偏移抑制电极的制作方法

本发明涉及微电子机械系统(MEMS)传感器，并且更特别地涉及使用偏移抑制电极的MEMS传感器。

背景

微电子机械系统(MEMS)传感器经历各种各样的可来自MEMS/互补金属氧化物半导体(CMOS)管芯的制造、管芯的封装、操作超温、冲击条件、用户组件等诸多的不期望的力。这些力导致非理想条件，诸如在MEMS传感器和嵌入式感测参考平面之间的平行排列的偏差。因此，存在对于克服上述问题的解决方案的强烈的需求。本发明解决这种需求。

发明概述

公开了用于减少MEMS传感器中的偏移的系统和方法。在第一方面中，系统是MEMS传感器，其包括感测参考平面、耦合到感测参考平面的至少一个锚、耦合到至少一个锚的至少一个质量块、耦合在感测参考平面和至少一个质量块之间以检测垂直于感测参考平面的运动的感测元件的图案、以及组合感测元件的图案从而提供与外部激励成比例的输出的信号处理电路，其中至少一个质量块中的一个在外部激励下移动，其中感测元件的图案共享至少三个极性反对称轴。

在第二方面中，感测参考平面由在感测参考平面上形成四个象限的两个轴分割，并且感测元件的图案在四个象限的每一个中至少包括三个感测元件。

在第三方面中，方法提供了如上在第一和第二方面中所示的MEMS 传感器。

附图简述

所附附图示出了本发明的一些实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。本领域技术人员容易认识到在附图中所示的实施例仅仅是示例性的并且不旨在限制本发明的范围。

图1示出了根据实施例的理想和非理想的MEMS传感器条件的截面图。

图2A示出了根据实施例具有感测元件的图案的MEMS传感器的衬底部分的截面图的图示。

图2B示出了根据实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的衬底部分的顶视图的图示。

图2C示出了根据实施例的MEMS传感器的MEMS装置。

图3A示出了根据另一个实施例的具有感测元件的MEMS传感器和相应的MEMS结构的顶视图。

图3B示出了根据实施例的使用电极图案的MEMS传感器的MEMS加速计结构。

图4示出了根据另一个实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的顶视图。

图5示出了根据另一个实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的顶视图。

图6示出了根据另一个实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的顶视图。

具体描述

本发明涉及微电子机械系统(MEMS)传感器，并且更特别地涉及使用偏移抑制电极的MEMS传感器。下面的描述被呈现以使得本领域技术人 员能够做出且使用本发明，在专利申请及其要求的背景下被提供。本文中描述的一般原理和特征以及对优选实施例的各种修改对于本领域技术人员将容易是明显的。因此，本发明不旨在被限制为所示的实施例，但将获得与本文描述的原理和特征相一致的最宽的范围。

微电子机械系统(MEMS)指的是利用类似半导体的处理制造且展示出诸如移动或变形的能力的机械特性的一个类别的微尺度装置。MEMS时常但并不总是与电信号交互。MEMS装置可以指实现为微电子机械系统的半导体装置。MEMS设备包括机械元件并且可选地包括用于感测的电子器件。MEMS装置包括但不限于微尺度的陀螺仪、加速计、磁力计和压力传感器。

在一个实施例中，MEMS传感器包括MEMS装置、感测参考平面以及将MEMS装置连接至感测参考平面的锚。MEMS传感器能够在MEMS传感器的制造和操作期间经历不期望的力。这些不期望的力包括但不限于来自MEMS/CMOS管芯的制造和封装、操作超温、冲击条件以及用户组件的压力，其导致诸如在MEMS和感测基准平面之间的平行排列的偏差的非理想条件。

至少出现两个在MEMS装置和感测参考平面之间的平行排列的独立的不期望的偏差。首先，在锚上的剪力导致锚相对于感测参考平面倾斜。其次，弯曲力导致感测参考平面相对于MEMS装置弯曲。因此，在感测参考平面和MEMS装置之间的间隙z(x,y)随着x和y的位置改变并且从锚中心被描述为根据以下等式：z(x,y)＝间隙+R(x,y)+Curv(NL(x，y))的线性函数和非线性曲率的分量；其中间隙＝理想的初始平行间隙，R(x,y)是旋度，而Curv(NL(x,y))是曲率的数学描述，其可以是多项式、三角级数、幂级数或类似的非线性函数或级数。

图1示出了根据实施例的理想和非理想MEMS传感器条件的截面图100。在一个实施例中，MEMS传感器至少包括MEMS装置、感测参考平面以及将MEMS装置连接到感测参考平面的锚。在图100中，理想条件102显示了在MEMS装置和感测参考平面之间的平行排列。在图100中，第一非理想条件104显示了由于至少一个表面(或者是如描绘的MEMS 装置和/或感测参考平面)的不期望的线性倾斜导致的平行排列中的偏差。在图100中，第二非理想条件106显示了由于至少一个表面(或者如所描绘的感测参考平面和/或MEMS装置)的不期望的曲率导致的平行排列中的偏差。

根据本发明的系统和方法提供了具有感测参考平面的MEMS传感器，其包括感测元件(电极)的图案以改进偏移抑制。感测元件的图案可以是多个电极图案，其减少了由在MEMS装置和感测参考平面之间的平行排列的偏差导致的偏移。感测参考平面经由锚连接至MEMS装置。MEMS装置包括在锚和质量块之间连接的弹簧。多个电极图案中的每个电极放置在诸如CMOS衬底的感测参考平面上。在MEMS装置/CMOS衬底管芯配置中，质量块和位于CMOS衬底(或感测参考平面)上的多个电极中的一个形成平行板电容器。

为了更详细地描述本发明的特征，现在结合所附附图来参考以下的描述。

图2A示出了根据实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的衬底部分的截面图202的图示200。截面图202显示了包括MEMS装置250的MEMS传感器，MEMS装置250经由锚210耦合到感测参考平面260从而在MEMS装置250和感测参考平面260之间产生间隙。在截面图202中，AA描绘了感测参考平面260的高度。在一个实施例中，MEMS装置250是MEMS结构和MEMS加速计中的任一个。

图2B示出了根据实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的衬底部分的顶视图204的图示270。顶视图204显示了AA的顶视图，其导致包括正和负电极的感测元件的图案的顶面。顶视图204包括MEMS传感器的锚210、正电极220、222、224和226、负电极230、232、234和236，以及由虚线指示的四个极性反对称轴240、242、244和246。在图2A和图2B中，锚210的形状是圆形的以对应于同样是圆形的感测元件的图案的形状。

在一个实施例中，MEMS装置250包括连接在锚210和质量块之间的弹簧。质量块对于外力在z轴中移动，外力包括但不限于加速、磁性、科 里奥利力、压力等诸多。感测元件的图案包括交替的正电极220-226和负电极230-236并且被连接在MEMS装置250和感测参考平面260之间。正电极感测元件220-226检测正向运动，而负电极感测元件230-236检测负向运动。在一个实施例中，电极感测元件220-226和230-236的形状是环状扇形。

图2C示出了根据实施例的MEMS传感器的MEMS装置。在图2C中，MEMS装置类似于图2A的MEMS装置250并且是MEMS Z轴加速计。在一个实施例中，MEMS装置250还包括第一组弹簧(260-263)和第二组弹簧(270-273)、感测块280-283以及质量块290。感测块280-283经由第二组弹簧270-273分别连接至锚210。感测块280-283经由第一组弹簧260-263分别连接至质量块290。感测块280-283分别通过正电极220、222、224、226以及分别通过负电极230、232、234、236来检测。

在一个实施例中，MEMS装置250在Z轴正向(+)出平面加速度之下导致质量块290在z轴负向(-)的方向上移动。偏离的质量块290推动第一组弹簧260-263从而关于第二组弹簧270-273分别旋转感测块280-283。这导致正电极220、222、224和226以及感测块280-283中的每一个之间的间隙减小并且还导致负电极230、232、234和236以及感测块280-283之间的间隙增大。

在一个实施例中，MEMS装置250在非理想条件下将表现得像通过MEMS装置104和106所描述的那样的平板。电极图案204具有感测在Z轴加速之下的MEMS装置250的偏转的性质，还具有抑制通过图1中的MEMS装置104和106描述的MEMS装置250的非理想运动的性质。

在这个实施例中，电极感测元件220-226和230-236形成差动感测方案。例如，差动感测方案使得能够在感测元件220、222、224和226上减小间隙，并且在感测元件230、232、234和236上增大间隙。因此，只有当正电极感测元件220-226和负电极感测元件230-236中的每一对和MEMS装置250之间的间隙由于质量块的移动而变化时才检测到运动。因此，质量块在路径中移动，其引起利用感测元件(电极)的图案的差动方案可检测的运动。感测元件220-226和230-236中的每一个的中心具有与 锚210的中心的公共距离。如上所述，感测元件220-226和230-236具有四个极性反对称轴240-246。在另一个实施例中，感测元件的图案被设计有三个或更多个对称轴。

在图2B的顶视图204中，正感测元件(电极)220-226中的每一个具有从锚中心到电极中心与相应的负感测元件(电极)230-236的相同距离。因此，在该轴的两侧上相同的任意运动将导致正电极和负电极的相等间隙移位，这是因为当正电极和负电极一起移动时，没有净输出生成。

因此，垂直于轴240，负感测元件236具有与正感测元件222相同的距离(因而，垂直于轴240，电极236与电极222相对应)，负感测元件230具有与正感测元件220相同的距离(因而，垂直于轴240，电极230与电极220相对应)，负感测元件232具有与正感测元件226相同的半径(因而，垂直于轴240，电极232与电极226相对应)，以及负感测元件234具有与正感测元件224相同的距离(因而，垂直于轴240，电极234与电极224相对应)。垂直于轴240为中心的任何运动、旋转、弯曲或其任意组合导致正感测元件220-226以与负感测元件230-236类似的方式移动，从而利用差动感测方案不会产生净输出且产生零偏移。

在图2B的顶视图204中，垂直于轴242，正感测元件(电极)220-226中的每一个具有与负感测元件(电极)230-236的相同的距离。换言之，每个对应的正和负电极具有从任一点至轴242的相同距离。另外，从正感测元件220-226中的每一个的中心至锚210的中心的距离与从对应的负感测元件230-236中的每一个的中心至锚210的中心的距离相同。

因此，垂直于轴242，负感测元件230具有与正感测元件226相同的距离(因而，垂直于轴242，电极230与电极226相对应)，负感测元件236具有与正感测元件220相同的距离(因而，垂直于轴242，电极236与电极220相对应)，负感测元件232具有与正感测元件224相同的距离(因而，垂直于轴242，电极232与电极224相对应)，以及负感测元件234具有与正感测元件222相同的距离(因而，垂直于轴242，电极234与电极222相对应)。以轴242为中心的任何运动、旋转、弯曲或其任意组合导致正感测元件220-226以与负感测元件230-236类似的方式移动， 从而利用差动感测方案不会产生净输出且产生零偏移。

在图2B的顶视图204中，垂直于轴244，正感测元件(电极)220-226中的每一个具有与负感测元件(电极)230-236的相同的距离。换言之，每个对应的正和负电极具有从任一点至轴244的相同距离。另外，从正感测元件220-226中的每一个的中心至锚210的中心的距离与从对应的负感测元件230-236中的每一个的中心至锚210的中心的距离相同。

因此，垂直于轴244，负感测元件230具有与正感测元件224相同的距离(因而，垂直于轴244，电极230与电极224相对应)，负感测元件236具有与正感测元件226相同的距离(因而，垂直于轴244，电极236与电极226相对应)，负感测元件232具有与正感测元件222相同的距离(因而，垂直于轴244，电极232与电极222相对应)，以及负感测元件234具有与正感测元件220相同的距离(因而，垂直于轴244，电极234与电极220相对应)。以轴244为中心的任何运动、旋转、弯曲或其任意组合导致正感测元件220-226以与负感测元件230-236类似的方式移动，从而利用差动感测方案不会产生净输出且产生零偏移。

在图2B的顶视图204中，垂直于轴246，正感测元件(电极)220-226中的每一个具有与负感测元件(电极)230-236的相同的距离。换言之，每个对应的正和负电极具有从任一点至轴246的相同距离。另外，从正感测元件220-226中的每一个的中心至锚210的中心的距离与从对应的负感测元件230-236中的每一个的中心至锚210的中心的距离相同。

因此，垂直于轴246，负感测元件230具有与正感测元件222相同的距离(因而，垂直于轴246，电极230与电极222相对应)，负感测元件236具有与正感测元件224相同的距离(因而，垂直于轴246，电极236与电极224相对应)，负感测元件232具有与正感测元件220相同的距离(因而，垂直于轴246，电极232与电极220相对应)，以及负感测元件234具有与正感测元件226相同的距离(因而，垂直于轴246，电极234与电极226相对应)。以轴246为中心的任何运动、旋转、弯曲或其任意组合导致正感测元件220-226以与负感测元件230-236类似的方式移动，从而利用差动感测方案不会产生净输出且产生零偏移。

图3A示出了根据另一个实施例的具有感测元件的图案以及相应的MEMS结构的MEMS传感器的顶视图300。顶视图300显示包括正和负电极的感测元件的图案的顶面。顶视图300包括MEMS传感器的锚310、正电极320、322、324和326、负电极330、332、334和336以及由虚线指示的四个极性反对称轴340、342、344和346。在图3A中，锚310的形状是正方形以对应于同样是正方形的感测元件的图案的形状。

在一个实施例中，图3A的MEMS传感器包括MEMS装置，MEMS装置经由锚310耦合到感测参考平面从而在MEMS装置和感测参考平面之间产生间隙。MEMS装置包括连接在锚310和质量块之间的弹簧。质量块响应于外力在z轴上移动，外力包括但不限于加速度、磁场、科里奥利力或压力等。感测元件的图案包括在感测参考平面上的交替的正电极320-326和负电极330-336。

在该实施例中，感测元件320-326和330-336形成差动感测方案。因此，只有当正电极感测元件320-326和负电极感测元件330-336中的每一对与MEMS装置之间的间隙由于质量块的移动而变化时才检测到运动。当感测加速度时，质量块对于每个电极对(例如，对于正感测电极320和负感测电极330)在相同的方向上以相同的量移动。因此，质量块在一形状中移动，其引起利用感测元件(电极)的图案的差动方案可检测的运动。感测元件320-326和330-336中的每一个的中心具有与锚310的中心的公共距离。如上所述，感测元件320-326和330-336具有四个极性反对称轴340-346。在另一个实施例中，感测元件的图案被设计有三个或更少个以及五个或更多个对称轴。

在图3A的顶视图300中，垂直于轴340，正感测元件(电极)320-326中的每一个具有与对应的负感测元件(电极)330-336的相同距离。换言之，每个对应的正和负电极具有从任一点至轴340的相同距离。另外，从正感测元件320-326中的每一个的中心至锚310的中心的距离与从对应的负感测元件330-336中的每一个的中心至锚310的中心的距离相同。

因此，垂直于轴340，负感测元件336具有与正感测元件326相同的距离(因而，垂直于轴340，电极336与电极326相对应)，负感测元件 330具有与正感测元件324相同的距离(因而，垂直于轴340，电极330与电极324相对应)，负感测元件332具有与正感测元件322相同的距离(因而，垂直于轴340，电极332与电极322相对应)，以及负感测元件334具有与正感测元件320相同的距离(因而，垂直于轴340，电极334与电极320相对应)。垂直于轴340为中心的任何锚旋转、弯曲或其任意组合导致正感测元件320-326以与负感测元件330-336类似的方式移动，从而利用差动感测方案不会产生净输出且产生零偏移。

在图3A的顶视图300中，垂直于轴342，正感测元件(电极)320-326中的每一个具有与对应的负感测元件(电极)330-336的相同距离。换言之，每个对应的正和负电极具有从任一点至轴342的相同距离。另外，从正感测元件320-326中的每一个的中心至锚310的中心的距离与从对应的负感测元件330-336中的每一个的中心至锚310的中心的距离相同。

因此，垂直于轴342，负感测元件330具有与正感测元件326相同的距离(因而，垂直于轴342，电极330与电极326相对应)，负感测元件336具有与正感测元件320相同的距离(因而，垂直于轴342，电极336与电极320相对应)，负感测元件332具有与正感测元件324相同的距离(因而，垂直于轴342，电极332与电极324相对应)，以及负感测元件334具有与正感测元件322相同的距离(因而，垂直于轴342，电极334与电极322相对应)。以轴342为中心的任何运动、旋转、弯曲或其任意组合导致正感测元件320-326以与负感测元件330-336类似的方式移动，从而利用差动感测方案不会产生净输出且产生零偏移。

在图3A的顶视图300中，垂直于轴344，正感测元件(电极)320-326中的每一个具有与对应的负感测元件(电极)330-336的相同距离。换言之，每个对应的正和负电极具有从任一点至轴344的相同距离。另外，从正感测元件320-326中的每一个的中心至锚310的中心的距离与从对应的负感测元件330-336中的每一个的中心至锚310的中心的距离相同。

因此，垂直于轴344，负感测元件330具有与正感测元件324相同的距离(因而，垂直于轴344，电极330与电极320相对应)，负感测元件336具有与正感测元件326相同的距离(因而，垂直于轴344，电极336 与电极326相对应)，负感测元件332具有与正感测元件322相同的距离(因而，垂直于轴344，电极332与电极322相对应)，以及负感测元件334具有与正感测元件320相同的距离(因而，垂直于轴344，电极334与电极320相对应)。以轴344为中心的任何运动、旋转、弯曲或其任意组合导致正感测元件320-326以与负感测元件330-336类似的方式移动，从而利用差动感测方案不会产生净输出且产生零偏移。

在图3A的顶视图300中，垂直于轴346，正感测元件(电极)320-326中的每一个具有与对应的负感测元件(电极)330-336的相同距离。换言之，每个对应的正和负电极具有从任一点至轴346的相同距离。另外，从正感测元件320-326中的每一个的中心至锚310的中心的距离与从对应的负感测元件330-336中的每一个的中心至锚310的中心的距离相同。

因此，垂直于轴346，负感测元件330具有与正感测元件322相同的距离(因而，垂直于轴346，电极330与电极322相对应)，负感测元件336具有与正感测元件324相同的距离(因而，垂直于轴346，电极336与电极324相对应)，负感测元件332具有与正感测元件320相同的距离(因而，垂直于轴346，电极332与电极320相对应)，以及负感测元件334具有与正感测元件326相同的距离(因而，垂直于轴346，电极334与电极326相对应)。以轴346为中心的任何运动、旋转、弯曲或其任意组合导致正感测元件320-326以与负感测元件330-336类似的方式移动，从而利用差动感测方案不会产生净输出且产生零偏移。

图3B示出了根据实施例的使用电极图案的MEMS传感器的MEMS加速计结构350。MEMS加速计结构350类似于图2A的MEMS装置250。在MEMS传感器的正向出平面加速度之下，质量块360在负向RX方向上关于扭力弹簧370和375旋转。这导致关于感测平面在正感测电极320和322之间的间隙的减小，以及在负感测电极334和332之间的间隙的增大。在一个实施例中，电极324、326、330和336刚性地连接至锚并且不会响应于MEMS传感器的加速度而引发间隙改变。信号处理器组合电极320-326和330-336以输出与传感器的加速度成比例的信号。

在图3B中，在MEMS传感器的锚旋转的情况下，如在图1的第一非 理想条件104中所见，全部的电极320-326和330-336连接至锚并且类似于图3A中所描述的平板关于轴340、344和346作为一个组移动。信号处理器组合电极320-326和330-336，并且如果锚旋转或感测参考平面的弯曲以轴340-346为中心则不产生净输出。在该实施例中，电极320、322、332和334用于检测MEMS传感器的加速度，而电极320-326、330-336用于抑制由锚旋转或感测参考平面弯曲引起的偏移。

图4示出了根据另一个实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的顶视图400。顶视图400显示了包括正和负电极的感测元件的图案的顶面。顶视图400包括MEMS传感器的锚410、正电极420、422和424、负电极430、432和434以及由虚线指示的三个反极性对称轴440、442和444。在图4中，锚410的形状是圆形的以对应于同样是圆形的感测元件的图案的形状。

在一个实施例中，图4的MEMS传感器包括MEMS装置，MEMS装置经由锚410耦合到感测参考平面从而在MEMS装置和感测参考平面之间产生间隙。MEMS装置包括连接在锚410和质量块之间的弹簧。质量块对于外力在z轴上移动，外力包括但不限于加速度、磁场、科里奥利力或压力等诸多力。感测元件的图案包括交替的正电极420-424和负电极430-434，并且连接在MEMS装置和感测参考平面之间。正电极感测元件420-424检测正向移动，而负电极感测元件430-434检测负向移动。

在该实施例中，感测元件420-424和430-434形成差动感测方案。因此，只有当正电极感测元件420-424相对于负电极感测元件430-434移动时才检测运动。质量块在一形状中移动，其引起利用感测元件(电极)的图案的差动方案可检测的运动。感测元件420-424和430-434中的每一个的中心具有与自锚410的中心的公共半径。如上所述，感测元件420-424和430-434具有三个反极性对称轴440-444。

在图4的顶视图400中，垂直于轴440，正感测元件(电极)420-424中的每一个具有与对应的负感测元件(电极)430-434的相同距离。换言之，每个对应的正和负电极具有从任一点至轴440的相同距离。另外，从正感测元件420-424中的每一个的中心至锚410的中心的距离与从对应的 负感测元件430-434中的每一个的中心至锚410的中心的距离相同。

因此，垂直于轴440，负感测元件430具有与正感测元件420相同的距离(因而，垂直于轴440，电极430与电极420相对应)，负感测元件432具有与正感测元件424相同的距离(因而，垂直于轴440，电极432与电极424相对应)，以及负感测元件434具有与正感测元件422相同的距离(因而，垂直于轴440，电极434与电极422相对应)。以轴440为中心的任何运动、旋转、弯曲或其任意组合导致正感测元件420-424以与负感测元件430-434类似的方式移动，从而利用差动感测方案不会产生净输出且产生零偏移。

在图4的顶视图400中，垂直于轴442，正感测元件(电极)420-424中的每一个具有与对应的负感测元件(电极)430-434的相同距离。换言之，每个对应的正和负电极具有从任一点至轴442的相同距离。另外，从正感测元件420-424中的每一个的中心至锚410的中心的距离与从对应的负感测元件430-434中的每一个的中心至锚410的中心的距离相同。

因此，垂直于轴442，负感测元件434具有与正感测元件420相同的距离(因而，垂直于轴442，电极434与电极420相对应)，负感测元件432具有与正感测元件422相同的距离(因而，垂直于轴442，电极432与电极422相对应)，以及负感测元件430具有与正感测元件424相同的距离(因而，垂直于轴442，电极430与电极424相对应)。以轴442为中心的任何运动、旋转、弯曲或其任意组合导致正感测元件420-424以与负感测元件430-434类似的方式移动，从而利用差动感测方案不会产生净输出且产生零偏移。

在图4的顶视图400中，垂直于轴444，正感测元件(电极)420-424中的每一个具有与对应的负感测元件(电极)430-434的相同距离。换言之，每个对应的正和负电极具有从任一点至轴444的相同距离。另外，从正感测元件420-424中的每一个的中心至锚410的中心的距离与从对应的负感测元件430-434中的每一个的中心至锚410的中心的距离相同。

因此，垂直于轴444，负感测元件434具有与正感测元件424相同的距离(因而，垂直于轴444，电极434与电极424相对应)，负感测元件 430具有与正感测元件422相同的距离(因而，垂直于轴444，电极430与电极422相对应)，以及负感测元件432具有与正感测元件420相同的距离(因而，垂直于轴444，电极432与电极420相对应)。以轴444为中心的任何运动、旋转、弯曲或其任意组合导致正感测元件420-424以与负感测元件430-434类似的方式移动，从而利用差动感测方案不会产生净输出且产生零偏移。

图5示出了根据另一个实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的顶视图500。顶视图500显示了包括正和负电极的感测元件的两个独立图案的顶面。顶视图500包括MEMS传感器的锚510、第一图案中的正电极520、522、524和526、第一图案中的负电极530、532、534和536、第二图案中的正电极570、572、574和576、第二图案中的负电极560、562、564和566，以及由虚线指示的四个反极性对称轴540、542、544和546。在图5中，锚510的形状是圆形的以对应于同样是圆形的感测元件的两个独立的图案的形状。在另一个实施例中，感测元件的两个图案彼此共同工作并且从而彼此依赖。

在图5中，包括交替的正电极520-526和负电极530-536的感测元件的第一图案以与图2的顶视图204中的感测元件(220-226和230-236)的图案类似的方式工作。另外地，包括交替的正电极570-576和负电极560-566的感测元件的第二图案以与图2的顶视图204中的感测元件(220-226和230-236)的图案类似的方式工作，但添加了额外的敏感级别以使用双重差动感测方案来进一步减小偏移。本领域技术人员将容易认识到感测元件的第一和/或第二图案的电极可以被重新组织并且将在本发明的范围内。

图6示出了根据另一个实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的顶视图600。顶视图600显示了包括在四个象限中的正和负电极的感测元件的图案的顶面，四个象限通过由虚线指示的两个轴640(y轴)和642(x轴)来分割。顶视图600包括MEMS传感器的锚610、第一象限(上左)中的正电极620-621和负电极630-631、第二象限(右上)中的正电极622-623和负电极632-633、第三象限(左下)中的正电极624-625和负电 极634-635、以及第四象限(右下)中的正电极626-627和负电极636-637。

在图6中，正电极620-627具有以锚610的中心为中心的“W”形，而负电极630-637具有以锚610的中心为中心的“M”形。负电极630-637与正电极620-627交织以产生减少了通过不期望的条件引起的偏移的、感测元件的图案。

由于图6的感测元件的图案，以轴642为中心的任何旋转不会产生净输出且产生零偏移，这是因为正电极620-623共享与负电极630-633相同的距离(限定为电极中心和轴之间的垂直距离的距离)，并且正电极624-627共享与负电极634-637相同的距离。因为正电极620-623共享与负电极630-633相同的距离，并且正电极624-627共享与负电极634-637相同的距离，因此沿着轴642的任何弯曲不会产生净输出且产生零偏移。同样地，因为正电极620-621和624-625共享与负电极630-631和634-635相同的距离，并且正电极622-623和626-627共享与负电极632-633和636-637相同的距离，因此沿着轴640的任何弯曲不会产生净输出且产生零偏移；并且因为正电极620-621和624-625共享与负电极630-631和634-635相同的距离，并且正电极622-623和626-627共享与负电极632-633和636-637相同的距离，因此以轴640为中心的任何旋转不会产生净输出且产生零偏移。

在一个实施例中，电极630和631连接成一个电极，电极624和625连接成一个电极，电极632和633连接成一个电极，并且电极626和627连接成一个电极。

在第一实施例中，MEMS传感器包括感测参考平面、耦合到感测参考平面的至少一个锚以及耦合到至少一个锚的至少一个质量块，其中至少一个质量块中的一个在外部激励下移动。MEMS传感器还包括位于感测参考平面上或耦合在感测参考平面和至少一个质量块之间以检测垂直于感测参考平面的至少一个质量块的运动的感测元件(或感测电极)的图案，其中感测元件的图案共享至少三个极性反对称轴。MEMS传感器还包括组合感测元件的图案从而提供与外部激励成比例的输出的信号处理电路。在一个实施例中，输出是在感测元件的图案的正和负感测元件之间的差分。

在一个实施例中，至少一个质量块通过至少一个弹簧耦合到至少一个 锚。在一个实施例中，感测元件的图案共享极性反对称的一个、两个、三个、四个和五个或更多个轴。在一个实施例中，每个感测元件的质心共享到至少一个锚的中心的公共距离。在一个实施例中，包括感测电极的感测元件的图案在每个电极和至少一个质量块之间形成可变电容器。

在一个实施例中，感测电极的图案包括交替的正和负电极，并且在另一个实施例中，正和负电极不是交替的而是可以包括彼此邻近的两个或更多个正电极和/或两个或更多个电极。在一个实施例中，感测电极的图案包括交替的至少三个正感测电极和至少三个负感测电极。

在一个实施例中，每个负感测元件/电极具有与每个正感测元件/电极相同的面积，并且在另一个实施例中，每个负感测元件/电极具有与每个正感测元件/电极基本上相同的电极面积。在一个实施例中，感测电极是电容感测、压阻感测和磁性感测电极中的任意一个。在一个实施例中，感测电极的每一个的中心位于圆形、矩形、正方形、六边形、八边形和其他多边形中的任一个的周界上，并且感测电极本身在形状上是圆形、矩形、正方形、六边形、八边形、环状扇形和多边形中的任一个。

在一个实施例中，MEMS传感器还包括在感测参考平面上的感测元件的第二图案以检测至少一个质量块相对于感测参考平面的运动，其中感测元件的第二图案的每个感测元件共享三个极性反对称轴，并且进一步地其中感测元件的第二图案的每个感测元件的质心共享到至少一个锚的中心的第二公共距离。在另一个实施例中，MEMS传感器包括耦合在彼此的顶部上或者彼此邻近耦合的感测元件的多个图案以进一步减少偏移。

在第二实施例中，MEMS传感器的感测参考平面由在感测参考平面上形成四个象限的两个轴(第一和第二轴)分割，并且感测元件的图案包括在四个象限的每个中的至少三个感测元件，以检测至少一个质量块相对于感测参考平面的运动。在这个实施例中，MEMS传感器包括耦合到感测参考平面的至少一个锚以及耦合到至少一个锚的至少一个质量块，其中至少一个质量块的一个在外部激励下移动。四个象限的每一个包括第一极性的两个外部感测电极和第二极性的两个内部感测电极。第一极性与第二极性相反，并且在四个象限的每一个中存在至少三个感测元件的极性反对称。

在一个实施例中，在四个象限的每个中，相对于第一或第二轴的最近的感测元件和最远的感测元件具有第一极性，并且在第一极性之间具有至少一个第二极性的感测元件。在一个实施例中，第一极性与第二极性相反并且关于第一或第二轴中的至少一个存在四个象限的极性反对称。在一个实施例中，至少一个锚的中心与第一和第二轴的交叉点重合。在一个实施例中，在四个象限的每一个中的至少三个感测元件的质心共享距第一或第二轴的至少一个的公共距离。在一个实施例中，感测元件面积在第一和第二极性之间基本上相同。

在一个实施例中，感测元件的图案包括第一和第二图案，其中第一图案是以至少一个锚为中心M形的极性图案，而第二图案是以至少一个锚为中心的W形的极性图案。在一个实施例中，在四个象限的每一个中的至少四个感测元件的至少一部分在直线中，并且在另一个实施例中，在四个象限的每一个中的至少四个感测元件的至少一部分是在非直线和/或取向中。

具有相反极性的至少四个感测元件中的感测元件共享距对称线的一个的公共距离。在一个实施例中，至少四个感测元件在形状上是圆形、矩形、正方形、六边形、八边形和多边形中的任一个。在另一个实施例中，感测参考平面没有被分为任何象限，感测元件的图案而是包括位于相同轴上且位于至少一个锚的相对侧上的两组至少四个感测元件。

如上所述，根据本发明的系统(MEMS传感器)和方法使用了在感测参考平面上的感测元件(电极)的多个图案，以减少由于各种不期望的力而产生的在MEMS传感器的MEMS装置和感测参考平面之间平行排列中的偏差的不利影响。平行排列中的偏差导致偏移，并且多个图案中的每一个通过使用抵消所检测的旋转和/或弯曲类型的力的多个感测方案而不会产生净输出且提高了偏移抑制(提供了零或减少的偏移)。

虽然本发明已经根据所示实施例进行了描述，但本领域技术人员容易认识的是可存在对于实施例的变型并且这些变型将在本发明的精神和范围内。因此，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下本领域技术人员可做出许多修改。