具有单质量块的微机械三轴加速计制造技术

除其它情况之外，本申请讨论了一种惯性测量系统，包括器件层、帽晶片和孔晶片，其中，所述器件层包括单质量块三轴加速计，所述帽晶片粘合到所述器件层的第一表面，所述孔晶片粘合到所述器件层的第二表面，其中，所述帽晶片和所述孔晶片被配置为封装所述单质量块三轴加速计。所述单质量块三轴加速计可围绕单个中心锚悬吊，且包括单独的x轴挠曲支承部、y轴挠曲支承部和z轴挠曲支承部，其中，所述x轴挠曲支承部和所述y轴挠曲支承部关于所述单个中心锚对称，且所述z轴挠曲支承部关于所述单个中心锚不对称。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
总的来说，本专利技术涉及惯性传感器装置，具体地说，涉及微机械惯性传感器装置。
技术介绍
几个单轴或多轴的微机械陀螺仪结构已集成在系统中以形成三轴陀螺仪组(cluster)。然而,对于特定的应用，由单独的传感器构成的这种陀螺仪组的尺寸会过大且成本也会过高。即使单轴或多轴陀螺仪能够装配在单个微机电系统(MEMS)芯片上，针对每个传感器还是需要单独的驱动和感应电子器件。·而且，在消费性/移动、自动化以及航空航天/国防的应用中，对三轴加速度检测的需求正在不断增长。许多单轴或多轴的微机械加速计结构已针对每个加速度轴使用单独的质量块。在管芯上并入多个传感器或多个质量块会增加集成的三轴加速度传感器的尺寸和成本。
技术实现思路
除其它情况之外，本专利技术讨论了包括器件层、帽晶片和孔晶片的惯性测量系统，所述器件层包括单质量块三轴加速计，所述帽晶片连接所述器件层的第一表面，所述孔晶片连接所述器件层的第二表面，其中，所述帽晶片和所述孔晶片被配置为封装所述单质量块三轴加速计。单质量块三轴加速计可围绕单中心锚悬吊，且可包括单独的X轴挠曲支承部、I轴挠曲支承部和Z轴挠曲支承部，其中，X轴挠曲支承部和I轴挠曲支承部关于所述单中心锚对称，且z轴挠曲支承部关于所述单中心锚不对称。此概述意在提供本专利申请主题的概述。并不旨在提供本专利技术专用的或全面的说明。具体实施方式的包含用于提供有关本专利申请的更多信息附图说明在附图(其不一定按比例绘制)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示同类部件的不同例子。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所论述的各个实例。图1大体示出了三自由度(3-D0F)惯性测量单元(MU)的示意性横截面图；图2大体示出了三轴陀螺仪的一个实例；图3大体示出了在驱动运动中的三轴陀螺仪的一个实例；图4大体示出了包括在响应于围绕X轴的旋转进行感应运动期间的单质量块的三轴陀螺仪的一个实例；图5大体示出了包括在响应于围绕7轴的旋转进行感应运动期间的单质量块的三轴陀螺仪的一个实例； 图6大体示出了包括在响应于围绕z轴的旋转进行感应运动期间的单质量块的三轴陀螺仪的一个实例；图7和图8大体示出了包括分别在反相运动和同相运动期间的z轴陀螺仪耦合挠曲支承部的三轴陀螺仪的实例；图9大体示出了三轴加速计的一个实例；图10大体示出了在响应于X轴加速度进行的感应运动中的三轴加速计的一个实例；图11大体示出了在响应于y轴加速度进行的感应运动中的三轴加速计的一个实例；图12大体示出了在响应于z轴加速度进行的感应运动中的三轴加速计的一个实例；图13大体示出了包含孔晶片电极安置的系统的一个实例；图14大体示出了包含单质量块的三轴加速计的一个实例侧视图；图15大体示出了 3+3自由度(3+3D0F)惯性测量单元(MU)的一个实例；图16大体示出了关于锚静止的所述中心悬吊件的一个实例；图17大体示出了在驱动运动中的中心悬吊件的一部分的一个实例。具体实施例方式除其它情况之外，本专利技术人认识到一种微机械整体式(monolithic)三轴陀螺仪，其被配置为利用单个中心锚定的质量块来检测关于所有三轴的角速度，同时对每个轴的响应模式进行有效地解耦，以最小化跨轴灵敏度。在一个实例中，本申请公开的唯一质量块分区和挠曲结构可允许使用单驱动模式振荡(对于所有轴仅需一个驱动控制回路)进行三轴角速度检测。因此，与使用三个单独的驱动回路的现有多轴陀螺仪相比，本申请中公开的三轴陀螺仪的控制电子器件的复杂性及成本能够极大地降低。此外，除其它情况之外，本专利技术人认识到一种微机械三轴加速计，其被配置为利用单个中心锚定的质量块来检测关于所有三轴的加速度，同时对每个轴的响应模式进行有效地解耦，以最小化跨轴灵敏度。在一个实例中，本申请公开的唯一质量块和挠曲结构可允许通过单个中心锚定的质量块进行三轴加速度检测。因此，与针对每个加速度轴使用单独的质量块的现有多轴加速计相比，本申请中公开的三轴加速计的微机电系统(MEMS)感应元件的总体管芯尺寸及总成本能够极大地降低。装置结构图1大体示出了三自由度(3-D0F)惯性测量单元(MU) 100的示意性横截面图，如三自由度陀螺仪或三自由度微机械加速计，所述三自由度IMU 100形成在芯片级封装中，所述芯片级封装包括帽晶片101、包含微机械结构(如微机械三自由度MU)的器件层105和孔晶片103。在一个实例中，器件层105可夹在帽晶片101和孔晶片103之间，且器件层105和帽晶片101之间的腔体可在晶圆级的真空下封装。在一个实例中，帽晶片101可例如使用金属粘合剂102粘合到器件层105粘合剂。金属粘合剂102可包括熔融粘合剂(例如非高温熔融粘合剂)以使得吸气剂能够保持长期的真空状态，且使得防摩擦涂层的涂覆能够防止可能在低重力加速度传感器中发生的摩擦。在一个实例中，在器件层105工作期间，金·属粘合剂102能够在帽晶片101和器件层105之间产生热应力。在某些实例中，能够为器件层105增加一个或多个特征，以使器件层105中的微机械结构与热应力(如减少形成于微机械结构周围的沟槽的一个或多个应力)隔离。在一个实例中，孔晶片103可粘合到器件层105，如熔融粘合(例如硅-硅熔融粘合等)，以避免在孔晶片103和器件层105之间的热应力。在一个实例中，孔晶片103可包括一个或多个隔离区域，例如第一隔离区域107，该第一隔离区域107例如利用一个或多个硅通孔(TSV)(例如，第一 TSV 108，其使用介电材料109与孔晶片103隔离开)与孔晶片103的一个或多个其它区域隔离开，如。在某些实例中，所述一个或多个隔离区域可用作电极，以感觉或启动所述六轴惯性传感器的面外工作模式，且所述一个或多个TSV可被配置为提供从器件层105到系统100外部的电连接。此外，孔晶片103可包括诸如第一触点110的一个或多个触点，所述一个或多个触点使用介电层104与孔晶片103的一个或多个部分选择性地隔离开，且所述一个或多个触点被配置为例如使用突起部(bump)、丝焊或一个或多个其他电连接来提供孔晶片103的隔离区域或TSV中的一个或多个到一个或多个外部元件(例如，ASIC晶片)之间的电连接，。在一个实例中，器件层105中的所述三自由度陀螺仪或微机械加速计能够通过将器件层105粘合到孔晶片103的凸出部分(如锚106)来得到支撑或锚定在孔晶片103上。在一个实例中，锚106可大体上设置于孔晶片103的中心，且器件层105可熔融粘合到锚106上，例如以消除与金属疲劳相关的问题。陀螺仪装置结构图2大体示出了三轴陀螺仪200的一个实例，例如形成在三自由度MU 100的器件层105的单一平面上的三轴陀螺仪200。在一个实例中，如图2所示，三轴陀螺仪200的结构可关于X轴和I轴对称，其中z轴在概念上从图中出来。图2提及三轴陀螺仪200 —个部分的结构及特征。但在某些实例中，这样的提及和描述能够适用于三轴陀螺仪200中未标记的类似部分。在一个实例中，三轴陀螺仪200可包括提供三轴陀螺仪工作模式的单质量块设计，其中所述三轴陀螺仪工作模式被定型(pattern)于三自由度MUlOO的器件层105中，如图1的实例中所示。在一个实例中，所述单质量块能够利用单个中心锚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·阿卡，
申请(专利权)人：快捷半导体公司，
类型：
国别省市：