专利名称：膜式微型陀螺仪及具有该陀螺仪的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微型陀螺仪，尤指一种膜式微型陀螺仪，可建立有效的最佳化程序分析、具有多种振动模态；具有高角速度的感测可得到较高的灵敏度。
背景技术：
陀螺仪是一种可以感测自身相对惯性坐标系空间的角速度的装置。陀螺仪问世至今已有一百多年的时间了，早期陀螺仪的发展大多集中在航空工业的导航应用，是一种售价非常昂贵的仪器，尤其在系统整合方面范围更涵盖了机械、电机、控制、电子工程等领域。更因为如此使得空间的运动感测如加速度、角速度、角加速度在以往都是属于高价位的应用。随着微机电技术的发展，精密而低价的陀螺仪也成为研发的重点，且应用于民用，如近几年来在汽车传感器的应用、安全气囊的加速度计、防止车辆侧翻(rollover)或打滑的传感器(yaw rate sensor)等都已逐渐普遍。另外消费性电子产品的应用如数字摄影机的画面稳定系统、3D鼠标、电子游戏摇杆等的应用更是极具潜力，简单来说；凡是涉及力量及运动的物理量检测都可运用的微型陀螺仪，可见发展微型陀螺仪的重要。
现有的微型陀螺仪大致为振动式平衡环或音叉，此类结构特征是具有一环状的质量块，此质量块受一周期变化的驱动外力激励，当外加的角速度产生科氏力的作用后，感测端就会因为梳状结构(或其它形式的感测电极)而有电压差变化输出。如美国专利5932804号揭露的微型陀螺仪。然而现有的微型陀螺仪仍有下列问题(1)耦合方程式复杂，无法建立有效的最佳化程序。
(2)仅一种振动模态，且驱动端与感测端的振动频率要同时趋向共振点不易完成。
(3)高角速度的感测其灵敏度较低。
实用新型内容因此本实用新型的主要目的是提供一种方程式简单，可建立有效的最佳化程序分析的膜式微型陀螺仪。
本实用新型的另一目的是提供一种具有多种振动模态，容易趋向共振点的膜式微型陀螺仪。
本实用新型的又一目的是提供一种具有高角速度的感测且可得到较高的灵敏度的膜式微型陀螺仪。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种膜式微型陀螺仪包含一基板，在其一上表面上具有一第一电极区；一薄膜，由一支撑单元固定在该基板上；一上盖，在其一下表面上具有第二电极区。
如上所述的膜式微型陀螺仪，其中，该第一电极区具有多个驱动电极，该第二电极区具有多个感测电极。
如上所述的膜式微型陀螺仪，其中，该第一电极区具有多个感测电极，该第二电极区具有多个驱动电极。
如上所述的膜式微型陀螺仪，其中，该支撑单元是支撑环。
如上所述的膜式微型陀螺仪，其中，该支撑单元是多个支撑架。
如上所述的膜式微型陀螺仪，其中，所述基板可为硅基板或陶瓷基板。
如上所述的膜式微型陀螺仪，其中，所述的电极区可为硅或金属电极。
如上所述的膜式微型陀螺仪，其中，所述上盖可为硅基板、陶瓷基板或玻璃基板。
如上所述的膜式微型陀螺仪，其中，薄膜可具有多个气孔。
如上所述的膜式微型陀螺仪，其中，所述上盖具有多层的磁阻读取头，所述薄膜具有磁阻自由层的线路。
本实用新型还提供了一种具有该膜式微型陀螺仪的检测装置，包含一膜式微型陀螺仪，具有一基板；在该基板上形成的一集成电路；在该基板上封装的至少一表面安装型模拟电路组件；该膜式微型陀螺仪还具有位在基板上表面的一第一电极区；
一薄膜，由一支撑单元固定在该基板上；一上盖，在其一下表面上具有第二电极区。
如上所述的膜式微型陀螺仪检测装置，其中，该第一电极区具有多个驱动电极，该第二电极区具有个感测电极。
如上所述的膜式微型陀螺仪检测装置，其中，该第一电极区具有多个感测电极，该第二电极区具有多个驱动电极。
如上所述的膜式微型陀螺仪检测装置，其中，该支撑单元是支撑环。
如上所述的膜式微型陀螺仪检测装置，其中，该支撑单元是多个支撑架。
如上所述的膜式微型陀螺仪检测装置，其中，所述基板可为硅基板或陶瓷基板。
如上所述的膜式微型陀螺仪检测装置，其中，所述电极区可为硅或金属电极。
如上所述的膜式微型陀螺仪检测装置，其中，所述上盖可为硅基板、陶瓷基板或玻璃基板。
如上所述的膜式微型陀螺仪检测装置，其中，薄膜可具有多个气孔。
如上所述的膜式微型陀螺仪检测装置，其中，所述上盖具有多层的磁阻读取头，所述薄膜具有磁阻自由层的线路。
本实用新型的有益效果是，该薄膜在由驱动电极驱动后，会因为一外在角速度、角加速度或一惯性作用力的影响产生额外的变化，进而感测电极感测到此外在的作用力，通过感测电路的设计将此信号输出而完成感测动作。该膜式微型陀螺仪可建立有效的最佳化程序分析、具有多种振动模态；具有高角速度的感测可得到较高的灵敏度。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。
图1所示为本实用新型的膜式微型陀螺仪的侧视图；图2所示为本实用新型的膜式微型陀螺仪的分解图；图3为本实用新型的膜式微型陀螺仪的另一较佳具体实例的上视图；图4为本实用新型的另一较佳具体实施例的示意图。
其中，附图标记说明如下
1 膜式微型陀螺仪检测装置10 膜式微型陀螺仪 12 功能特定集成电路14 表面安装型模拟电路组件100 基板 102 第一电极区110 薄膜 112 固定环114 支撑架 116 气孔120 上盖 122 第二电极区具体实施方式
如图1所示，为本实用新型的膜式微型陀螺仪10的侧视图；如图2所示，为本实用新型的膜式微型陀螺仪10的分解图。本实用新型的膜式微型陀螺仪10主要包含一基板100、位于基板100之上的薄膜110及置于基板100之上且将薄膜110包覆的上盖120。如图1所示，在基板100的上表面具有第一电极区102；该薄膜110是由固定环112(参见后文说明)或是支撑架114而固定在基板100的上表面上；该上盖120具有U型剖面，且在其下表面上有第二电极区122。
如图2所示，该第一电极区102例如可以为四个对称的驱动电极；该薄膜110具有四个对称的支撑架114；该第二电极区122也具有四个对称的感测电极。参见图1，在第一电极区102的驱动电极适当的加以驱动电压后，该薄膜110即会震动(参见虚线部份)。例如驱动电极以静电力产生振动模态或以顺时针(或逆时针)方向依序产生吸引的力量使薄膜110处于环状激励状态下而振动。当受到一外在角速度、角加速度或一惯性作用力的影响时薄膜110产生振动的位移就会发生额外的变化，进而第二电极区122的感测电极感测到此外在的作用力，通过感测电路的设计将此信号输出而完成感测动作。
参见图3，为本实用新型的膜式微型陀螺仪10的另一较佳具体实例的上视图，在此具体实例中，薄膜110是由固定环112而固定在基板100的上表面上，且具有多个气孔116，因此可以减少震动时的空气阻力。
参见图4，为本实用新型提供的具有该膜式微型陀螺仪的检测装置的示意图。是由单一型态的力学结构，通过模拟线路的设计将可实现共享专用芯片的目的(common ASIC)，各组件间的关系如图4所示，在单一基板100之上利用硅制程制作出本实用新型的膜式微型陀螺仪10、一功能特定集成电路12、及多个表面安装型模拟电路组件(SMD)14。除了可节省微加工制程的成本外，通过模拟线路的改变可以本技术容易做到共享专用IC。
再者，依据本实用新型的膜式微型陀螺仪10可以如下列所述方式制作(1)首先利用微机电制程技术在一基板上镀上第一电极区，此基板可为硅基板或陶瓷基板，而电极区可为硅或任何金属电极，做为驱动电极使用时以顺时针(或逆时针)方向依序产生吸引的力量使薄膜处于环状激励状态下而振动。该基板可为感测端或驱动端，适当设计可同时兼具两者的功能。
(2)利用蚀刻或镀膜生长的技术制作出此振动薄膜，适当设计支撑架可提升感测的灵敏度。
(3)置备一上盖，将上盖镀上电极，此上盖可为硅基板、陶瓷基板或玻璃基板，而电极可为硅或任何金属电极，然后将上盖置于基材上。
(4)再者本实用新型也可结合磁阻材料的镀膜感测技术将可提高组件的感测灵敏度，为提高灵敏度，可将原上盖镀上多层的磁阻读取头(multilayerMR head)，再将翻转磁阻自由层(MR free layer)的线路镀在振动薄膜上，当薄膜振动时就可读取其电压(V)的变化。
总而言之，本实用新型的膜式微型陀螺仪的运动分析受振动模态或环状激励的影响，其运动行为分析较容易。不同的模态振动或环状激励的速度将可得到不同的运动参数，易于针对单一型态的力学结构做最佳化设计。此一型态的力学结构可包括大范围的外在感测角速度。结合磁阻材料的镀膜感测技术将可提高组件的感测灵敏度。
综上所述，本实用新型的膜式微型陀螺仪，可建立有效的最佳化程序分析、具有多种振动模态；具有高角速度的感测可得到较高的灵敏度，实为一不可多得的实用新型。
但须知本案范围不限于上述具体实例，而可做种种变化，皆在本案专利范围内。
权利要求1.一种膜式微型陀螺仪，其特征在于，包含一基板，在其一上表面上具有一第一电极区；一薄膜，由一支撑单元固定在该基板上；一上盖，在其一下表面上具有第二电极区。
2.如权利要求1所述的膜式微型陀螺仪，其特征在于，该第一电极区具有多个驱动电极，该第二电极区具有多个感测电极。
3.如权利要求1所述的膜式微型陀螺仪，其特征在于，该第一电极区具有多个感测电极，该第二电极区具有多个驱动电极。
4.如权利要求1所述的膜式微型陀螺仪，其特征在于，该支撑单元是支撑环。
5.如权利要求1所述的膜式微型陀螺仪，其特征在于，该支撑单元是多个支撑架。
6.如权利要求1所述的膜式微型陀螺仪，其特征在于，所述基板可为硅基板或陶瓷基板。
7.如权利要求1所述的膜式微型陀螺仪，其特征在于，所述的电极区可为硅或金属电极。
8.如权利要求1所述的膜式微型陀螺仪，其特征在于，所述上盖可为硅基板、陶瓷基板或玻璃基板。
9.如权利要求1所述的膜式微型陀螺仪，其特征在于，薄膜可具有多个气孔。
10.如权利要求1所述的膜式微型陀螺仪，其特征在于，所述上盖具有多层的磁阻读取头，所述薄膜具有磁阻自由层的线路。
11.一种具有膜式微型陀螺仪的检测装置，其特征在于，包含一膜式微型陀螺仪，具有一基板；在所述基板上形成的一集成电路；在所述基板上封装的至少一表面安装型模拟电路组件；该膜式微型陀螺仪还具有位在基板上表面的一第一电极区；一薄膜，由一支撑单元固定在该基板上；一上盖，在其一下表面上具有第二电极区。
12.如权利要求11所述的具有膜式微型陀螺仪的检测装置，其特征在于，该第一电极区具有多个驱动电极，该第二电极区具有个感测电极。
13.如权利要求11所述的具有膜式微型陀螺仪的检测装置，其特征在于，该第一电极区具有多个感测电极，该第二电极区具有多个驱动电极。
14.如权利要求11所述的具有膜式微型陀螺仪的检测装置，其特征在于，该支撑单元是支撑环。
15.如权利要求11所述的具有膜式微型陀螺仪的检测装置，其特征在于，该支撑单元是多个支撑架。
16.如权利要求11所述的具有膜式微型陀螺仪的检测装置，其特征在于，所述基板可为硅基板或陶瓷基板。
17.如权利要求11所述的具有膜式微型陀螺仪的检测装置，其特征在于，所述电极区可为硅或金属电极。
18.如权利要求11所述的具有膜式微型陀螺仪的检测装置，其特征在于，所述上盖可为硅基板、陶瓷基板或玻璃基板。
19.如权利要求11所述的具有膜式微型陀螺仪的检测装置，其特征在于，薄膜可具有多个气孔。
20.如权利要求11所述的具有膜式微型陀螺仪的检测装置，其特征在于，所述上盖具有多层的磁阻读取头，所述薄膜具有磁阻自由层的线路。
专利摘要一种膜式微型陀螺仪包含一基板，在其一上表面上具有一第一电极区；一薄膜，由一支撑单元以固定在该基板上；一上盖，在其一下表面上具有第二电极区。该第一电极区具有多个驱动电极，该第二电极区具有个感测电极。该薄膜在由驱动电极驱动后，会因为一外在角速度、角加速度或一惯性作用力的影响产生额外的变化，进而感测电极感测到此外在的作用力，通过感测电路的设计将此信号输出而完成感测动作。该膜式微型陀螺仪可建立有效的最佳化程序分析、具有多种振动模态；具有高角速度的感测可得到较高的灵敏度。
文档编号G01C19/5621GK2636198SQ03272868
公开日2004年8月25日 申请日期2003年7月14日 优先权日2003年7月14日
发明者蔡明杰, 陈其亮, 黄吉川, 张杰雄 申请人:财团法人工业技术研究院