用于微机电系统（MEMS）设备的弹簧技术方案

一种用于微机电系统（MEMS）设备的弹簧。MEMS设备（20）包括衬底（28）和被配置为在基本平行于所述衬底的（28）的表面（50）的平面（24）中经受振荡运动的驱动质量块（30）。传感器（20）还包括驱动弹簧（56），其中每一个都包括了主横梁（70）和耦合于所述主横梁（70）的一端（74）的弯曲横梁（72）。所述弯曲横梁（72）被锚定到所述驱动质量块（30）或所述衬底（28）。所述弯曲横梁（72）展示小于所述主横梁（70）的宽度（88）的宽度（90）。响应于振荡驱动运动，所述弯曲横梁（72）弯曲使得所述主横梁（70）在所述平面（24）中围绕枢转点（96）旋转。因此，所述驱动质量块（30）的平面外运动被减少，从而抑制了正交误差。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种用于微机电系统（MEMS）设备的弹簧。MEMS设备（20）包括衬底（28）和被配置为在基本平行于所述衬底的（28）的表面（50）的平面（24）中经受振荡运动的驱动质量块（30）。传感器（20）还包括驱动弹簧（56），其中每一个都包括了主横梁（70）和耦合于所述主横梁（70）的一端（74）的弯曲横梁（72）。所述弯曲横梁（72）被锚定到所述驱动质量块（30）或所述衬底（28）。所述弯曲横梁（72）展示小于所述主横梁（70）的宽度（88）的宽度（90）。响应于振荡驱动运动，所述弯曲横梁（72）弯曲使得所述主横梁（70）在所述平面（24）中围绕枢转点（96）旋转。因此，所述驱动质量块（30）的平面外运动被减少，从而抑制了正交误差。【专利说明】用于微机电系统(MEMS)设备的弹簧
本专利技术通常涉及微机电系统(MEMS)设备。更具体地说，本专利技术涉及用于MEMS设备的弹簧设计。
技术介绍
近年来，微机电系统(MEMS)技术取得了广泛的关注，因为它提供了一种制作非常小的机械结构并且能使用常规的批量半导体加工技术在单个衬底上将这些结构与电设备集成的方法。MEMS的一个常见应用是传感器设备的设计和制作。MEMS传感器设备被广泛应用于例如汽车、惯性指导系统、家用电器、游戏设备、各种设备的保护系统、以及许多其它的工业、科学、以及工程系统的应用中。【专利附图】【附图说明】结合附图并参阅详细说明书以及权利要求，对本专利技术可以有比较完整的理解，在整个附图中类似的参考符号表示相同的元件，以及:图1示出了根据实施例的以惯性传感器形式的微机电系统(MEMS)设备的俯视图；图2示出了图1的惯性传感器的弹簧设计的一部分的俯视图；图3示出了根据替选实施例的图1的惯性传感器的链接弹簧构造的俯视图；图4示出了根据另一个实施例的惯性传感器的俯视图。【具体实施方式】在振荡微机电系统(MEMS)角速率传感器中，固有问题是存在被称为正交分量或正交误差的不期望干扰信号。由于允许悬挂质量块在其预计驱动运动的平面外振荡的制作缺陷，正交误差出现在振荡角速率传感器中。这种平面外运动围绕传感轴可以产生与科里奥利加速度混淆并随后与旋转率混淆的振荡。不幸的是，正交误差可以造成偏移误差，缩小动态范围以及增大设备噪音。大的正交误差甚至可以造成设备故障，使得传感质量块与传导电极接触，这可能造成碰撞相关的损坏，例如短路。正交误差的主要源是来自制作期间不充分的尺寸精度。例如，在MEMS结构层的蚀刻期间来自深反应离子蚀刻(DRIE)等离子的偏移垂直离子冲击可以在形成于MEMS结构层内的元件的侧壁中产生不对称的倾斜蚀刻图案。不对称蚀刻轮廓可以造成主轴的移位。这样，平面内运动耦合于平面外运动。这是通过平面外传感模式在X-轴和Y-轴角速率传感器中造成正交误差的主要原因。本专利技术所公开的实施例涉及以例如具有一个或多个可移动元件或质量块的角速率传感器、角加速计传感器、磁传感器、气体传感器、制动器等的形式的微机电系统(MEMS)设备，其中平面外运动是非理想的。具体地，实施例包括提供了可移动质量块的平面内运动并且大大抑制了任何非理想平面外运动的弹簧设计。弹簧设计涉及每端由细横梁支撑的宽横梁。由于细横梁相对于宽横梁的灵敏性，细横梁起到机械铰链的作用，使得宽横梁将主要地是旋转或枢转，而不是弯曲。这样，弹簧设计补偿了由平面内驱动运动造成的平面外运动以抑制正交误差。图1示出了根据实施例的以惯性传感器20形式的微机电系统(MEMS)设备的俯视图。惯性传感器20通常被配置以感知围绕旋转轴22即3维坐标系中的X-轴的角速率。因此，惯性传感器20在本专利技术中被称为角速率传感器20。按照惯例，角速率传感器20被说明为在X-Y平面24中具有基本平面的结构，其中Z轴26延伸到垂直于图1的X-Y平面24的页外。角速率传感器20包括衬底28、在本专利技术中被称为驱动质量块30的悬挂质量块、和另在本专利技术中被称为传感质量块32的另一个悬挂质量块、以及将在下文被详细描述的各种机械联动装置。在图1的特定实施例中，驱动质量块30存在于延伸通过传感质量块32的中心口 34。驱动质量块30包括驱动质量块结构36和在X-Y平面24中横向于驱动结构36布置的另一个驱动质量块结构32。驱动质量块结构36和38围绕旋转轴22相对于彼此对称放置。驱动系统40存在于中心口 34并且可操作地与每一个驱动质量块结构36和38互通。更具体地说，驱动系统40包括被配置为振荡驱动结构36的驱动元件组42和被配置为振荡驱动结构38的其它驱动元件组44。每组驱动元件42和44都包括被称为可移动指状物46和固定指状物48的电极对。在实施例中，可移动指状物46耦合于每一个驱动质量块结构36和38并且从其延伸。固定指状物48通过锚52被固定到衬底28的表面50并且延伸通过驱动质量块结构36和38的切口区域51。固定指状物48被分隔开并且与可移动指状物46交替放置。由于它们附接于驱动质量块结构36和38，可移动指状物46可与驱动质量块结构36和38 —起移动。相反，由于它们固定地附接于衬底28，固定指状物48相对于可移动指状物46是不动的。为了清楚说明，只示出了几个可移动和固定指状物46和48。本领域技术人员应该很容易辨别出可移动和固定的指状物的数量和结构可以根据设计要求变化。固定指状物48可以通过锚52被锚定到衬底28的表面50。为了以下附图描述的一致性，清晰起见，耦合于或附着于衬底28的下表面50的任何锚定或固定结构，例如锚52和固定指状物48,是用点画图案被说明。相反,没有固定到衬底28的任何元件不包括该点画图案并且因此被悬挂在衬底28的表面50上方。角速率传感器20的各种元件可以利用沉淀、构图、蚀刻等的现有的和未来的表面微加工技术生成。因此，虽然附图内可能利用了不同的阴影和/或剖面线，但是结构层内的不同元件通常是由相同的材料制成的，例如多晶娃、单晶娃等等。MEMS角速率传感器20和替代实施例(下文讨论)的元件被不同地描述为“被锚定”、“被附接”、“被附着”、““耦合”、连接”、或“互联”到角速率传感器20的其它元件。应了解，术语指角速率传感器20的特定元件的直间或间接物理连接，所述连接发生在MEMS制作的构图和蚀刻过程内的形成期间。驱动质量块结构36和38被配置为在X-Y平面24中经受振荡运动。通常，交流(AC)电压可以通过驱动电路(未显示)被应用于固定指状物48以使驱动质量块结构36和38沿着Y-轴54线性振荡。在实施例中，AC电压被适当地应用于固定指状物48以使可移动梳状指状物46 (并且因此驱动质量块结构36和38)大致平行于固定指状物48移动。驱动质量块结构36和38或可被适当地链接在一起或以其它方式被适当地驱动以沿着Y-轴54朝反方向即反相移动。驱动弹簧56将每一个驱动质量块结构36和38分别稱合于传感质量块32。这样，驱动质量块结构36和38被悬挂在衬底28的表面50上方并且没有直接物理附接于衬底28。驱动弹簧56允许驱动质量块结构36和38在平面24中沿着Y-轴54大幅振荡线性移动，但是驱动弹簧56也足够刚硬以将科里奥利力沿着Z轴26从驱动质量块结构36和38转移到传感质量块32。角速率传感器20还包括将驱动质量块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电系统（MEMS）设备，包括：具有表面的衬底;被配置为在基本平行于所述表面的平面中经受振荡运动的驱动质量块；以及驱动弹簧，每一个所述驱动弹簧包括第一横梁和耦合于所述第一横梁的一端的第二横梁，所述第二横梁被锚定到所述驱动质量块和所述衬底中的一个，所述第一横梁展示基本平行于所述平面的第一宽度，以及所述第二横梁展示基本平行于所述平面的第二宽度，所述第二宽度小于所述第一宽度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：林毅桢，简·梅纳，米夏埃尔·瑙曼，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US