專利名稱：回轉盤陀螺儀的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及微機電系統(MEMS)裝置。更具體地，本發明涉及具有蹺蹺板結構的MEMS回轉盤陀螺儀。
背景技術：
微機電系統(MEMS)技術已經在近些年來廣泛的普及，因為它提供了下述方式建立很小的機械結構，并且使用傳統批半導體處理技術將這些結構與電子裝置集成在單個襯底上。MEMS的一種常見應用是傳感器裝置的設計和制造。微機電系統(MEMS)傳感器裝置被廣泛用在應用中，諸如汽車慣性引導系統、家用電器、游戲機、用于多種裝置的保護系統和許多其他工業、科學和工程系統。MEMS傳感器的一個示例是MEMS陀螺儀。或者被稱為“角速度傳感器”、“陀螺測試儀”、“陀螺儀傳感器”或“偏航率傳感器”，陀螺儀是慣性傳感器，其感測圍繞一個或多個軸的角速度或速度。


通過當結合附圖考慮時參考詳細說明和權利要求，可以得出本發明的更完全的理解，在附圖中，相似的附圖標號貫穿附圖指示類似的項目，并且圖1不出根據一個實施例的微機電系統(MEMS)回轉盤陀螺儀的頂視圖；圖2示出圖1的回轉盤陀螺儀的局部放大視圖；以及圖3示出在圖1的回轉盤陀螺儀的檢測質量結構下的襯底的頂視圖。
具體實施例方式在此公開的實施例實現采用具有一個或多個蹺蹺板類型的感測質量塊的陀螺儀的形式的微機電(MEMS )慣性傳感器裝置。具體地說，一種回轉盤陀螺儀包括驅動電極和驅動質量錨定結構，該兩者均位于感測質量塊的低靈敏度區域處。另外，陀螺儀可以包括第二矩形外部感測質量塊，來代替傳統環形感測質量塊，從而得到雙軸陀螺儀配置。這些特征可以實現更高效的芯片區域利用，降低對于封裝應力的敏感性，并且提高裝置靈敏度。參見圖1和2，圖1示出根據一個實施例的微機電系統(MEMS)回轉盤陀螺儀20的頂視圖，并且圖2示出由在圖1中所示的虛線框勾畫出的回轉盤陀螺儀20的局部放大視圖。陀螺儀20包括襯底22和耦合到并且在襯底22的表面26上懸置的結構24。結構24包括驅動質量塊28，驅動質量塊28通過多個彈簧錨定結構30柔性地耦合到襯底22的表面
26。結構24進一步包括在延伸通過驅動質量塊28的中央開口 34中駐留的感測質量塊32和圍繞驅動質量塊28的另一個感測質量塊36。驅動質量塊28被圖示為具有點畫圖案,感測質量塊32被圖示為具有向上和向右定向的陰影線，并且感測質量塊36被圖示為具有向下和向右定向的陰影線，以區分在MEMS陀螺儀20的結構層內產生的不同元件。可以使用沉積、構圖、蝕刻等的當前和即將到來的表面微加工技術來產生在結構層中的這些不同元件。因此，雖然在圖示中使用不同的陰影和/或陰影線，但是在結構層中的不同元件通常由諸如多晶硅、單晶硅等的相同材料形成。MEMS回轉盤陀螺儀20的元件(下述)可以被不同地描述為“附接到”、“耦合到”、“連接到”陀螺儀20的其他元件，“與”陀螺儀20的其他元件“附接”或“互連”。然而，應當明白，該術語指的是在通過MEMS制造的構圖和蝕刻處理的陀螺儀20的特定元件的形成期間出現的它們的直接或間接物理連接。感測質量塊32使用柔性支持元件即扭轉彈簧38連接到驅動質量塊28，扭轉彈簧38使得感測質量塊32能夠圍繞旋轉軸40，即，在三維坐標系中的X軸振蕩或樞轉。因此，旋轉軸40在此被稱為X-旋轉軸40。感測質量塊36也使用柔性支持元件即扭轉彈簧42附接到驅動質量塊28，扭轉彈簧42使得感測質量塊36能夠圍繞另一個旋轉軸44在三維坐標系中的Y軸振蕩或樞轉。因此，旋轉軸44在此被稱為Y-旋轉軸44。在示例性處理方法期間，可以通過一個或多個犧牲氧化層、一個或多個結構多晶硅層等的傳統的分層沉積、構圖和蝕刻操作來形成包括驅動質量塊28、感測質量塊32和感測質量塊36的結構24。例如，一個或多個犧牲氧化層可以被沉積在襯底22上，并且，一個或多個結構層可以然后被沉積在犧牲層上。結構層可以然后被適當地構圖和蝕刻以形成結構24、扭轉彈簧38和扭轉彈簧42。感測質量塊32大體是圓形或盤形結構，其具有切除區域46和另一個切除區域48，該兩個切除區域均位于接近X-旋轉軸40。更具體地，切除區域46和48的每一個是切口區域，該切口區域從感測質量塊32的外周50向內向Y-旋轉軸44延伸。因此，X-旋轉軸40延伸通過切除區域46和48的每一個。切除區域46和48相對于兩個旋轉軸40和44大體對稱地被定位在感測質量塊32中。例如，切除區域46和48以X-旋轉軸40為中心，并且具有大體相同的大小和形狀。切除區域46和48的每一個包括邊緣56和58，邊緣56和58在X-旋轉軸40的相對側上延伸并且在徑向上定向。在一個實施例中，邊緣56和58的每一個可以相對于X-旋轉軸40偏移，使得在邊緣56和58之間形成的角度在大約30至90度的范圍中。然而，可以根據要位于切除區域46和48中的元件(下述)的具體設計要求來改變切除區域46和48的大小。切除區域46和48適當地形成在感測質量塊32中的、當感測質量塊32圍繞X-旋轉軸40樞轉時移位最小距離的位置處。即，當感測質量塊32圍繞X-旋轉軸40樞轉時，在下面的襯底22和感測質量塊32之間的間隙寬度與離開X-旋轉軸40的距離相關地來改變。在間隙寬度中的最小改變在最接近X-旋轉軸40處出現，而在間隙寬度中的最大改變在最遠離X-旋轉軸40處出現。陀螺儀20的靈敏度是響應于角速度在間隙寬度上的改變的函數。因此，最接近X-旋轉軸40的區域對應于相對于最遠離X-旋轉軸40的區域具有感測質量塊32的較低靈敏度的區。因此，在感測質量塊32中未過度地降低感測質量塊32的靈敏度的位置處形成切除區域46和48。扭轉彈簧38部分地駐留在切除區域46和48中。如在圖2的放大視圖中例示，扭轉彈簧38的每一個包括耦合到感測質量塊32的邊緣部62的端部60。扭轉彈簧38的每一個進一步包括耦合到驅動質量塊28的另一個端部64。在一種示例性配置中，驅動質量塊28包括從驅動質量塊28的內周66向內延伸并且經由剛性構件65彼此耦合的兩個或更多桿63的框結構。因此，扭轉彈簧38的每一個的端部64連接到驅動質量塊28的剛性構件65。另外，扭轉彈簧38位于X-旋轉軸40處并且與其對齊。
除了扭轉彈簧38之外，彈簧錨定結構30和驅動系統68的至少一部分也駐留在切除區域46和48中。通過它們在切除區域46和48中的駐留，扭轉彈黃38、彈黃鋪定結構30和驅動系統68可以被看作在感測質量塊32 “內部”。這個內部位置背離其中彈簧錨定結構30和驅動系統68從驅動質量塊28和感測質量塊32之一或兩者向外延伸的現有技術的結構。因此，通過更高效的芯片區域利用來實現大小和成本節省。在圖2中更清楚地看出，彈簧錨定結構30的每一個包括耦合到在切除區域46和48下的襯底22的表面26的錨70。彈簧錨定結構30的每一個進一步包括在驅動質量塊28的內周66之間延伸并且被緊固到錨70的彈簧元件72。其中每一個包括彈簧元件72的多個彈簧錨定結構30被配置來使得驅動質量塊28能夠圍繞第三旋轉軸振蕩，該第三旋轉軸在此被稱為驅動軸74，其垂直于襯底22的表面26。在這個示例中，驅動軸74是在三維坐標系中的Z軸。在一個實施例中，用于彈簧錨定結構30的錨70相對于-X旋轉軸40接近等距地形成在襯底22的表面26上。另外，因為驅動質量塊28是具有中央開口 34的盤形結構，所以驅動質量塊28的“中心”與中央開口 34的“中心”重合，中央開口 34的“中心”也因為陀螺儀20的對稱而與驅動軸74重合。因此，用于彈簧錨定結構30的錨70也相對于Y-旋轉軸44和驅動軸74大體等距。許多MEMS傳感器應用要求較小的大小和低成本封裝來滿足積極的成本目標。另夕卜，MEMS傳感器應用要求較低的溫度偏移系數(TCO)規范。術語“偏移”指的是相對于在MEMS傳感器的非激勵狀態處的其標稱值的輸出偏離。因此，TCO是熱應力對諸如MEMS傳感器的半導體裝置的性能影響多少的度量。高TCO指示對應地高的熱誘導應力或對于這樣的應力很敏感的MEMS裝置。MEMS傳感器應用的封裝通常使用具有不同的熱膨脹系數的材料。因此，不期望地高的TCO可以在制造或操作期間產生。這些熱應力以及因為潮濕和組裝處理導致的應力可以導致下面的襯底22的變形，在此被稱為封裝應力。彈簧錨定結構30的內部位置和等距布置，通過將錨70布置為盡可能彼此接近，降低由因為底部的襯底22的變形出現的封裝應力導致容易發生不精確度。如上簡述，驅動系統68的至少一部分也駐留在切除區域46和48中。驅動系統68包括在切除區域46中駐留的一組驅動元件76和在切除區域48中駐留的另一組驅動元件78。該組驅動元件76和78是協作地運行以利用圍繞驅動軸74的振蕩運動來移動驅動質量塊28的梳狀驅動器。每組驅動元件76和78包括電極，該電極在此被稱為梳齒。將與在切除區域46中駐留的一組驅動元件76相關地來描述梳齒。然而，下面的說明等效地適用于在切除區域48中駐留的一組驅動元件78。在圖2的放大視圖中更清楚地看出，一組驅動元件76包括耦合到并且從驅動質量塊28的內周66向切除區域46內延伸的梳齒80。一組驅動元件76進一步包括固定到襯底22的表面26的梳齒82。梳齒82與梳齒80隔開并且以與梳齒80交錯的布置被定位。通過它們到驅動質量塊28的附接，梳齒80能夠與驅動元件28 —起移動。相反，因為它們到襯底22的固定附接，梳齒82相對于梳齒80固定。因此，梳齒80在此被稱為可移動梳齒80,而梳齒82在此被稱為固定梳齒82。固定梳齒82的整個長度可以在一些實施例中附接到襯底22的表面26。在替代實施例中，固定梳齒82的每一個可以被錨定到襯底22的表面26上如由錨88表不的單個位置處，且每一個固定梳齒82的剩余部分懸置在表面26上。在一些實施例中，這個第二種手段可以是期望的，以實現在使用區域中的更大的效率，并且降低對于封裝應力的敏感度。在一個實施例中，固定梳齒82的一些用作驅動致動單元(DAU)電極84，并且固定梳齒82的其他用作驅動測量單元(DMU)電極86，其中，DAU電極84和DMU電極86與驅動軸74 (圖1)近于相切地定向。通常，向DAU電極84施加交流電(AC)電壓，以使得驅動質量塊28圍繞驅動軸74 (圖1)振蕩。當驅動質量塊28振蕩時，它使得在DMU電極86處的電容改變。驅動電路(未示出)監控在DMU電極86處的電容，以便確定驅動質量塊28的振蕩振幅。驅動電路通常包括反饋控制(即，自動增益控制)。通過監控在DMU電極86處的電容，驅動質量塊28可以被適當地控制以保持相對穩定的振蕩振幅(通常根據設計為2至20微米)。在所圖示的示例中，每組驅動元件76和78包括四個DAU電極84和一個DMU電極86。本領域內的技術人員應當容易認識到，DAU電極84和DMU電極86的每一個的數量根據設計要求而改變，該設計要求例如是所需的來自DAU電極84的驅動容量和在DMU電極86處的電容上的適當改變。然而,通常,存在比DMU電極86更大數量的DAU電極84，以便產生用于振蕩驅動質量塊28的足夠的力。返回參見圖1，驅動質量塊28大體是環形的或圓形的結構。在一個實施例中，感測質量塊36是大體矩形的結構，其具有中央開口 90，該中央開口 90被配置來容納驅動質量塊28的環形結構。與現有技術裝置的環形外部感測質量塊作比較，感測質量塊36的矩形結構回收利用了浪費的芯片區域(結合圖3描述)，以有效地提高感測質量塊36的靈敏度。圖3示出在回轉盤陀螺儀20 (圖1)的結構24下的襯底22的頂視圖。錨70和固定梳齒82形成在襯底22的表面26上。與錨70和固定梳齒82協同地，在襯底22的表面26上形成多個導電板或電極。該電極包括在感測質量塊32下的X-感測電極92和X-調諧電極94。該電極另外包括在感測質量塊36下的Y-感測電極98和Y-調諧電極100。襯底22可以包括被一個或多個絕緣層(未示出)覆蓋的半導體層(未示出)。半導體層通常是硅晶圓，在其上，在一些情況下，也可以使用傳統的制造技術來制造與回轉盤陀螺儀20相關聯的電子器件。絕緣層可以包括玻璃、二氧化硅、氮化硅或任何其他兼容材料。電極92、94、98和100可以形成在半導體層中且位于感測質量塊32和36之下。可以在襯底22上形成導體(未示出)以提供到電極92、94、98和100以及到感測質量塊32和36的獨立電連接。電極92、94、98和100由諸如多晶硅的導電材料形成，并且如果對于這樣的部件選擇相同的材料則可以與各個導體同時地被形成。以虛線形式表示驅動質量塊28、感測質量塊32和感測質量塊36，以圖示它們相對于電極92、94、98和100的物理布置。然而，應當容易明白，在回轉盤陀螺儀20 (在圖1中所示)的頂視圖中，驅動質量塊28、感測質量塊32和感測質量塊36將隱藏(obscure)底部的電極92、94、98和100。為了操作回轉盤陀螺儀20 (圖1)，包括驅動質量塊28、感測質量塊32和感測質量塊36的結構24 (圖1)在大體平行于襯底22的表面26的平面中機械地振蕩。即，驅動系統68 (圖1)致動驅動質量塊28以圍繞驅動軸74 (圖1)振蕩。當利用驅動系統68驅動驅動質量塊28時，感測質量塊32和36的每一個與驅動質量塊28 —起振蕩。一旦被置于振蕩運動內，感測質量塊32能夠檢測陀螺儀20圍繞Y-旋轉軸44的角速度，即，角度旋轉速率，其中，圍繞Y-旋轉軸44的角速度產生科里奧利加速度，該科里奧利加速度使得感測質量塊32以與陀螺儀20圍繞Y-旋轉軸44的角速度成比例的振幅圍繞X-旋轉軸40振蕩。通過類似的原理，感測質量塊36能夠檢測陀螺儀20圍繞X-旋轉軸40的角速度。S卩，當陀螺儀20經歷圍繞X-旋轉軸40的角速度時，產生科里奧利加速度，該科里奧利加速度使得感測質量塊36以與陀螺儀圍繞X-旋轉軸40的角速度成比例的振幅圍繞Y-旋轉軸44振蕩。因此，陀螺儀20提供雙軸感測。X-感測電極92和Y-感測電極98被配置來檢測它們各自的輸出信號。更具體地，X-感測電極92檢測作為陀螺儀20圍繞其輸入軸具體上圍繞Y軸44的角速度的輸出信號。類似地，Y-感測電極98檢測作為陀螺儀20圍繞其輸入軸具體上圍繞X軸40的角速度的輸出信號。在MEMS陀螺儀中的諧振模式的、也被稱為靜電調諧的頻率調諧通常被實現為用于補償產生失諧的諧振的制造偏差的手段。在一個實施例中，可以向X-調諧電極94和/或Y-調諧電極100施加調諧電壓，以補償這些制造偏差。 X-調諧電極和Y-調諧電極94和100被定位得相對于X-感測電極92和Y-感測電極98的位置更接近它們各自的X-旋轉軸40和Y-旋轉軸44。當感測質量塊32圍繞X-旋轉軸40振蕩時，X-感測電極92相對于圍繞Y-旋轉軸44的角速度的靈敏度是在感測質量塊32和襯底26之間 的間隙寬度上的改變的函數。并且，這個間隙寬度是角速度和到X-旋轉軸40的距離的函數。因此，感測質量塊32對于角速度的最高靈敏度的區域是相距X-旋轉軸40最遠的“外側”區域。因此，X-感測電極94位于這些外側區域處，以產生更大的信號，并且因此增強陀螺儀20對于圍繞Y-旋轉軸44的角速度的靈敏度。同樣，當感測質量塊36圍繞Y-旋轉軸44振蕩時，Y-感測電極100對于圍繞X-旋轉軸40的角速度的靈敏度是在感測質量塊36和襯底26之間的間隙寬度上的改變的函數。并且，這個間隙寬度是角速度和相距X-旋轉軸40的距離的函數。而且，Y-感測電極100的形狀對應于感測質量塊36的矩形結構。感測質量塊36對于角速度的最高靈敏度的區域是與Y-旋轉軸44相距最遠的“外側”區域。Y-感測電極100位于這些外側區域處且處在由感測質量塊36的矩形配置實現的更大的區域中，以產生更大的信號，并且因此增強陀螺儀20對于圍繞X-旋轉軸40的角速度的靈敏度。如上提供的示例是雙軸感測回轉盤陀螺儀。本領域內的技術人員容易明白，在替代實施例中，可以提供單軸陀螺儀配置，其不包括感測質量塊36，但是仍然實現與彈簧錨定結構30、扭轉彈簧38和驅動系統68的“內部”位置相關聯的益處。另外，上面提供的示例示出用于位于在0、90、180和270度方位的各個旋轉軸上的扭轉彈簧38和42的每一個的直條。在替代實施例中，扭轉彈簧38和/或42可以采用其他結構配置，諸如折疊的彈簧。而且，扭轉彈簧可以位于在驅動質量塊28與感測質量塊32和36之間的其他適當位置處。另外，回轉盤陀螺儀20被圖示為具有兩個不同的電極類型，即，感測電極92和98與調諧電極94和100。然而，應當明白，在替代實施例中，可以提供另外的電極類型以用于力反饋和/或正交補償。總之，本發明的實施例實現采用具有一個或多個蹺蹺板類型的感測質量塊的陀螺儀的形式的微機電系統(MEMS)慣性傳感器裝置。具體說，回轉盤陀螺儀包括扭轉彈簧、驅動電極和驅動質量錨定結構，它們全部位于在中央感測質量中的低靈敏度區域處形成的切除區域中。另外，陀螺儀可以包括第二矩形外部感測質量塊來取代傳統的環形感測質量塊，以得到雙軸陀螺儀配置。這些特征可以實現更高效的芯片區域利用，降低對于封裝應力的敏感度，并且提高裝置靈敏度。雖然已經詳細圖示和描述了本發明的優選實施例，但是對于本領域內的技術人員容易且顯然地，在不偏離本發明的精神或不偏離所附的權利要求的范圍的情況下，可以在其中進行各種修改。即，應當明白，示例性實施例僅是示例，并且不意欲限制本發明的范圍、適用性或配置。
權利要求
1.一種陀螺儀，包括 具有表面的襯底； 驅動質量塊，其柔性地耦合到所述襯底的表面，所述驅動質量塊具有中央開口 ； 感測質量塊，其駐留在所述中央開口中，并且被配置來圍繞一旋轉軸旋轉，所述感測質量塊包括與所述旋轉軸接近的切除區域； 扭轉彈簧，用于將所述感測質量塊連接到所述驅動質量塊；以及驅動系統，其至少部分地駐留在所述切除區域中，用于致動所述驅動質量塊以便以振蕩運動來移動。
2.根據權利要求1所述的陀螺儀，其中，所述切除區域作為切口區域從所述感測質量塊的外周向內延伸。
3.根據權利要求1所述的陀螺儀，其中，所述旋轉軸延伸通過所述切除區域。
4.根據權利要求1所述的陀螺儀，其中，所述切除區域包括在徑向上定向并且在所述旋轉軸的相對側上延伸的第一和第二邊緣。
5.根據權利要求1所述的陀螺儀，其中，所述扭轉彈簧的至少一個部分地駐留在所述切除區域中，并且與所述旋轉軸對齊。
6.根據權利要求1所述的陀螺儀，其中，所述切除區域是第一切除區域，并且所述感測質量塊進一步包括與所述旋轉軸接近的第二切除區域，所述第一和第二切除區域被相對于彼此基本上對稱地定位在所述感測質量塊中垂直于所述旋轉軸的軸的相對側上。
7.根據權利要求6所述的陀螺儀，其中，所述驅動系統包括 在所述第一切除區域中駐留的第一組驅動元件；以及 在所述第二切除區域中駐留的第二組驅動元件，所述第二組驅動元件與所述第一組驅動元件協作地運行，以便利用所述振蕩運動來移動所述驅動質量塊。
8.根據權利要求1所述的陀螺儀，其中，所述驅動質量塊的內周限定所述中央開口，并且所述驅動系統包括 第一梳齒，其從所述驅動質量塊的所述內周延伸到所述切除區域內；以及第二梳齒，其被固定到所述襯底的所述表面，所述第二梳齒與所述第一梳齒隔開，并且以與所述第一梳齒的交錯布置被定位。
9.根據權利要求8所述的陀螺儀，其中，所述第一和第二梳齒位于所述切除區域中與所述扭轉彈簧的至少一個相鄰處。
10.根據權利要求1所述的陀螺儀，其中，所述驅動質量塊的內周限定所述中央開口，并且所述陀螺儀進一步包括 錨，其耦合到在所述切除區域下的所述襯底的所述表面；以及彈簧元件，其被配置來將所述驅動質量塊緊固到所述錨，所述彈簧元件的每一個在所述驅動質量塊的所述內周和所述錨的相應一個之間延伸，以形成多個彈簧錨定結構。
11.根據權利要求1所述的陀螺儀，其中，所述感測質量塊是第一感測質量塊，所述扭轉彈簧是第一扭轉彈簧，并且所述陀螺儀進一步包括 圍繞所述驅動質量塊的第二感測質量塊；以及 第二扭轉彈簧，其將所述第二感測質量塊連接到所述驅動質量塊。
12.根據權利要求11所述的陀螺儀，其中所述驅動質量塊是環形結構；以及 所述第二感測質量塊是矩形結構，所述第二感測質量塊具有中央開口，所述中央開口被配置來容納所述驅動質量塊的所述環形結構。
13.—種陀螺儀，包括 具有表面的襯底； 驅動質量塊，其柔性地耦合到所述襯底的表面，所述驅動質量塊具有中央開口 ； 感測質量塊，其駐留在所述中央開口中，并且被配置來圍繞一旋轉軸旋轉，所述感測質量塊包括與所述旋轉軸接近的第一和第二切除區域，所述第一和第二切除區域被相對于彼此基本上對稱地定位在所述感測質量塊中垂直于所述旋轉軸的軸的相對側上； 第一扭轉彈簧，其部分地駐留在所述第一切除區域中； 第二扭轉彈簧，其部分地駐留在所述第二切除區域中，所述第一和第二扭轉彈簧將所述感測質量塊連接到所述驅動質量塊，所述第一和第二扭轉彈簧的每一個與所述旋轉軸對齊；以及 驅動系統，其至少部分地駐留在所述第一和第二切除區域的至少一個中，用于致動所述驅動質量塊以便以振蕩運動來移動。
14.根據權利要求13所述的陀螺儀，進一步包括 錨，其耦合到在所述第一和第二切除區域的每一個下的所述襯底的所述表面；以及彈簧元件，其被配置來將所述驅動質量塊緊固到所述錨，所述彈簧元件的每一個在所述驅動質量塊的內周和所述錨的相應一個之間延伸，以形成多個彈簧錨定結構。
15.根據權利要求13所述的陀螺儀，其中，所述驅動系統包括 在所述第一切除區域中駐留的第一組驅動元件；以及 在所述第二切除區域中駐留的第二組驅動元件，所述第二組驅動元件與所述第一組驅動元件協作地運行，以便利用所述振蕩運動來移動所述驅動質量塊。
16.根據權利要求15所述的陀螺儀，其中，所述第一和第二組驅動元件的每一組包括 第一梳齒，其從所述驅動質量塊的內周延伸到所述第一和第二切除區域的相應一個內；以及 第二梳齒，其被固定到所述襯底的所述表面，所述第二梳齒與所述第一梳齒隔開，并且以與所述第一梳齒的交錯布置被定位。
17.—種陀螺儀，包括 具有表面的襯底； 驅動質量塊，其柔性地耦合到所述襯底的表面，所述驅動質量塊具有中央開口 ； 感測質量塊，其駐留在所述中央開口中，并且被配置來圍繞一旋轉軸旋轉，所述感測質量塊包括與所述旋轉軸接近的第一和第二切除區域，所述第一和第二切除區域的每一個作為切口區域從所述感測質量塊的外周向內延伸； 第一扭轉彈簧，其部分地駐留在所述第一切除區域中； 第二扭轉彈簧，其部分地駐留在所述第二切除區域中，所述第一和第二扭轉彈簧將所述感測質量塊連接到所述驅動質量塊，并且所述第一和第二扭轉彈簧與所述旋轉軸對齊；以及 驅動系統，其至少部分地駐留在所述第一和第二切除區域中，用于致動所述驅動質量塊以便以振蕩運動來移動。
18.根據權利要求17所述的陀螺儀，其中，所述驅動質量塊的內周限定所述中央開口，并且所述驅動系統包括 第一梳齒，其從所述驅動質量塊的所述內周延伸到所述第一和第二切除區域的相應一個內；以及 第二梳齒，其被固定到所述襯底的所述表面，所述第二梳齒與所述第一梳齒隔開，并且以與所述第一梳齒的交錯布置被定位。
19.根據權利要求18所述的陀螺儀，進一步包括 錨，其耦合到在所述第一和第二切除區域下的所述襯底的所述表面；以及 彈簧元件，其被配置來將所述驅動質量塊緊固到所述錨，所述彈簧元件的每一個在所述驅動質量塊的所述內周和所述錨的相應一個之間延伸，以形成與所述驅動系統和所述第一和第二扭轉彈簧共同位于所述第一和第二切除區域中的多個彈簧錨定結構。
20.根據權利要求17所述的陀螺儀，其中，所述感測質量塊是第一感測質量塊，并且所述陀螺儀進一步包括 第二感測質量塊，其圍繞所述驅動質量塊；以及 第三扭轉彈簧，其將所述第二感測質量塊連接到所述驅動質量塊，所述驅動質量塊是環形結構，所述第二感測質量塊具有中央開口，所述中央開口被配置來容納所述驅動質量塊的所述環形結構，并且所述第二感測質量塊是矩形結構。
全文摘要
回轉盤陀螺儀(20)包括驅動質量塊(28)和感測質量塊(32)。感測質量塊(32)包括位于旋轉軸(40)附近的切除區域(46，48)。位于切除區域(46，48)中的扭轉彈簧(38)將感測質量塊(32)連接到驅動質量塊(28)。扭轉彈簧(38)使得感測質量塊(32)能夠響應于陀螺儀(20)的角速度來圍繞旋轉軸(40)旋轉。彈簧錨定結構(30)也位于切除區域(46，48)中，并且柔性地將驅動質量塊(28)耦合到襯底(22)。另外，驅動系統(68)駐留在切除區域(46，48)中，并且致動驅動質量塊(28)以便以振蕩運動來移動。在雙軸配置中，陀螺儀(20)進一步包括圍繞盤形驅動質量塊(28)的矩形第二感測質量塊(36)。
文檔編號G01C19/5712GK103033177SQ201210369230
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月27日 優先權日2011年10月5日
發明者林毅楨 申請人:飛思卡爾半導體公司