(jì)具有關(guān)于單個(gè)中心錨對(duì)稱的X 和y軸撓曲支承部，和關(guān)于單個(gè)中心錨不對(duì)稱的z軸撓曲支承部。
[0126] 在實(shí)例20中，所述以關(guān)于實(shí)例1-19中的任何一者或多者的單個(gè)中心錨不對(duì)稱的 方式將第一電極定子框架和第二電極定子框架沿著中心平臺(tái)錨定，任選地包括補(bǔ)償封裝變 形并提高與單個(gè)質(zhì)量塊相關(guān)的慣性傳感器的溫度性能。
[0127] 實(shí)例21可以包括或可任選地結(jié)合實(shí)例1至20中任何一者或多者的任何部分或任 何部分的組合，以涵蓋可包括用于執(zhí)行實(shí)例1至20的功能中任何一者或多者的裝置或含指 令的機(jī)器可讀介質(zhì)的主題，所述指令當(dāng)由機(jī)器執(zhí)行時(shí)會(huì)使機(jī)器執(zhí)行實(shí)例1至20的功能中的 任何一者或多者。
[0128] 上述詳細(xì)說(shuō)明書(shū)參照了附圖，附圖也是所述詳細(xì)說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖以圖解的 方式顯示了可應(yīng)用本發(fā)明的具體實(shí)施例。這些實(shí)施例在本文也稱作"實(shí)例"。這些實(shí)例可包 括除了那些所示出或描述之外的組件。然而，本發(fā)明人還設(shè)想到其中僅提供所示或所述的 那些元件的實(shí)例。此外，本發(fā)明人還設(shè)想到或者相對(duì)于特定實(shí)例（或其一個(gè)或多個(gè)方面） 或者相對(duì)于本文所示或所述其他實(shí)例（或者其一個(gè)或多個(gè)方面），利用所示或所述的那些 元件的任何組合或排列（或其一個(gè)或多個(gè)方面）的實(shí)例。
[0129] 在本申請(qǐng)文檔中提及的所有出版物、專利、和專利文檔其全文以引用方式并入本 文，仿佛以引入方式單獨(dú)并入一樣。如果本文與參考文件之間存在用途差異，則將參考文件 的用途視作本文的用途的補(bǔ)充，若兩者之間存在不可調(diào)和的差異，則以本文的用途為準(zhǔn)。
[0130] 在本文中，與專利文件通常使用的一樣，術(shù)語(yǔ)"一"或"某一"表示包括一個(gè)或多個(gè)， 但其他情況或在使用"至少一個(gè)"或"一個(gè)或多個(gè)"時(shí)應(yīng)除外。在本文中，除非另外指明，否 則使用術(shù)語(yǔ)"或"指無(wú)排他性的或者，使得"A或B"包括："A但不是B"、"B但不是A"以及 "A和B"。在所附權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)"包含"和"在其中"等同于各個(gè)術(shù)語(yǔ)"包括"和"其中" 的通俗英語(yǔ)。同樣，在本文中，術(shù)語(yǔ)"包含"和"包括"是開(kāi)放性的，即，系統(tǒng)、設(shè)備、物品或步 驟包括除了權(quán)利要求中這種術(shù)語(yǔ)之后所列出的那些部件以外的部件的，依然視為落在該條 權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。而且，在下面的權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"和"第三"等僅僅 用作標(biāo)簽，并非對(duì)對(duì)象有數(shù)量要求。
[0131] 本文所述的方法實(shí)例可以是至少部分執(zhí)行的機(jī)器或計(jì)算機(jī)。有些實(shí)例可包括使用 指令編碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或機(jī)器可讀介質(zhì)，所述指令可操作將電子器件配置成執(zhí)行上述 實(shí)例中描述的方法。這種方法的實(shí)現(xiàn)可包括代碼，例如微代碼、匯編語(yǔ)言代碼、高級(jí)語(yǔ)言代 碼等。這種代碼可包括用于執(zhí)行各種方法的計(jì)算機(jī)可讀指令。該代碼可形成計(jì)算機(jī)程序產(chǎn) 品的一部分。另外，例如在執(zhí)行期間或其他時(shí)間，該代碼可有形地存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)易失性 或非易失性有形計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。這些有形計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的實(shí)例可包括但不限于硬盤、 可拆除磁盤、可拆除光盤（例如，致密盤和數(shù)字視頻盤）、磁帶、存儲(chǔ)卡或存儲(chǔ)棒、隨機(jī)存取 存儲(chǔ)器（RAM)、只讀存儲(chǔ)器（ROM)等。
[0132] 上述說(shuō)明的作用在于解說(shuō)而非限制。例如，上述實(shí)例（或?qū)嵗囊粋€(gè)或多個(gè)方面） 可結(jié)合使用?？梢栽诶斫馍鲜稣f(shuō)明書(shū)的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有技術(shù)的某種常規(guī)技術(shù)來(lái)執(zhí)行其他 實(shí)施例。根據(jù)專利實(shí)施細(xì)則37C. F. R. § 1. 72 (b)提供說(shuō)明書(shū)摘要從而允許讀者快速確定技 術(shù)公開(kāi)的實(shí)質(zhì)。說(shuō)明書(shū)摘要的提交不旨在用于解釋或限制權(quán)利要求的范圍和含義。同樣， 在上面的【具體實(shí)施方式】中，各種特征可歸類成將本公開(kāi)合理化。這不應(yīng)理解成未要求的公 開(kāi)特征對(duì)任何權(quán)利要求必不可少。相反，本發(fā)明的主題可在于的特征少于特定公開(kāi)的實(shí)施 例的所有特征。這樣，所附權(quán)利要求由此并入【具體實(shí)施方式】中，每個(gè)權(quán)利要求作為單獨(dú)實(shí)施 例表示其自身，并且設(shè)想這些實(shí)施例可以各種結(jié)合或排列方式彼此結(jié)合。應(yīng)參看所附的權(quán) 利要求，以及這些權(quán)利要求所享有的等同物的所有范圍，來(lái)確定本申請(qǐng)的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種慣性傳感器，包括： 單個(gè)質(zhì)量塊，所述單個(gè)質(zhì)量塊在器件層的x-y平面中形成，所述單個(gè)質(zhì)量塊包括單個(gè) 中心錨，所述單個(gè)中心錨被配置為使所述單個(gè)質(zhì)量塊懸吊在通孔晶片上方； 第一電極定子框架和第二電極定子框架，所述第一電極定子框架和所述第二電極定子 框架在所述慣性傳感器相應(yīng)的第一側(cè)和第二側(cè)上的所述器件層的所述χ-y平面中形成，所 述第一電極定子框架和所述第二電極定子框架關(guān)于所述單個(gè)中心錨對(duì)稱，并且每個(gè)電極定 子框架獨(dú)立地包括： 中心平臺(tái)；和 錨，所述錨被配置為將所述中心平臺(tái)固定到所述通孔晶片上； 其中所述第一電極定子框架和所述第二電極定子框架的所述錨沿所述中心平臺(tái)相對(duì) 于所述單個(gè)中心錨不對(duì)稱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性傳感器，其中所述第一電極定子框架和所述第二電極定 子框架包括： 第一內(nèi)分支和第二內(nèi)分支；以及 多個(gè)靜止指狀物，所述多個(gè)靜止指狀物耦合到所述第一內(nèi)分支和所述第二內(nèi)分支。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的慣性傳感器，其中所述第一內(nèi)分支基本上平行于所述第二內(nèi) 分支。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的慣性傳感器，其中所述第一電極定子框架和所述第二電極定 子框架的所述第一內(nèi)分支和所述第二內(nèi)分支基本上平行于所述第一電極定子框架和所述 第二電極定子框架的所述中心平臺(tái)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的慣性傳感器，其中所述第一電極定子框架和所述第二電極定 子框架的所述中心平臺(tái)關(guān)于所述單個(gè)中心錨對(duì)稱。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的慣性傳感器，包括： 第一質(zhì)量塊框架和第二質(zhì)量塊框架，所述第一質(zhì)量塊框架和所述第二質(zhì)量塊框架在所 述器件層的所述x-y平面中形成，每個(gè)都耦合到所述單個(gè)質(zhì)量塊并包括： 第一內(nèi)分支和第二內(nèi)分支，所述第一內(nèi)分支和所述第二內(nèi)分支位于所述中心平臺(tái)附近 并基本上平行于所述中心平臺(tái)； 第一外分支和第二外分支；以及 多個(gè)運(yùn)動(dòng)指狀物，所述多個(gè)運(yùn)動(dòng)指狀物耦合到所述第一內(nèi)分支和所述第二內(nèi)分支及所 述第一外分支和所述第二外分支。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的慣性傳感器，其中所述第一電極定子框架和所述第二電極定 子框架具有第一質(zhì)量，其中所述第一質(zhì)量塊框架和所述第二質(zhì)量塊框架具有第二質(zhì)量，并 且其中所述第一質(zhì)量小于所述第二質(zhì)量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的慣性傳感器，其中所述多個(gè)靜止指狀物的至少一部分與所述 多個(gè)運(yùn)動(dòng)指狀物的至少一部分相互交叉。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的慣性傳感器，其中所述靜止指狀物基本上垂直于所述第一電 極定子框架和所述第二電極定子框架的所述第一內(nèi)分支和所述第二內(nèi)分支；并且 其中所述運(yùn)動(dòng)指狀物基本上垂直于所述第一質(zhì)量塊框架和所述第二質(zhì)量塊框架的所 述第一內(nèi)分支和所述第二內(nèi)分支及所述第一外分支和所述第二外分支。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性傳感器，包括： 單個(gè)質(zhì)量塊三軸加速計(jì)，所述單個(gè)質(zhì)量塊三軸加速計(jì)包括所述單個(gè)質(zhì)量塊和單獨(dú)的X、 y、z軸撓曲支承部；并且 其中所述X軸撓曲支承部和所述y軸撓曲支承部關(guān)于所述單個(gè)中心錨對(duì)稱，并且所述 z軸撓曲部關(guān)于所述單個(gè)中心錨不對(duì)稱。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的慣性傳感器，其中所述三軸加速計(jì)包括關(guān)于所述單個(gè)中心 錨對(duì)稱的面內(nèi)X軸加速計(jì)感應(yīng)電極和y軸加速計(jì)感應(yīng)電極以及面外z軸加速計(jì)感應(yīng)電極； 并且 其中所述面內(nèi)X軸加速計(jì)感應(yīng)電極包括所述第一電極定子框架和所述第二電極定子 框架。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的慣性傳感器，包括： 單個(gè)質(zhì)量塊三軸陀螺儀，所述單個(gè)質(zhì)量塊三軸陀螺儀在與所述三軸加速計(jì)相鄰的所述 χ-y平面中形成，所述單個(gè)質(zhì)量塊三軸陀螺儀包括： 主質(zhì)量塊部分，所述主質(zhì)量塊部分圍繞單個(gè)中心錨懸吊，所述主質(zhì)量塊部分包括朝著 所述三軸陀螺儀的邊緣向外延伸的徑向部分； 中心懸吊件系統(tǒng)，所述中心懸吊件系統(tǒng)被配置為從所述單個(gè)中心錨懸吊所述三軸陀螺 儀；和 驅(qū)動(dòng)電極，所述驅(qū)動(dòng)電極包括活動(dòng)部分和靜止部分，所述活動(dòng)部分耦合到所述徑向部 分，其中所述驅(qū)動(dòng)電極和所述中心懸吊件系統(tǒng)被配置使所述三軸陀螺儀以驅(qū)動(dòng)頻率圍繞垂 直于所述χ-y平面的z軸振蕩。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，包括： 帽晶片，所述帽晶片粘合到所述器件層的第一表面；并且 其中所述通孔晶片粘合到所述器件層的第二表面，其中所述帽晶片和所述通孔晶片被 配置為將所述單個(gè)質(zhì)量塊三軸陀螺儀和所述單個(gè)質(zhì)量塊三軸加速計(jì)封裝在同一腔體中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性傳感器，其中所述單個(gè)中心錨不以所述通孔晶片為中 心；并且 其中所述第一電極定子框架和所述第二電極定子框架的所述錨沿所述中心平臺(tái)關(guān)于 所述單個(gè)中心錨不對(duì)稱，以提高與熱變形相關(guān)的溫度性能。
15. -種慣性傳感器，包括： 單個(gè)質(zhì)量塊，所述單個(gè)質(zhì)量塊在器件層的χ-y平面中形成，所述單個(gè)質(zhì)量塊包括： 單個(gè)中心錨，所述單個(gè)中心錨被配置為將所述單個(gè)質(zhì)量塊懸吊在通孔晶片上方； X軸撓曲支承部，所述X軸撓曲支承部關(guān)于所述單個(gè)中心錨對(duì)稱； 第一質(zhì)量塊框架； 第一電極定子框架，所述第一電極定子框架位于所述單個(gè)中心錨的第一側(cè)面上，所述 第一電極定子框架包括： 第一中心平臺(tái)； 第一內(nèi)分支和第二內(nèi)分支； 多個(gè)靜止指狀物，所述多個(gè)靜止指狀物耦合到所述第一內(nèi)分支和所述第二內(nèi)分支；和 第一錨，所述第一錨被配置為在沿所述第一中心平臺(tái)的第一位置處將所述第一電極定 子框架固定到所述通孔晶片；和 第二電極定子框架，所述第二電極定子框架位于所述單個(gè)中心錨的第二側(cè)面上，所述 第二電極定子框架包括： 第二中心平臺(tái)； 第三內(nèi)分支和第四內(nèi)分支； 多個(gè)靜止指狀物，所述多個(gè)靜止指狀物耦合到所述第三內(nèi)分支和所述第四內(nèi)分支；和 第二錨，所述第二錨被配置為在沿所述第二中心平臺(tái)的第二位置處將所述第二電極定 子框架固定到所述通孔晶片；并且 其中沿所述第一中心平臺(tái)的所述第一位置和沿所述第二中心平臺(tái)的所述第二位置關(guān) 于所述單個(gè)中心錨不對(duì)稱。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的慣性傳感器，其中所述第一電極定子框架和所述第二電極 定子框架關(guān)于所述單個(gè)中心錨對(duì)稱。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的慣性傳感器，包括： 第一質(zhì)量塊框架和第二質(zhì)量塊框架，所述第一質(zhì)量塊框架和所述第二質(zhì)量塊框架在所 述器件層的所述x-y平面中形成，每個(gè)都耦合到所述單個(gè)質(zhì)量塊并包括： 第一內(nèi)分支和第二內(nèi)分支，所述第一內(nèi)分支和所述第二內(nèi)分支位于所述第一中心平臺(tái) 和所述第二中心平臺(tái)附近并基本上平行于所述第一中心平臺(tái)和所述第二中心平臺(tái)； 第一外分支和第二外分支；和 多個(gè)運(yùn)動(dòng)指狀物，所述多個(gè)運(yùn)動(dòng)指狀物耦合到所述第一內(nèi)分支和所述第二內(nèi)分支及所 述第一外分支和所述第二外分支；并且 其中所述多個(gè)靜止指狀物的至少一部分與所述多個(gè)運(yùn)動(dòng)指狀物的至少一部分相互交 叉。
18. -種方法，包括： 使用單個(gè)中心錨將在器件層的χ-y平面中形成的單個(gè)質(zhì)量塊懸吊在通孔晶片上方； 以關(guān)于所述單個(gè)中心錨不對(duì)稱的方式將第一電極定子框架和第二電極定子框架沿著 在所述器件層的所述χ-y平面中形成的所述第一電極定子框架和所述第二電極定子框架 的中心平臺(tái)錨定到所述通孔晶片，其中所述第一電極定子框架和所述第二電極定子框架關(guān) 于所述單個(gè)中心錨對(duì)稱；以及 檢測(cè)所述單個(gè)質(zhì)量塊與所述第一電極定子框架和所述第二電極定子框架之間的加速 度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述懸吊所述單個(gè)質(zhì)量塊包括： 懸吊單個(gè)質(zhì)量塊三軸加速計(jì)，所述單個(gè)質(zhì)量塊三軸加速計(jì)具有關(guān)于所述單個(gè)中心錨對(duì) 稱的X軸和y軸撓曲支承部以及關(guān)于所述單個(gè)中心錨不對(duì)稱的z軸撓曲支承部。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述以關(guān)于所述單個(gè)中心錨不對(duì)稱的方式將所 述第一電極定子框架和所述第二電極定子框架沿著所述中心平臺(tái)錨定，所述錨定包括了補(bǔ) 償封裝變形并提高與所述單個(gè)質(zhì)量塊相關(guān)的慣性傳感器的溫度性能。
【文檔編號(hào)】G01P15/125GK104105945SQ201380007577
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月31日
【發(fā)明者】C·阿卡, 約翰·加德納·布盧姆斯伯 申請(qǐng)人:快捷半導(dǎo)體公司