[发明专利]具有腔体压力监视的双密封MEMS封装

说明书

一种微机电传感器(MEMS)封装包括陀螺仪和加速度计。陀螺仪位于相对于外部压力被密封的低压腔体内。加速度计位于腔体内，并且用于加速度计腔体的密封件完全位于陀螺仪腔体内。在正常操作条件下，加速度计密封件将加速度计腔体保持在比封住陀螺仪腔体的压力更高的压力下。在陀螺仪密封件或加速度计密封件中的一个破损的情况下，陀螺仪感测到压力的变化。

背景技术

诸如智能电话、智能手表、平板电脑、汽车、空中无人机、器械、飞行器、锻炼辅助设备和游戏控制器的许多物品可以在其操作期间利用运动传感器。在许多应用中，各种类型的运动传感器(诸如加速度计和陀螺仪)可以被独立地或一起分析，以确定用于特定应用的各种信息。例如，陀螺仪和加速度计可以用于游戏应用(例如，智能电话或游戏控制器)以捕获用户的复杂移动，无人机和其它飞行器可以基于陀螺仪测量(例如，滚动、俯仰和偏航)来确定朝向，并且车辆可以利用测量确定方向(例如，用于航位推算)和安全性(例如，识别打滑或翻滚状况)。

运动传感器(诸如加速度计和陀螺仪)可以被制造为使用半导体制造技术制造的微机电(MEMS)传感器。MEMS传感器可以包括可以响应诸如线加速度(例如，对于MEMS加速度计)和角速度(例如，对于MEMS陀螺仪)的力的可移动质块(mass)。这些力在可移动质块上的操作可以基于质块响应于力的移动来测量。在一些实现中，基于由每个可移动质块及其相应电极形成的电容的改变、基于可移动质块和感测电极之间的距离来测量这种移动。

示例性MEMS加速度计的可移动质块可以包括响应于线加速度而偏斜的一个或多个悬挂质块。MEMS加速度计的部件可以被密封，以防止由外部污染物(诸如湿气)污染MEMS加速度计的环境。这种污染物会影响操作(例如，可移动质块响应于线加速度的移动)或者以其它方式损坏MEMS加速度计的部件。如果MEMS加速度计的密封件被损坏，那么污染物可能进入腔体，并且加速度计可能失效。MEMS加速度计的密封件还可以维持足以为加速度计的可移动质块提供阻尼的压力。

MEMS陀螺仪也可以在密封的环境内操作。MEMS陀螺仪需要以高频率驱动可移动质块中的一个或多个，并且陀螺仪的操作特性(例如“品质因数”或“q因数”)可以依赖于陀螺仪在其中操作的环境。例如，q因数可以基于温度而变化，并且可以高度依赖压力。许多MEMS陀螺仪会需要低压(诸如高真空环境)以正常操作。压力的增加会导致q因数的降低。

发明内容

在本公开的实施例中，多传感器微机电传感器(MEMS)封装包括被配置为测量围绕一个或多个旋转轴的角速度的陀螺仪以及被配置为测量沿着一个或多个轴的线加速度的加速度计。在实施例中，陀螺仪包括多个陀螺仪可移动质块和驱动多个陀螺仪可移动质块中的一个或多个并由驱动电压驱动的一个或多个驱动电极，以及基于陀螺仪感测电极的感测电压感测多个陀螺仪可移动质块中的一个或多个的移动的一个或多个陀螺仪感测电极。在实施例中，加速度计包括一个或多个加速度计可移动质块和感测一个或多个加速度计可移动质块的移动的一个或多个加速度计感测电极。在实施例中，加速度计密封环封住加速度计并为加速度计密封环内的加速度计腔体提供加速度计压力，并且陀螺仪密封环封住陀螺仪和整个加速度计密封环，其中陀螺仪密封环为陀螺仪密封环内的陀螺仪腔体提供陀螺仪压力，并且其中加速度计密封环在加速度计压力与陀螺仪压力之间提供屏障。在实施例中，处理电路系统被配置为至少基于驱动电压或感测电压来感测陀螺仪腔体内的压力变化。

在本公开的实施例中，一种用于感测微机电传感器(MEMS)封装内的压力变化的方法包括：确定来自MEMS陀螺仪的一个或多个角速度，其中MEMS陀螺仪位于第一腔体内，其中第一腔体被第一腔体密封件封住，并且其中第一腔体密封件在第一腔体内的第一腔体压力与外部压力之间提供屏障。在实施例中，该方法还包括确定来自MEMS加速度计的一个或多个线加速度，其中MEMS加速度计位于被第二腔体密封件封住的第二腔体内，并且其中第二腔体密封件完全位于第一腔体密封件内，以在第二腔体内的第二腔体压力与第一腔体压力之间提供屏障。在实施例中，该方法还包括由MEMS陀螺仪感测第一腔体内的压力变化。