Mems设备的制造方法_2

文档序号:10014656阅读:来源:国知局
块并且被配置为沿所述 第一驱动轴传输驱动移动,所述第一驱动框架和所述第二驱动框架通过所述第五弹性元件 弹性耦合到所述第二对感测质量块并且被配置为沿所述第二驱动轴传输驱动移动。
[0025] 可选地,在实施例中,该MEMS设备,其特征在于所述第一驱动框架和所述第二驱 动框架均包括至少一个静电驱动单元,所述至少一个静电驱动单元被配置为生成用于相应 的驱动框架的以所述阻尼质量块的自然振荡频率的驱动移动,所述第一驱动框架和所述第 二驱动框架中的每个驱动框架包括被配置为检测所述感测质量块的有效驱动频率的频率 检测单元。
[0026] 根据本公开的一个实施例,提供了一种电子设备,其特征在于包括:控制器;耦合 到所述控制器的输入/输出设备;以及耦合到所述控制器的MEMS设备,所述MEMS设备包 括:基板;第一弹性元件和第二弹性元件;以及可移动质量块系统,所述可移动质量块系统 包括:悬挂质量块,所述悬挂质量块通过所述第一弹性元件弹性耦合到所述基板;和动态 吸收器,所述动态吸收器通过所述第二弹性元件弹性耦合到所述悬挂质量块,所述动态吸 收器被配置为吸收否则将作用于所述悬挂质量块上的至少一些扰动力。
[0027] 可选地,在实施例中,该电子设备,其特征在于所述动态吸收器位于所述悬挂质量 块的开口中。
[0028] 可选地,在实施例中,该电子设备,其特征在于MEMS设备包括驱动组件,所述驱动 组件被配置为在第一平面中驱动所述悬挂质量块和所述阻尼质量块,其中以所述阻尼质量 块的共振频率来驱动所述阻尼质量块,其中所述扰动力垂直于所述第一平面。
[0029] 可选地,在实施例中,该电子设备,其特征在于所述MEMS设备包括陀螺仪和加速 度计中的至少一个。
[0030] 可选地,在实施例中,该电子设备,其特征在于所述电子设备是平板计算机、膝上 型计算机、便携式计算机、智能电话、可穿戴设备、消息收发设备、数字音乐播放器和数字照 片或视频相机中的至少一个。
[0031] 可选地,在实施例中,该电子设备,其特征在于所述悬挂质量炔基本上在平面中延 伸,并且所述动态吸收器被配置为吸收具有与所述悬挂质量块的所述平面垂直的方向的扰 动力。
[0032] 可选地,在实施例中,该电子设备,其特征在于:所述悬挂质量块包括分别关于第 一驱动轴和第二驱动轴对称地布置的第一对感测质量块和第二对感测质量块;所述第一驱 动轴和所述第二驱动轴彼此垂直,第一对的所述感测质量块相对于所述第二驱动轴对称并 且与所述第一驱动轴平行地被致动,第二对的所述感测质量块相对于所述第一驱动轴对称 并且与所述第二驱动轴平行地被致动;并且
[0033] 每个感测质量块围绕并且弹性耦合到相应的阻尼质量块。
[0034] 可选地,在实施例中,该电子设备,其特征在于所述感测质量块关于中心轴来布置 并且弹性耦合到中心锚固区域。
【附图说明】
[0035] 为了更好地理解本公开内容,现在仅通过非限制性示例的方式、参照附图来描述 其优选实施例,在附图中:
[0036] 图1是依照一个实施例的设备的简化框图;
[0037] 图2示出图1的设备的传递函数的振幅和相位波德图(Bodediagram);
[0038] 图3示出用于补偿MEMS微结构的正交分量的结构的示意性实施例;
[0039] 图4示出图3的结构的移动的仿真;
[0040]图5A示出提供具有图3的补偿结构的MEMS陀螺仪的可能实施例的简化图;
[0041] 图5B是在放大比例尺下的图5A的陀螺仪的一部分的俯视图;以及
[0042] 图6不出并入MEMS陀螺仪的电子系统的简化框图。
【具体实施方式】
[0043] 为了理解本公开的方面,将参照图1,图1示出具有两个自由度(虽然以下考虑还 适用于具有N个自由度的系统)的诸如陀螺仪之类的MEMS设备1的框图。
[0044] 图1示意性地示出以其基本元件关于根据一个自由度的动态行为(在沿Z轴的例 如正交分量的不期望分量存在的情况下,沿这一轴的位移)而示意性地表示的MEMS设备1, 从而忽略任何在其它方向上的移动。从而,下文中的考虑目的在于强调在所考虑的方向上 的不期望力的效果被抵消的条件。
[0045]MEMS设备1包括悬挂质量块2和阻尼质量块3。悬挂质量块2通过具有弹性常数 h的弹簧5的第一系统约束至支撑体4,并且通过具有弹性常数k2的弹簧6的第二系统约 束至阻尼质量块3。
[0046] 假设F是感测方向Z上的以驱动频率《的正弦类型的正交力(F=FQsin(?t))。 正交力F造成MEMS设备1在感测方向上的位移,如由以下方程组所描述的:
[0047]
(1)
[0048] 其中Zl是悬挂质量块2的位移,z2是阻尼质量块3的位移,并且kpk2是弹簧的弹 性常数。
[0049] 方程组(1)的解由正弦类型的位移给出:
[0050] z: (t) =Z^in(wt)
[0051] z2 (t) =Z2sin(?t)
[0052] 为了简化,设:
[0053]
[0054] 其中《n和《 22是悬挂质量块2的自然频率和阻尼质量块3的自然频率,并且替 代方程组⑴中的ZpZpF。、和《 22,得到
[0055] V 1- -1

[0056] 针对ZJPZ2求解方程组(2),并且使它们相对于Z。(如上面定义的)归一化,得 到:
[0057]
[0058] 从方程(3a)可以注意到,当《 = ?22时(即当以阻尼质量块3的自然频率驱动 设备1时),质量块叫(图1的悬挂质量块2)的位移可以变为零(Z1= 0)。由方程(3a)描 述的传递函数Zi/Z。的波德图示出在图2A和图2B中。如可以注意到的:
[0059] _在阻尼质量块3的自然频率《22处,由于正交力F,悬挂质量块2的位移Xi的振 幅具有最小值;
[0060] -在自然频率《22的两侧存在两个峰,并且分别对应于同相模15和反相模16,其 中悬挂质量块2和阻尼质量块3相对于中心、相对于彼此同相或反相地移动;
[0061]-阻尼质量块3在其自然频率《22处的相对位移Z2/Z。等于弹性常数的比率Z2/Z。 =Vh;
[0062]-阻尼质量块3使悬挂质量块2的振荡的振幅Zi减幅;以及
[0063] _在阻尼质量块3的自然频率《22处,悬挂质量块2受到沿感测方向Z具有零合 力的力系统。
[0064] 因此,通过以阻尼质量块3的自然频率《22来致动MEMS设备1,悬挂质量块2在 所考虑的方向上不会经历由正交力造成的位移。在实践中,阻尼质量块3作为陷波滤波器 或动态吸收器与用于稳定摩天大楼和抗震建筑的已知解决方案类似地进行操作。
[0065] 当期望阻止感测方向上的寄生位移时,可以在MEMS设备中利用这一行为。
[0066] 图3和图4不出一般MEMS设备10中的正交分量阻尼解决方案的可能实施例。
[0067] 此处,悬挂质量块2围绕阻尼质量块3,并且经由锚固区域12和第一弹簧5锚固到 支撑体11 (图4)。如图1中的,悬挂质量块2通过第二弹簧(耦合弹簧)6弹性耦合到阻尼 质量块3。第二弹簧6也包括在悬挂质量块2的总尺寸内,并且布置在悬挂质量块2和阻尼 质量块3之间。
[0068] 悬挂质量块2和阻尼质量块3形成在例如诸如单晶或多晶硅之类的半导体材料的 同一结构层14中,并且悬挂在支撑体11 (例如诸如单晶硅之类的半导体材料的基板)之 上。
[0069] 悬挂质量块2在箭头7 (方向X)的方向上被驱动,并且由于弹簧5,可以在方向 Z(
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