[发明专利]用于检测线性加速力的三轴惯性传感器

说明书

一种惯性传感器包括检测质量块，所述检测质量块与基板的表面间隔开。所述检测质量块具有第一部分和第二部分，其中，所述第一部分具有第一质量，所述第一质量大于所述第二部分的第二质量。锚定件耦合到所述基板的所述表面上，并且弹簧系统互连于所述锚定件与所述检测质量块的所述第一和第二部分之间。所述弹簧系统能够响应于在三个正交方向中的任何正交方向上强加于所述惯性传感器上的线性加速力而实现所述检测质量块的所述第一和第二部分的平移运动。

技术领域

本发明总体上涉及惯性传感器装置。更具体地说，本发明涉及一种三轴微机电系统(MEMS)惯性传感器装置，用于检测三个正交轴中的任何正交轴中的线性加速力。

背景技术

近年来，由于微机电系统(MEMS)技术提供了用于使用常规批量半导体加工技术来制作非常小的机械结构并且将这些结构与电气装置集成到单个基板上的方式，所以MEMS技术已经实现了广泛普及。MEMS的一种常见应用是设计和制造传感器装置。MEMS传感器广泛用于各种应用，比如，汽车、惯性引导系统、家用电器、游戏装置、用于各种装置的保护系统、以及许多其他工业、科学和工程系统。

MEMS传感器的一个例子是MEMS加速度计。MEMS加速度计对加速敏感并且可以被配置成感测沿着一个、两个或三个轴或方向的加速力。一种常见形式的MEMS加速度计使用在基板上方在加速下移动的一个或多个可移动结构。可移动结构的移动使电容发生变化，并且连接至MEMS加速度计结构的电路对电容变化进行测量以便确定加速力。

人们正持续致力于减小裸片大小以及相当地这种MEMS加速度计的成本。用于减小裸片大小的设计方式是能够检测沿着多个正交轴的加速力的单检测质量块(proof mass)设计的实施方式。然而，在使用单检测质量块多轴感测方式的实施方式来满足预定灵敏度和可靠性要求时，出现了显著的挑战。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种惯性传感器，包括：

检测质量块，所述检测质量块与基板的平面表面间隔开，所述检测质量块具有第一部分和第二部分，所述第一部分具有第一质量，所述第一质量大于所述第二部分的第二质量；

锚定件，所述锚定件耦合到所述基板的所述平面表面上；以及

弹簧系统，所述弹簧系统互连于所述锚定件与所述检测质量块的所述第一和第二部分之间，所述弹簧系统被配置成能够响应于在三个正交方向中的任何正交方向上强加于所述惯性传感器上的线性加速力而实现所述检测质量块的所述第一和第二部分的平移运动。

在一个或多个实施例中，所述弹簧系统包括：

第一弹簧元件；

旋转梁，所述旋转梁具有第一梁端和第二梁端，所述第一弹簧元件使所述锚定件与所述旋转梁的中点互连，所述中点置中于所述第一与第二梁端之间；

第二弹簧元件，所述第二弹簧元件使所述旋转梁的所述第一梁端与所述检测质量块的所述第一部分互连；以及

第三弹簧元件，所述第三弹簧元件使所述旋转梁的所述第二梁端与所述检测质量块的所述第二部分互连。

在一个或多个实施例中，所述弹簧系统被朝向成基本上平行于所述基板的所述平面表面；

所述第一、第二以及第三弹簧元件被朝向成基本上彼此平行；并且

所述旋转梁被朝向成基本上垂直于所述第一、第二以及第三弹簧元件。

在一个或多个实施例中，响应于在基本上平行于所述平面表面的第一方向上的第一线性加速力，所述弹簧结构被配置成使所述检测质量块的所述第一和第二部分能够在所述第一方向上并且相对于彼此反相地经历平移运动；