[发明专利]具有单质量块的微机械三轴加速计

说明书

要求优先权

本申请要求Acar于2010年9月18日递交的题为“MICROMACHINED MONOLITHIC 3-AXIS GYROSCOPE WITH SINGLE DRIVE(具有单驱动器的微机械整体式三轴陀螺仪)”的美国临时专利申请No.61/384,245(代理机构案号2921.100PRV)的优先权权益以及Acar于2010年9月18日递交的题为“MICROMACHINED 3-AXIS ACCELEROMETER WITH A SINGLE PROOF-MASS(具有单质量块的微机械三轴加速计)”的美国临时专利申请No.61/384,246(代理机构案号2921.101PRV)的优先权权益，每一专利申请文件的全部内容合并于此作为参考。

另外，本申请与Acar等人于2010年8月3日递交的题为“MICROMACHINED INERTIAL SENSOR DEVICES(微机械惯性传感器设备)”的美国专利申请No.12/849,742以及Marx等人于2010年8月3日递交的题为“MICROMACHINED DEVICES AND FABRICATING THE SAME(微机械设备及其制造)”的美国专利申请No.12/849,787相关，每一专利申请文件的全部内容合并于此作为参考。

技术领域

总的来说，本发明涉及惯性传感器装置，具体地说，涉及微机械惯性传感器装置。

背景技术

几个单轴或多轴的微机械陀螺仪结构已集成在系统中以形成三轴陀螺仪组(cluster)。然而，对于特定的应用，由单独的传感器构成的这种陀螺仪组的尺寸会过大且成本也会过高。即使单轴或多轴陀螺仪能够装配在单个微机电系统(MEMS)芯片上，针对每个传感器还是需要单独的驱动和感应电子器件。

而且，在消费性/移动、自动化以及航空航天/国防的应用中，对三轴加速度检测的需求正在不断增长。许多单轴或多轴的微机械加速计结构已针对每个加速度轴使用单独的质量块。在管芯上并入多个传感器或多个质量块会增加集成的三轴加速度传感器的尺寸和成本。

发明内容

除其它情况之外，本发明讨论了包括器件层、帽晶片和孔晶片的惯性测量系统，所述器件层包括单质量块三轴加速计，所述帽晶片连接所述器件层的第一表面，所述孔晶片连接所述器件层的第二表面，其中，所述帽晶片和所述孔晶片被配置为封装所述单质量块三轴加速计。单质量块三轴加速计可围绕单中心锚悬吊，且可包括单独的x轴挠曲支承部、y轴挠曲支承部和z轴挠曲支承部，其中，x轴挠曲支承部和y轴挠曲支承部关于所述单中心锚对称，且z轴挠曲支承部关于所述单中心锚不对称。

此概述意在提供本专利申请主题的概述。并不旨在提供本发明专用的或全面的说明。具体实施方式的包含用于提供有关本专利申请的更多信息

附图说明

在附图(其不一定按比例绘制)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示同类部件的不同例子。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所论述的各个实例。

图1大体示出了三自由度(3-DOF)惯性测量单元(IMU)的示意性横截面图；

图2大体示出了三轴陀螺仪的一个实例；

图3大体示出了在驱动运动中的三轴陀螺仪的一个实例；

图4大体示出了包括在响应于围绕x轴的旋转进行感应运动期间的单质量块的三轴陀螺仪的一个实例；

图5大体示出了包括在响应于围绕y轴的旋转进行感应运动期间的单质量块的三轴陀螺仪的一个实例；

图6大体示出了包括在响应于围绕z轴的旋转进行感应运动期间的单质量块的三轴陀螺仪的一个实例；

图7和图8大体示出了包括分别在反相运动和同相运动期间的z轴陀螺仪耦合挠曲支承部的三轴陀螺仪的实例；

图9大体示出了三轴加速计的一个实例；

图10大体示出了在响应于x轴加速度进行的感应运动中的三轴加速计的一个实例；

图11大体示出了在响应于y轴加速度进行的感应运动中的三轴加速计的一个实例；

图12大体示出了在响应于z轴加速度进行的感应运动中的三轴加速计的一个实例；

图13大体示出了包含孔晶片电极安置的系统的一个实例；

图14大体示出了包含单质量块的三轴加速计的一个实例侧视图；

图15大体示出了3+3自由度(3+3DOF)惯性测量单元(IMU)的一个实例；

图16大体示出了关于锚静止的所述中心悬吊件的一个实例；