[发明专利]微机械惯性传感器器件

说明书

技术领域

本发明总体上涉及惯性传感器器件，更具体地涉及微机械惯性传感器器件。

随着现代电子技术的迅速发展，各种电子设备诸如导航系统、手机和电子游戏机都需要能够以低成本准确地确定设备的运动的、具有小形状因子(form factor)的传感器。已经开发出的常规技术是在ASIC晶圆上冲击(bump)微机电系统(MEMS)芯片，或将MEMS与ASIC晶圆集成。然而，大部分现有的MEMS传感器测量的是加速度或转动，而不是测量物体的六个自由度(三个独立加速度和三个独立转动)。正因为如此，现有的用于在六个自由度上检测物体运动的ASIC晶圆具有很大的形状因子，以容纳多个MEMS传感器和额外的电路或算法，以处理从多个传感器接收的数据。此外，制造多个MEMS以及将ASIC晶圆与MEMS封装/集成增加了传感器器件的制造成本。因此，需要一种单个MEMS器件，其能够以六个自由度检测物体的运动，以使得含有该MEMS的传感器器件的总体形状因子和制造成本均可被显著减小。

发明内容

在本公开内容的一个实施方案中，用于测量运动的传感器包括：框架；第一平面检验质量块(proof mass)部分，其通过第一挠曲部(flexure)附接至所述框架；以及第二平面检验质量块部分，其通过第二挠曲部附接至所述框架。所述框架、所述第一平面检验质量块部分和所述第二平面检验质量块部分形成于一个微机械层中，且适于测量关于三个轴线的角速度和关于所述三个轴线的线性加速度。

在本公开内容的另一个实施方案中，一种用于测量运动的器件，包括：第一晶圆、器件层以及第二晶圆，其中所述第一晶圆和第二晶圆被键合至所述器件层，从而封装所述器件层。所述器件层包括：框架；第一平面检验质量块部分，其通过第一挠曲部附接至所述框架；以及第二平面检验质量块部分，其通过第二挠曲部附接至所述框架。所述框架、所述第一平面检验质量块部分和所述第二平面检验质量块部分形成于一个微机械层中，且适于测量关于三个轴线的角速度和关于所述三个轴线的线性加速度。

参见下面的附图、说明书和权利要求，将可更好地理解本发明的这些以及其他特征、方面和优点。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施方案的多自由度器件的示意性横截面图；

图2示出了图1的多自由度器件的传感器的示意性俯视图；

图3A示出了图2中的传感器的梳状驱动电极的放大视图；

图3B示出了图2中的传感器的y轴线加速度计电极的放大视图；

图4A示出了在陀螺仪驱动运行模式下的图2中的单个质量块(single mass)；

图4B示出了在响应于绕x轴线转动的感测运动期间图2中的单个质量块；

图4C示出了在响应于绕y轴线转动的感测运动期间图2中的单个质量块；

图4D示出了在响应于绕z轴线转动的感测运动期间图2中的单个质量块；

图5A和5B示出了分别在x方向和z方向的线性加速度下的的单个质量块；

图6示出了在器件层下方的陀螺仪电极的示意性俯视图，该陀螺仪电极用于测量图2中的传感器的离面(out of plane)运动；

图7是挠曲部结构的放大图，挠曲部结构允许x轴线陀螺仪感测运动和z轴线加速度计感测运动；

图8示出了根据本发明的传感器的另一个实施方案的示意性俯视图；

图9A示出了根据本发明的传感器的又一个实施方案的示意性俯视图；以及

图9B示出了图9A中传感器的挠曲部结构的放大视图。

具体实施方式

下文的详细描述是当前可预期的用于执行本发明的最佳模式。以下描述不应以限制意义理解，而只是为了示出本发明的基本原理而做出的，这是因为本发明的范围是由所附权利要求最佳地限定的。