具有偏移锚负载抑制的MEMS传感器制造技术

一种MEMS传感器包括MEMS层、盖层和基板层。MEMS层包括悬置的弹簧‑质块系统，该悬置的弹簧‑质块系统响应于感测到的惯性力而移动。悬置的弹簧‑质块系统从一个或多个锚悬置。锚通过锚定部件耦合到盖层和基板层中的每一个。锚定部件被偏移，使得施加到盖层或基板层的力引起锚的旋转，并且使得悬置的弹簧‑质块系统基本上保持在原始MEMS层内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有偏移锚负载抑制的MEMS传感器相关申请的交叉引用本申请要求于2017年11月30日提交的美国申请No.15/828,323的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
诸如智能电话、智能手表、平板电脑、汽车、空中无人机(aerialdrone)、电器、飞行器、运动辅助设备和游戏控制器之类的许多物品在其操作期间可以利用运动传感器。在许多应用中，各种类型的运动传感器(诸如加速度计和陀螺仪)可以被独立或一起分析以便确定用于特定应用的各种信息。例如，陀螺仪和加速度计可以用于游戏应用(例如，智能电话或游戏控制器)以捕获用户的复杂运动，无人机和其它飞行器可以基于陀螺仪测量(例如，滚动、俯仰(pitch)和偏航(yaw))确定朝向，并且车辆可以利用测量确定方向(例如，用于航位推算(deadreckoning))和安全性(例如，以识别打滑或翻滚状况)。诸如加速度计和陀螺仪之类的运动传感器可以被制造为使用半导体制造技术制造的微机电(MEMS)传感器。MEMS传感器可以包括可移动检测质块，可移动检测质块可以对诸如线性加速度(例如，对于MEMS加速度计)、角速度(例如，对于MEMS陀螺仪)和磁场之类的力作出响应。可以基于检测质块的响应于力的移动来测量这些力对可移动检测质块的操作。在一些实现中，基于可移动检测质块和感测电极之间的距离来测量这种移动，可移动检测质块和感测电极形成用于感测移动的电容器。MEMS传感器可以由接合在一起的多个层构成，诸如盖层、MEMS层和基板层。MEMS传感器的可移动MEMS部件可以位于MEMS层内并且锚定到盖层和基板层中的一者或两者。如果MEMS部件相对于感测电极的位置与预期位置不同，那么用于确定惯性力的电容会不正确。与MEMS部件的预期位置的偏离可以是由多种情形(诸如制造公差、制造误差、与其它部件的封装或传感器操作期间经受的应力)造成的。
技术实现思路
在本公开的实施例中，示例性微机电(MEMS)设备包括：接合到盖层并接合到基板层的锚系统，经由弹簧耦合到锚系统的检验质块，以及耦合在检验质块与基板层之间的感测元件，其中感测元件响应于检验质块在第一方向上的运动而输出信号。在实施例中，施加到锚系统的力使锚系统和弹簧在第一方向上移动，并且当第一力施加到锚系统时，检验质块基本上保持静止。在本公开的实施例中，示例性微机电(MEMS)设备包括：盖，其包括第一锚定系统；基板，其包括第二锚定系统，其中至少一个感测电极位于基板的表面上；以及MEMS层，其接合到盖和基板中的每一个以定义腔体，其中MEMS层包括悬置的弹簧-质块系统。在实施例中，悬置的弹簧-质块系统包括：至少一个可移动质块，其中至少一个可移动质块的至少一部分位于与至少一个感测电极相距第一距离处以形成至少一个感测电容器；以及至少一个锚定质块，其耦合到至少一个可移动质块以将至少一个可移动质块悬置在MEMS层内，其中至少一个锚定质块耦合到第一锚定系统的至少一部分和第二锚定系统的至少一部分，并且其中响应于在垂直于MEMS层的方向上的力，第一锚定系统和第二锚定系统使至少一个锚定质块在该力的方向上移动，并且使得至少一个可移动质块保持与至少一个感测电极相距第一距离以形成至少一个感测电容器。在本公开的实施例中，示例性微机电(MEMS)设备包括：盖；基板，其中至少一个感测电极位于基板的表面上；以及MEMS层，其接合到盖和基板中的每一个以定义腔体，其中MEMS层包括悬置的弹簧-质块系统。在实施例中，MEMS设备还包括：至少一个支柱，其耦合到盖和悬置的弹簧-质块系统的一个或多个锚定质块；以及至少一个支座，其耦合到盖和悬置的弹簧-质块系统的一个或多个锚定质块，其中至少一个支座相对于至少一个支柱偏移，使得至少一个支座和至少一个支柱在一个或多个锚定质块的相对的面上不重叠，并且其中，响应于垂直于MEMS层的力，一个或多个锚定质块在该力的方向上移动，并且弹簧-质块系统的至少一个检验质块基本静止。附图说明结合附图考虑以下详细描述，本公开的上述和其它特征、其性质以及各种优点将变得更加清楚，其中：图1示出了根据本公开实施例的例示性运动感测系统；图2示出了根据本公开实施例的例示性MEMS传感器；图3A示出了根据本公开一些实施例的具有垂直堆叠的锚的例示性MEMS传感器的部件的横截面；图3B示出了根据本公开一些实施例的经历垂直压缩力的具有垂直堆叠的锚的例示性MEMS传感器的部件的横截面；图4示出了根据本公开一些实施例的经历垂直压缩力的具有垂直堆叠的锚的MEMS加速度计的例示性MEMS层；图5A示出了根据本公开一些实施例的具有偏移锚的例示性MEMS传感器的部件的横截面；图5B示出了根据本公开一些实施例的经历垂直压缩力的具有偏移锚的例示性MEMS传感器的部件的横截面；以及图6示出了根据本公开一些实施例的经历垂直压缩力的具有偏移锚的MEMS加速度计的例示性MEMS层。具体实施方式惯性传感器被设计和制造为微机电(MEMS)加速度计。MEMS层使用半导体处理技术形成以包括传感器的机械部件和与MEMS加速度计的其它部件(诸如位于传感器管芯内或传感器管芯外部的CMOS电路系统，位于传感器管芯内的CMOS电路系统例如是还用作基板或盖层的CMOS层)的电连接。MEMS层被气密密封在其它半导体层(诸如下面的基板层和盖层)内。MEMS层包括悬置的弹簧-质块系统，其中一个或多个检验质块通过弹簧悬置在MEMS层内。检验质块的移动受到弹簧的限制，以及在一些实施例中受到诸如质块和杠杆之类的附加部件的限制。这些弹簧和附加部件共同促进检验质块沿着一个或多个用于感测线性加速度的轴的运动。感测电极在感测的线性加速度的方向上与每个检验质块(或在一些实施例中，与附加感测质块)相邻定位，从而形成基于检验质块与感测电极之间的距离而改变的电容器。在示例性z轴加速度计中，感测电极位于平行于检验质块的另一层上。悬置的弹簧-质块系统从锚悬置，该锚进而被固定到盖层和基板层中的一者或两者以使得锚不会响应于感测到的惯性力而移动。在本公开的实施例中，锚包括在MEMS层内的两个锚定质块。每个锚定质块通过相应的锚定部件接合到盖层和基板层两者。锚定质块与锚定部件的接合被偏移(例如，从锚定质块到基板锚定部件的接合相对于锚定质块到盖锚定部件的接合偏移)，使得接合的至少75％是不重叠的。在各种情形下，诸如由于MEMS惯性传感器的制造、与设备中其它部件的组装以及最终应用，力会被施加到盖层和/或基板层。由于锚定质块与锚定部件的接合的偏移，从盖或基板分配到锚定质块的力(例如，经由锚定部件)造成锚定质块的旋转。这导致锚定质块在力的方向上的旋转位移和悬置的弹簧-质块系统在相反方向上的抵消位移。因此，悬置的弹簧-质块系统在MEMS层内基本上保持对准，其中与原始MEMS层位置的平面的角度小于5％。图1描绘了根据本公开一些实施例的示例性运动感测系统10。虽然图1中描绘了特定部件，但是应该理解的是，可以根据不同应用和系统的需要来利用传感器、处理部件、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微机电MEMS设备，包括：/n锚系统，所述锚系统接合到盖层并接合到基板层；/n检验质块，所述检验质块经由弹簧耦合到锚系统；/n感测元件，所述感测元件耦合在检验质块与基板层之间，其中感测元件响应于检验质块在第一方向上的运动而输出信号；/n其中施加到锚系统的力使锚系统和弹簧在第一方向上移动，以及/n其中，当第一力施加到锚系统时，检验质块基本上保持静止。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171130 US 15/828,3231.一种微机电MEMS设备，包括：
锚系统，所述锚系统接合到盖层并接合到基板层；
检验质块，所述检验质块经由弹簧耦合到锚系统；
感测元件，所述感测元件耦合在检验质块与基板层之间，其中感测元件响应于检验质块在第一方向上的运动而输出信号；
其中施加到锚系统的力使锚系统和弹簧在第一方向上移动，以及
其中，当第一力施加到锚系统时，检验质块基本上保持静止。


2.如权利要求1所述的MEMS设备，其中，当施加第一力时，锚系统在与弹簧的连接处旋转。


3.如权利要求2所述的MEMS设备，其中锚系统的移动相对于锚系统在负的第一方向上推动检验质块。


4.如权利要求3所述的MEMS设备，其中锚系统在第一方向上的移动与检验质块在负的第一方向上的运动相平衡，从而导致检验质块基本保持静止。


5.如权利要求1所述的MEMS设备，其中锚系统包括锚质块，该锚质块耦合到支柱、支座和弹簧，以及其中支柱接合到盖层并且支座接合到基板层。


6.如权利要求5所述的MEMS设备，其中支柱和支座未对准。


7.如权利要求6所述的MEMS设备，其中支柱和支座不重叠。


8.如权利要求6所述的MEMS设备，其中支柱和支座基本上重叠。


9.如权利要求5所述的MEMS设备，其中支柱连接到锚质块的顶部并且盖层在锚质块的上方，以及其中支座连接到锚质块的底部并且基板层在锚质块的下方。


10.如权利要求6所述的MEMS设备，其中，当施加第一力时，支柱和支座的未对准使锚质块平移和旋转。


11.如权利要求10所述的MEMS设备，其中锚系统的平移和旋转的组合使检验质块基本上保持静止。


12.如权利要求1所述的MEMS设备，其中MEMS设备是加速度计、磁力计、陀螺仪、气压计或麦克风。


13.如权利要求5所述的MEMS设备，其中锚系统还包括第二锚质块，该第二锚质块经由第二弹簧耦合到检验质块，其中第二锚质块耦合到支柱和第二支座，以及其中第二支座接合到基板。


14.如权利要求13所述的MEMS设备，其中施加到锚系统的力使所述锚质块、第二锚质块、所述弹簧和第二弹簧在第一方向上移动，以及其中当第一力施加到锚系统时，检验质块基本上保持静止。

【专利技术属性】
技术研发人员：M·汤普森，H·乔哈里加勒，L·巴尔达萨雷，S·尼灿，K·威廉姆斯，
申请(专利权)人：应美盛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US