專利名稱：微機械慣性傳感器器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及慣性傳感器器件，更具體地涉及微機械慣性傳感器器件。隨著現代電子技術的迅速發(fā)展，各種電子設備諸如導航系統(tǒng)、手機和電子游戲機都需要能夠以低成本準確地確定設備的運動的、具有小形狀因子(form factor)的傳感器。 已經開發(fā)出的常規(guī)技術是在ASIC晶圓上沖擊(bump)微機電系統(tǒng)(MEMS)芯片，或將MEMS 與ASIC晶圓集成。然而，大部分現有的MEMS傳感器測量的是加速度或轉動，而不是測量物體的六個自由度(三個獨立加速度和三個獨立轉動)。正因為如此，現有的用于在六個自由度上檢測物體運動的ASIC晶圓具有很大的形狀因子，以容納多個MEMS傳感器和額外的電路或算法，以處理從多個傳感器接收的數據。此外，制造多個MEMS以及將ASIC晶圓與MEMS 封裝/集成增加了傳感器器件的制造成本。因此，需要一種單個MEMS器件，其能夠以六個自由度檢測物體的運動，以使得含有該MEMS的傳感器器件的總體形狀因子和制造成本均可被顯著減小。

發(fā)明內容
在本公開內容的一個實施方案中，用于測量運動的傳感器包括框架；第一平面檢驗質量塊(proof mass)部分,其通過第一撓曲部(flexure)附接至所述框架；以及第二平面檢驗質量塊部分，其通過第二撓曲部附接至所述框架。所述框架、所述第一平面檢驗質量塊部分和所述第二平面檢驗質量塊部分形成于一個微機械層中，且適于測量關于三個軸線的角速度和關于所述三個軸線的線性加速度。在本公開內容的另一個實施方案中，一種用于測量運動的器件，包括第一晶圓、 器件層以及第二晶圓，其中所述第一晶圓和第二晶圓被鍵合至所述器件層，從而封裝所述器件層。所述器件層包括框架；第一平面檢驗質量塊部分，其通過第一撓曲部附接至所述框架；以及第二平面檢驗質量塊部分，其通過第二撓曲部附接至所述框架。所述框架、所述第一平面檢驗質量塊部分和所述第二平面檢驗質量塊部分形成于一個微機械層中，且適于測量關于三個軸線的角速度和關于所述三個軸線的線性加速度。參見下面的附圖、說明書和權利要求，將可更好地理解本發(fā)明的這些以及其他特征、方面和優(yōu)點。


圖I示出了根據本發(fā)明的一個實施方案的多自由度器件的示意性橫截面圖；圖2示出了圖I的多自由度器件的傳感器的示意性俯視圖；圖3A示出了圖2中的傳感器的梳狀驅動電極的放大視圖；圖3B示出了圖2中的傳感器的I軸線加速度計電極的放大視圖；圖4A示出了在陀螺儀驅動運行模式下的圖2中的單個質量塊(single mass)；圖4B示出了在響應于繞X軸線轉動的感測運動期間圖2中的單個質量塊；圖4C示出了在響應于繞y軸線轉動的感測運動期間圖2中的單個質量塊；
圖4D示出了在響應于繞z軸線轉動的感測運動期間圖2中的單個質量塊；圖5A和5B示出了分別在X方向和z方向的線性加速度下的的單個質量塊；圖6示出了在器件層下方的陀螺儀電極的示意性俯視圖，該陀螺儀電極用于測量圖2中的傳感器的離面(out of plane)運動；圖7是撓曲部結構的放大圖，撓曲部結構允許X軸線陀螺儀感測運動和z軸線加速度計感測運動；圖8示出了根據本發(fā)明的傳感器的另一個實施方案的示意性俯視圖；圖9A示出了根據本發(fā)明的傳感器的又一個實施方案的示意性俯視圖；以及圖9B示出了圖9A中傳感器的撓曲部結構的放大視圖。
具體實施例方式下文的詳細描述是當前可預期的用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式。以下描述不應以限制意義理解，而只是為了示出本發(fā)明的基本原理而做出的，這是因為本發(fā)明的范圍是由所附權利要求最佳地限定的。圖I示出了多自由度器件100的示意性橫截面圖。如所示,多自由度器件100包括一個帽蓋晶圓(cap wafer) 102、一個包括微機械結構(或MEMS結構)的器件層(或等同地，MEMS層或微機械結構層)106、以及一個通孔晶圓(via wafer) 108。帽蓋晶圓102可被金屬鍵合至器件層106，在操作期間，金屬鍵合104可以在帽蓋晶圓102和器件層106之間產生熱應力。為了將微機械結構與熱應力隔離，可以在器件層106的周緣周圍形成一個減應力槽120。金屬鍵合104可以是非高溫熔融鍵合，且允許應用吸氣劑以維持長時間的真空并且允許應用防靜摩擦(anti-stiction)涂層以避免可能發(fā)生在低重力加速度傳感器上的靜摩擦。通孔晶圓108可被熔融鍵合——例如硅-硅熔融鍵合——至器件層106，避免了通孔晶圓108和器件層106之間的熱應力。通孔晶圓108可包括突出部(或等價地，錨)103，該突出部103基本位于通孔晶圓108的中心，且為器件層106提供了一個錨接(附接)結構。錨103可被熔融鍵合至器件層106，從而消除了與金屬疲勞有關的潛在問題。在器件層106中形成的傳感器測量電容中的變化，以檢測角位移。正因為如此，任何外部電場或磁場均可影響角位移測量的準確度。為了遮蔽外部電場和磁場，器件層106 和帽蓋晶圓102彼此電連接，且優(yōu)選地接地。通孔晶圓108包括被隔離溝槽(或者等價地，通孔)114分隔的多個區(qū)域。每個通孔114都被填有導電性非晶材料118，諸如多晶硅或金屬。導電材料118被介電材料116 電絕緣，且可被電偏置到電極處的電壓，以產生零電壓差，從而消除通孔的分路電容(shunt capacitance)。被隔離溝槽114分隔的每個區(qū)域都具有一個用于數據通信的電觸點。例如，如圖 IC中所示，通孔晶圓108可包括三個觸點110、111和112，這些電觸點可通過凸塊或線鍵合 (wire-bond)連接至ASIC晶圓。在另一個實施例中，觸點110可以是連接至通孔114的電觸點，而觸點111可以是電連接至錨103的錨觸點，而觸點112是電連接至絕緣區(qū)域(或島狀物)119的圓形通孔觸點。在于2010年8月3日提交的題為"Micromachined devices and fabricating the same"的共同未決的美國專利申請No. 12/849，787中公開了通孔和絕緣區(qū)的具體說明，該專利申請的全部內容以引用方式被納入本文。器件層106可以包括微機械結構，該微機械結構用作陀螺儀和加速度傳感器的功能。通過錨103以及通過在通孔晶圓108的隔離區(qū)域和器件層106之間的電容耦合，實現了到微機械結構的電連接。下文中結合圖4A-5B給出了微機械結構運行的具體描述。圖2示出了微機械集成6軸線慣性測量器件(或者等價地，微機械器件或傳感器)200的示意性俯視圖，該器件被包括在圖I中的器件層(或微機械層)中。如所示的， 傳感器200包括一個密封框架204，其被鍵合至通孔框架108和蓋帽框架102 ;檢驗質量塊外框架202 ;—對X軸線平面檢驗質量塊部分(或者簡寫為X軸線檢驗質量塊部分)212a和 212b;以及一個y軸線平面檢驗質量塊部分(或者簡寫為y軸線檢驗質量塊部分)218。每個X軸線檢驗質量塊部分212a和212b都通過兩對z軸線陀螺儀撓曲部216a和216b而附接/懸掛至檢驗質量塊外框架202，且包括一個X軸線加速度計/z軸線陀螺儀電極214a (或 214b)。一對X軸線檢驗質量塊部分212a和212b中的每一個以及y軸線檢驗質量塊部分 218都形成在大致一個板中。z軸線陀螺儀撓曲部216a和216b中的每一個都具有均勻的棒或梁的形狀。y軸線檢驗質量塊部分218包括兩個翼部220a和220b，兩個翼部220a和220b與形成整體主體的細長部分224連接。Y軸線檢驗質量塊部分218通過一對X軸線陀螺儀撓曲部228a和228b附接至框架202，其中所述撓曲部是結合圖7描述的。細長部224經由兩個y軸線陀螺儀撓曲部230附接至一個驅動解耦框架232。翼部220a(或220b)包括一個 y軸線電極222a (或222b)以及多個梳狀驅動電極226。如下文所討論的，在一個驅動運行模式期間，檢驗質量塊外框架202、一對平面X軸線檢驗質量塊部分212a和212b以及y軸線檢驗質量塊部分218均被同步地驅動。正因為如此，下文中術語“單個檢驗質量塊”是檢驗質量塊外框架202、一對X軸線檢驗質量塊部分212a和212b以及y軸線檢驗質量塊部分 218的總稱。傳感器200還包括一個錨103，該錨103基本被布置在傳感器中心，且被固定至通孔晶圓108。驅動解耦框架232被四個驅動懸掛梁236連接至錨103。圖3A示出了圖2中的傳感器200的梳狀驅動電極226的放大視圖，其中梳狀驅動電極226被用于驅動X軸線檢驗質量塊部分和I軸線檢驗質量塊部分，從而繞z軸線以單一驅動頻率振蕩。如所示，梳狀電極226包括連接至錨302的靜止指狀物304和連接至 220a的移動梳形指狀物306。錨302被固定至通孔晶圓108，導致靜止指狀物304在運行中被固定在位。錨302可具有任何適當的多邊形形狀，諸如矩形、三角形和五邊形。移動指狀物306和與靜止指狀物304互相交叉。在運行中，處于驅動頻率的電信號經由錨302施加至靜止指狀物304。然后，由于靜止指狀物304和移動梳形指狀物306之間的相互作用，y 軸線檢驗質量塊部分218和X軸線檢驗質量塊部分212a、212b以驅動頻率振蕩，如下文結合圖4A所討論的。圖3B示出了圖2中傳感器200的y軸線加速度計電極(或者等價地，y軸線加速度換能器或I軸線加速度計梳形指狀物)222b的放大視圖，其中I軸線加速度計電極222b 監(jiān)控y軸線檢驗質量塊部分218的響應于y軸線加速度的運動。如所示軸線加速度計電極222b包括多個間隔開的、并聯的輸入電極或板312，以及與輸入板312互相交叉的對應數量的靜止電極或靜止板314。靜止板314從被固定至錨240的定子310延伸，而輸入板312從y軸線檢驗質量塊部分218的細長部224延伸。當y軸線檢驗質量塊部分218相對于靜止板314運動時，在靜止板314和輸入板312之間的電相互作用(或電容)改變。監(jiān)控電容的改變，從而測量I軸線檢驗質量塊部分218的運動。X軸線加速度計電極(或者等價地，X軸線加速度換能器或X軸線加速度計梳形指狀物)214a和214b具有與y軸線電極222b類似的結構。正因為如此,為了簡便,沒有重復對X軸線電極214a和214b的詳細敘述。例如，x軸線加速度計電極214a包括多個間隔開的、并聯的輸入電極或板，以及與輸入板互相交叉的對應數量的靜止電極或靜止板。靜止板被連接至錨213，而輸入電極從X軸線檢驗質量塊部分212a延伸。如結合圖4D所描述的，X軸線加速度計電極214a和214b可被用于測量關于z軸線的旋轉運動?？蛇x地，可在布置X軸線加速度計電極的區(qū)域中形成一個分立的Z軸線陀螺儀電極。圖4A示出了在陀螺儀驅動運行模式下的單個檢驗質量塊201，其中單個檢驗質量塊是檢驗質量塊外框架202、所述一對平面X軸線檢驗質量塊部分212a和212b以及y軸線檢驗質量塊部分218的總稱。如所示，梳狀驅動電極226被驅動，以使得I軸線檢驗質量塊部分218的翼部220a和220b分別沿著X方向和Y方向以反相方式振蕩，導致所述單個檢驗質量塊201相對于z軸線以預設驅動頻率進行扭轉運動(或轉動)。所述扭轉運動使得驅動懸掛梁236 (在圖2中示出)以撓性方式彎曲，從而為X軸線和y軸線檢驗質量塊部分提供了恢復力矩。圖4B示出了在響應于繞X軸線轉動的感測運動期間的單個檢驗質量塊201。如上文參考圖4A所討論的，通過以預設驅動頻率激勵梳狀驅動電極226，X軸線檢驗質量塊部分212a和212b被驅動以關于z軸線振蕩。當x軸線檢驗質量塊部分212a和212b以一角速度關于X軸線轉動時，即，單個檢驗質量塊201被以角速度Ω X外部擾動時，通過驅動振蕩和以ΩΧ轉動的組合，為單個檢驗質量塊201產生了一個離面的科里奧利力(Coriolis force)。該科里奧利力使得單個檢驗質量塊201被關于y軸線扭轉地激勵。同樣，因為x軸線檢驗質量塊部分212a和212b經由z軸線陀螺儀撓曲部216a和216b而被懸掛至檢驗質量塊外框架202，該科里奧利力導致X軸線檢驗質量塊部分212a和212b以相反方向運動， 如箭頭402a和402b所示。X軸線檢驗質量塊部分212a和212b的運動可以通過x軸線陀螺儀電極606和 608 (如圖6所示)檢測。更具體地，在X軸線陀螺儀電極606、608和對應的x軸線檢驗質量塊部分212a、212b之間的電容的變化均被測量，以檢測所述科里奧利力，由此測量單個檢驗質量塊201的角速度Ωχ。圖4C示出了在響應于繞y軸線轉動的感測運動期間的單個檢驗質量塊201。如上文參考圖4A所述，通過以預設驅動頻率激勵梳狀驅動電極226，y軸線檢驗質量塊218被驅動，從而關于z軸線振蕩。當單個檢驗質量塊201以一個角速度關于y軸線轉動時，即，所述單個檢驗質量塊201被以一個角速度Qy外部地擾動時，通過將所述驅動振蕩和以Qy 轉動組合，為y軸線檢驗質量塊部分218產生了一個離面的科里奧利力。該科里奧利力使得單個檢驗質量塊201關于X軸線扭轉地激勵。同時，因為y軸線檢驗質量塊部分218經由I軸線陀螺儀撓曲部230被連接至驅動解耦框架232 (在圖2中示出)，該科里奧利力使得I軸線陀螺儀撓曲部230關于X軸線轉動，如箭頭404a和404b所示。Y軸線陀螺儀撓曲部230為y軸線檢驗質量塊部分218提供了一個恢復力矩。y軸線檢驗質量塊部分218的運動可被y軸線陀螺儀電極602和604 (在圖6中示出)檢測。更具體地，I軸線陀螺儀電極602、604與對應的y軸線檢驗質量塊部分218的翼部220a、220b之間的電容的變化被測量，以檢測科里奧利力，從而測量單個檢驗質量塊201 的角速度Dy。圖4D示出了在響應于繞z軸線轉動的感測運動期間的單個檢驗質量塊201。當x 軸線檢驗質量塊212a和212b受到關于z軸線的角速度——以角速度Ω z——時，x軸線檢驗質量塊212a和212b的相反的速度引起在x方向上平面內的相反的科里奧利力，如箭頭 406a和406b所示。由于相反方向的科里奧利力，x軸線檢驗質量塊部分212a和x軸線檢驗質量塊部分212b在X方向以反相方式振蕩。X軸線檢驗質量塊部分212a和212b的運動可以通過X軸線加速度計電極214a和214b或者在相同區(qū)域內布置的分立的類似電極檢測。圖5A示出了在X方向上的線性加速度下的單個檢驗質量塊201。當x軸線檢驗質量塊部分212a和212b被沿著x方向加速時，x軸線檢驗質量塊部分212a和212b沿著x 軸線同相運動。z軸線陀螺儀撓曲部216a和216b在沿X方向的線性加速度下變形。測量 X軸線加速度計電極214a和214b的電容變化，以檢測x軸線檢測質量塊部分212a和212b 的運動。X軸線加速度計電極214a和214b可以測量x方向上的加速度以及z方向上的角速度。單個檢測質量塊201的沿著y方向的線性加速度是通過與測量沿著X方向的線性加速度類似的方式測量的。I軸線檢驗質量塊部分218的運動是通過測量y軸線加速度計電極(或者I軸線梳形指狀物傳感器)222a和222b的電容的變化來檢測的。y軸線加速度計電極222a和222b可被專用于測量y軸線方向的加速度。x軸線陀螺儀撓曲部228a和 228b在y軸線方向的線性加速度下變形。圖5B示出了 z方向上的線性加速度下的單個檢驗質量塊201。x軸線檢驗質量塊部分212a和212b中的每一個都通過兩個z軸線陀螺儀撓曲部216a和216b而被懸掛至檢驗質量塊外框架202，而檢驗質量塊外框架202通過X軸線陀螺儀撓曲部228a和228b而被懸掛至I軸線檢驗質量塊部分218。從而，當單個檢驗質量塊201沿著z方向被加速時，X 軸線檢驗質量塊部分212a和212b在z方向上同相運動，而y軸線檢驗質量塊部分保持固定。相應地，X軸線檢驗質量塊部分212a和212b的運動或加速度可以通過x軸線陀螺儀電極606和608(在圖6中示出)測量。在替代實施方案中，專用的z軸線電極(在圖5B中未示出)可以包括在傳感器200中，以使得可以在不使用X軸線陀螺儀電極606和608的情況下測量z方向上的加速度。圖6示出了用于測量傳感器運動的陀螺儀電極600的示意性俯視圖。如所示，陀螺儀電極600包括X軸線陀螺儀電極606和608，以及y軸線陀螺儀電極602和604。如上文所討論，陀螺儀電極600中的每一個和傳感器200的對應部件之間的電容的變化被用來測量傳感器的運動。陀螺儀電極600可被安裝在通孔晶圓108(在圖I中示出)的表面上或者在通孔層內，且與傳感器200間隔開一個預定距離。圖7示出了撓曲部結構228a的放大視圖，撓曲部結構228a允許x軸線陀螺儀感測運動和Z軸線加速度計感測運動。該撓曲部包括X軸線陀螺儀彈簧704、z軸線加速度計彈簧702和框架連接彈簧706。如所示，y軸線檢驗質量塊部分218的翼部220a通過梁704 和X軸線陀螺儀彈簧704而被連接至檢驗質量塊外框架202，其中彈簧704的一端被附接至翼部220a，而彈簧704的另一端經由連桿(linkage) 703和z軸線加速度計彈簧702而被附接至外框架202。連桿703和z軸線加速度計彈簧702通過槽(或間隙)705與翼部220a 分隔。所述間隙705足夠大，以允許連桿703、X軸線陀螺儀彈簧704和z軸線加速度計彈簧702運動通過其設計范圍，而不與翼部220a碰撞。如圖4B所示，當X軸線檢驗質量塊部分212a和212b關于y軸線被扭轉激勵時， X軸線陀螺儀彈簧704提供了關于y軸線的恢復力矩。如圖5B所示，當y軸線檢驗質量塊部分218沿著z軸線被加速時，z軸線加速度計彈簧702用作扭轉鉸鏈，并提供了關于y軸線的恢復力矩。圖8示出了根據本發(fā)明的傳感器800的另一個實施方案的示意性俯視圖，其中傳感器800具有與傳感器200 (在圖2中示出)類似的功能。如所示，傳感器800類似于圖2 中的傳感器200，不同之處在于傳感器800不包括驅動解耦框架232，即，y軸線陀螺儀撓曲部(或梁)804將y軸線檢驗質量塊部分818直接連接至錨802。在此實施方案中，y軸線陀螺儀梁804也可被用作驅動懸掛梁。在y軸線角速度響應模式(其類似于在圖4C中描述的模式)下，y軸線陀螺儀梁804關于X軸線扭曲，從而用作關于X軸線的扭轉鉸鏈。在驅動模式下，y軸線陀螺儀梁804像固定導向端梁那樣偏轉，以允許y軸線檢驗質量塊部分 818關于z軸線轉動。應注意，傳感器800不包括驅動解耦框架，以降低用于檢驗質量塊的懸掛機制的復雜度。圖9A不出了根據本發(fā)明的傳感器900的另一個實施方案的不意性俯視圖。圖9B 示出了圖9A的傳感器900的X軸線加速度計撓曲部和y軸線加速度計撓曲部的放大視圖。 如所示，所述傳感器900類似于圖2中的傳感器200，不同之處在于傳感器900包括x軸線加速度計撓曲部908a、908b，以及y軸線加速度計撓曲部910a、910b。所述傳感器900包括一個I軸線檢驗質量塊部分918，該y軸線檢驗質量塊部分918具有一對翼部902a、902b ； 細長部904;以及，y軸線電極(或換能器)906a、906b，該y軸線電極用于測量y軸線檢驗質量部分918的運動。所述傳感器900還包括一個基本被布置在中心的錨946和一個驅動解耦框架948，該驅動解耦框架948被多個驅動梁950連接至錨946。X軸線加速度計撓曲部908a(或908b)包括細長的狹縫(槽或間隙)930，其在y 軸線檢驗質量塊部分918的細長部904中形成；以及兩個狹縫(槽或間隙)932，其從錨905 周圍的區(qū)域向著X軸線延伸。狹縫932的遠端彼此間隔開，以形成具有基本T型形狀的懸掛連桿934。狹縫932將細長部904從框架952分隔開，其中框架952具有基本矩形的形狀。 間隙930和932足夠大，以允許懸掛桿934運動通過其設計范圍，而不碰撞細長部904和框架952。錨905被固定至通孔晶圓108(在圖2中示出)，且將y軸線電極906a(或906b) 的靜止板夾持就位。y軸線加速度計撓曲部910b(或者，910a)包括一個長狹縫(槽或間隙)940和被布置為基本平行于長狹縫940的兩個短狹縫(槽或間隙)942。兩個短狹縫942和長狹縫940 之間的間隙形成了一個具有基本T型形狀的懸掛連桿944?？蚣?52被狹縫940和942從驅動解耦框架948分隔開。狹縫940和942足夠大，以允許懸掛連桿944運動經過其設計范圍，而不碰撞框架952和驅動解耦框架948。X軸線加速度計撓曲部908a，908b和y軸線加速度計撓曲部910a、910b被連接至驅動解耦框架948，且允許將加速度計功能從陀螺儀運行中去掉。當然，應理解，前述說明書涉及本發(fā)明的示例實施方案，且在不背離如下權利要求所述的本發(fā)明的原理和范圍的情況下可對其作出修改。
權利要求
1.一種用于測量自身運動的傳感器，包括框架；第一平面檢驗質量塊部分，其通過第一撓曲部附接至所述框架；以及第二平面檢驗質量塊部分，其通過第二撓曲部附接至所述框架；其中所述框架、所述第一平面檢驗質量塊部分和所述第二平面檢驗質量塊部分形成于一個微機械層中，且適于測量關于三個軸線的角速度和關于所述三個軸線的線性加速度。
2.根據權利要求1所述的傳感器，還包括至少一個梳狀電極，用于以驅動頻率關于一個與一平面正交的軸線驅動所述第一平面檢驗質量塊部分和所述第二平面檢驗質量塊部分，當所述傳感器不被外部擾動時，所述微機械層基本布置在所述平面上。
3.根據權利要求2所述的傳感器，其中所述梳狀電極包括多個靜止指狀物和多個移動梳形指狀物。
4.根據權利要求3所述的傳感器，其中所述多個靜止指狀物被連接至一個錨，該錨被固定至布置在所述微機械層下方的一個晶圓。
5.根據權利要求2所述的傳感器，其中所述第二平面檢驗質量塊部分包括一對翼部，該對翼部關于第一軸線對稱地布置，且當所述傳感器以一角速度沿著與所述第一軸線垂直的第二軸線被擾動時，所述翼部適于以相反方向運動。
6.根據權利要求5所述的傳感器，還包括一對陀螺儀電極，其被布置在所述微機械層下方，其中，沿著所述第二軸線的所述角速度是通過測量所述一對陀螺儀電極和所述一對翼部之間的電容的變化而檢測的。
7.根據權利要求5所述的傳感器，還包括一對加速度計電極，其分別連接至所述一對翼部，并且關于第一軸線對稱地布置，其中所述傳感器的沿著所述第二軸線的線性加速度是通過測量所述一對加速度計電極的電容變化而檢測的。
8.根據權利要求7所述的傳感器，其中每個所述加速度計都被連接至一個錨，所述錨被固定至布置在所述微機械層下方的一個晶圓。
9.根據權利要求2所述的傳感器，其中所述第一檢測質量塊部分包括關于第二軸線對稱地布置的一對質量塊，且當所述傳感器以一個角速度沿著垂直于所述第二軸線的第一軸線被擾動時，所述一對質量塊適于在相反方向上運動。
10.根據權利要求9所述的傳感器，還包括一對陀螺儀電極，其被布置在所述微機械層下方；其中，沿所述第一軸線的角速度是通過測量所述一對質量塊和所述一對陀螺儀電極之間的電容的變化來檢測的。
11.根據權利要求8所述的傳感器，其中傳感器沿著與所述平面正交的軸線的線性加速度是通過測量所述一對質量塊和所述一對陀螺儀電極之間的電容的變化而檢測的。
12.根據權利要求9所述的傳感器，其中當所述傳感器以一個角速度沿著與所述平面正交的所述軸線而被擾動時，所述一對質量塊適于在相反方向上運動。
13.根據權利要求12所述的傳感器，還包括一對加速度計電極，其分別連接至所述一對質量塊，且關于所述第二軸線對稱地布置；其中沿著與所述平面正交的所述軸線的角速度是通過測量所述一對加速度計電極中的電容變化來檢測的。
14.根據權利要求13所述的傳感器，其中每個所述加速度計都被連接至一個錨，該錨被固定至布置在所述微機械層下方的一個晶圓。
15.根據權利要求13所述的傳感器，其中所述傳感器的沿著所述第一軸線的線性加速度是通過測量所述一對加速度計電極中的電容變化而檢測的。
16.根據權利要求1所述的傳感器，還包括一個錨，其被固定至布置在所述微機械層下方的一個晶圓，所述錨基本被定位在所述傳感器的中心。
17.根據權利要求16所述的傳感器，還包括一個內框架，其通過多個懸掛梁連接至所述錨；以及多個撓曲部，其連接至所述內框架和所述第二檢驗質量塊部分，并且適于為所述第二檢驗質量塊部分提供恢復力。
18.根據權利要求17所述的傳感器，還包括一對陀螺儀撓曲部，其連接至所述第二平面檢驗質量塊，且連接至所述框架，并適于為所述第二平面檢驗質量塊部分提供恢復力矩。
19.根據權利要求1所述的傳感器，其中所述第一撓曲部包括兩對陀螺儀撓曲部，每個所述陀螺儀撓曲部都具有兩個細長梁。
20.根據權利要求1所述的傳感器，還包括一對撓曲部，其連接至所述框架和所述第二平面檢驗質量塊部分，每個所述撓曲部都包括一個用于沿著第二軸線提供恢復力矩的陀螺儀彈簧和用于沿著所述第二軸線提供恢復力矩的兩個加速度計彈簧。
21.根據權利要求20所述的傳感器，其中每個所述撓曲部都包括一個連桿，所述連桿的每一端都連接至所述兩個加速度計彈簧中的對應的一個加速度計彈簧，所述陀螺儀彈簧被連接至所述連桿的中點。
22.一種用于測量自身運動的器件，包括第一晶圓；器件層，該器件層包括框架；第一平面檢驗質量塊部分，其通過第一撓曲部附接至所述框架；以及第二平面檢驗質量塊部分，其通過第二撓曲部附接至所述框架；其中所述框架、所述第一平面檢驗質量塊部分和所述第二平面檢驗質量塊部分形成于一個微機械層中，且適于測量關于三個軸線的角速度和關于所述三個軸線的線性加速度；以及第二晶圓，所述第一晶圓和第二晶圓被鍵合至所述器件層，從而封裝所述器件層。
23.根據權利要求22所述的器件層，其中所述第一晶圓是帽蓋晶圓。
24.根據權利要求23所述的器件層，其中所述第二晶圓是通孔晶圓或ASIC晶圓。
25.根據權利要求22所述的器件，其中所述第二晶圓包括一個或多個電極，該一個或多個電極用于測量所述第一平面檢驗質量塊和所述第二平面檢驗質量塊中的至少一個的角速度。
全文摘要
微機械慣性傳感器(200)，具有測量六個自由度的單個檢驗質量塊(201)。所述單個檢驗質量塊(201)包括框架(202)；x軸線檢驗質量塊部分(212a，212b)，其通過第一撓曲部附接至所述框架；以及y軸線檢驗質量塊部分(218)，其通過第二撓曲部(228a，228b)附接至所述框架(202)。所述單個檢驗質量塊(201)在一個微機械結構層中形成，且適于測量單一驅動運動下的關于三個軸線的角速度和關于所述三個軸線的線性加速度。
文檔編號G01C19/5719GK102597699SQ201080042319
公開日2012年7月18日 申請日期2010年8月4日 優(yōu)先權日2009年8月4日
發(fā)明者C·阿卡 申請人:飛兆半導體公司