一種集成檢測結構具有：第一慣性質量體和第二慣性質量體，每個慣性質量體彈性地錨定到基板并且具有沿著第一水平軸的線性運動、繞著與第二水平軸平行的第一旋轉軸的第一旋轉檢測運動和沿著第二水平軸的第二平移檢測運動；驅動電極，引起慣性質量體在第一水平軸的相反方向上的線性運動；成對撓曲諧振器元件和成對扭轉諧振器元件，彈性耦合到慣性質量體，撓曲諧振器元件具有繞著相互平行并且與第一旋轉軸平行的第二旋轉軸和第三旋轉軸的諧振旋轉運動。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】一種集成檢測結構具有：第一慣性質量體和第二慣性質量體，每個慣性質量體彈性地錨定到基板并且具有沿著第一水平軸的線性運動、繞著與第二水平軸平行的第一旋轉軸的第一旋轉檢測運動和沿著第二水平軸的第二平移檢測運動；驅動電極，引起慣性質量體在第一水平軸的相反方向上的線性運動；成對撓曲諧振器元件和成對扭轉諧振器元件，彈性耦合到慣性質量體，撓曲諧振器元件具有繞著相互平行并且與第一旋轉軸平行的第二旋轉軸和第三旋轉軸的諧振旋轉運動。【專利說明】加速度和角速度諧振檢測集成結構及相關MEMS傳感器設備
本公開內容涉及一種加速度和角速度諧振檢測集成結構，并且涉及一種所謂MEMS (微機電系統)類型的相關傳感器設備。
技術介紹
正如所知，已經提出MEMS加速度計和陀螺儀，并且由于它們的高緊湊性、它們的減少的消耗水平和它們的良好電性能而在廣泛應用環境中(例如在便攜電子裝置領域中)用于慣性導航應用、用于創建用戶接口或者總體用于檢測在三維空間中的移位。具體而言，已經提出用表面微加工技術制作的諧振微傳感器，這些傳感器使外部量的檢測基于在諧振中設置的一個或者多個元件的頻率變化。諧振檢測與其它測量技術相比具有賦予直接頻率輸出、準數字類型、高靈敏度和寬動態范圍的優點。在諧振加速度計中，待測量的外部加速度產生集成機械檢測結構的一個或者多個諧振器元件的諧振頻率的可檢測移位。諧振器元件可以由集成檢測結構的整個慣性質量體(測試質量體或者自由質量體，所謂“驗證質量體”)、由其某一部分或者由耦合到慣性質量體的不同元件構成。根據集成檢測結構的配置，在慣性質量體移位時諧振器元件中的軸向應力或者相同諧振器元件受到的所謂“電剛度(electrical stiffness) ”的變化的存在可以引起諧振頻率的變化。例如在以下文獻中描述如下諧振加速度計，這些諧振加速度計的操作原理基于對由于諧振器元件中的軸向應力所致的諧振頻率的變化的檢測:D.ff.Bruns, R.D.Horning, ff.R.Herb, J.D.Zook, H.Guckel “Resonant microbeamaccelerometers，，，Proc.Transducers95, Stockholm, Sweden, June25_29,659-662 (1995)；以及R.Zhu, G.Zhang, G.Chen “A novel resonant accelerometer based onnanoelectromechanical oscillator”，Proc.MEMS2010, Hong Kong,440-443(2010)。例如在以下文獻中描述如下諧振加速度計，這些諧振加速度計的操作原理代之以基于對由于電剛度的變化所致的諧振頻率的變化的檢測:B.Lee,C.0h,S.Lee,Y.0h, K.Chun, uK vacuum packaged differential resonantaccelerometer using gap sensitive electrostatic stiffness changing effect，，，Proc.MEMS2000 ；以及H.C.Kim, S.Seok, 1.Kim, S-D.Choi, K.Chun, “ Inertial-grade out-of-planeand in-plane differential resonant silicon accelerometers (DRXLs)，，，Proc.Transducers ‘05, Seoul, Korea, June5_9,172-175 (2005)。另外，在第IT1395419號專利中和在以本 申請人:的名義、于2011年8月31日提交的第T02011A000782號意大利專利申請(與W02013030798相關)中，描述關于特性(具體為靈敏度)和減少的機械尺度而改進的諧振加速度計。在陀螺儀中，一般使慣性質量體以固有諧振頻率振動，并且測量由于在存在外部角速度時在一個或者多個檢測元件上產生的科里奧利力(Coriolis force)所致的影響。一般而言，借助電容技術來進行檢測，然而存在有利用諧振檢測的微陀螺儀的少數示例，在這些示例中可以引用以下文獻作為示例:A.A.Seshia, R.T.Howe, S.Montague, “An integrated microelectromechanicalresonant output gyroscope”，Proc.MEMS2002,722-726(2002)；J.Li,J.Fang,H.Dong, Y.Tao, ^Structure design and fabrication of a noveldual-mass resonant output micromechanical gyroscope，，，Microsyst.Technology, 16,543-552。在這些文獻中，科里奧利力在諧振器元件中生成軸向應力，這些軸向應力相應地修改它們的諧振頻率，從而實現檢測角速度。
技術實現思路
就本 申請人:所知，尚未開發如下微陀螺儀，這些微陀螺儀使它們的檢測原理基于由于電剛度的變化所致的諧振頻率的變化。另外已知具體在便攜裝置中以減少尺度和以優化空間占用為目標的如下趨勢，該趨勢朝著在同一集成設備(所謂“芯片”)內集成多個檢測結構；例如具有多個測量軸的檢測結構或者另外與角速度檢 測結構集成的加速度檢測結構。然而迄今為止，這些集成檢測結構通常具有用于檢測各種外部量(例如與相應測量軸對應的加速度和/或角速度)的某個數目的不同慣性質量體并且還具有不同讀取元件和電路。一般而言，希望主要在便攜應用的情況下具體關于電特性和機械尺度來優化這些集成檢測結構，在便攜應用中希望低消耗水平和減少的尺度。根據本公開內容的一個實施例，提供一種加速度和角速度諧振集成檢測結構以及對應傳感器設備。在一個實施例中，集成檢測結構包括基板、彈性錨固元件以及第一慣性質量體和第二慣性質量體。每個慣性質量體在平面中懸置于基板之上并且由彈性錨固元件中的相應彈性錨固元件錨定到基板。彈性錨固元件被配置用于允許相應慣性質量體執行在所述平面中沿著第一軸的線性驅動運動和繞著與橫切于所述第一軸的在所述平面中的第二軸平行的相應第一旋轉軸的相應第一旋轉檢測運動。該結構還包括:第一組驅動電極，操作地耦合到所述第一慣性質量體和所述第二慣性質量體中的每個慣性質量體，并且被配置用于沿著所述第一軸在相反方向上用驅動運動驅動第一慣性質量體和第二慣性質量體。該結構還包括:彈性支撐元件；成對第一諧振器元件，經由彈性支撐元件中的相應彈性支撐元件彈性耦合到所述第一慣性質量體和第二慣性質量體中的每個慣性質量體。相應彈性支撐元件被配置用于在相應第一旋轉檢測運動期間將所述成對第一諧振器元件耦合到所述第一慣性質量體和第二慣性質量體中的相應慣性質量體并且實現成對第一諧振器元件的獨立諧振運動。所述第一慣性質量體或者第二慣性質量體的相應第一檢測運動根據待檢測的第一角速度或者第一線性加速度的存在變化并且引起所述第一諧振器元件的對應諧振頻率變化。【專利附圖】【附圖說明】為了更好地理解本公開內容，現在本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種集成檢測結構，包括：基板；第一彈性錨固元件；第二彈性錨固元件；第一慣性質量體，在平面中懸置于所述基板之上并且由所述第一彈性錨固元件錨定到所述基板；第二慣性質量體，在所述平面中懸置于所述基板之上并且由所述第二彈性錨固元件錨定到所述基板；第一組驅動電極，操作地耦合到所述第一慣性質量體和所述第二慣性質量體中的每個慣性質量體，并且被配置用于沿著所述平面的第一軸在相反方向上用驅動運動來驅動所述第一慣性質量體和所述第二慣性質量體；以及第一彈性支撐元件、第二彈性支撐元件、第三彈性支撐元件和第四彈性支撐元件；第一對第一諧振器元件，分別由所述第一彈性支撐元件和所述第二彈性支撐元件彈性地耦合到所述第一慣性質量體，所述第一彈性支撐元件和所述第二彈性支撐元件被配置用于實現所述第一對的所述第一諧振器元件關于彼此的獨立諧振運動；第二對第一諧振器元件，分別由所述第三彈性支撐元件和所述第四彈性支撐元件彈性地耦合到所述第二慣性質量體，所述第三彈性支撐元件和所述第四彈性支撐元件被配置用于實現所述第二對的所述第一諧振器元件關于彼此的獨立諧振運動；其中：所述第一彈性錨固元件被配置用于允許所述第一慣性質量體在所述平面中沿著所述第一軸執行第一線性驅動運動，允許根據待檢測的第一角速度或者第一線性加速度繞著與橫切于所述第一軸的第二軸平行并且在所述平面中的第一旋轉軸的第一旋轉檢測運動，并且引起所述第一對第一諧振器元件的對應諧振頻率變化；并且所述第二彈性錨固元件被配置用于允許所述第二慣性質量體在所述平面中沿著所述第一軸執行第二線性驅動運動，允許根據待檢測的所述第一角速度或者所述第一線性加速度繞著在所述平面中與所述第二軸平行的第二旋轉軸的第二旋轉檢測運動，并且引起所述第二對第一諧振器元件的對應諧振頻率變化。...
【技術特征摘要】
...
【專利技術屬性】
技術研發人員：C·科米，A·科里利亞諾，L·巴爾達薩雷，
申請(專利權)人：意法半導體股份有限公司，
類型：發明
國別省市：意大利;IT
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