CN106871885A - 用于mems传感器的折叠弹簧组以及mems传感器 - Google Patents

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Abstract

用于MEMS传感器的折叠弹簧组，包括至少一个折叠弹簧，所述折叠弹簧连接一可动部件与一固定部件，所述可动部件、固定部件、以及折叠弹簧设置在同一平面内，所述折叠弹簧的轴向与所述可动部件的有效运动方向垂直。

Description

用于MEMS传感器的折叠弹簧组以及MEMS传感器
技术领域
本发明涉及微机械技术领域，尤其涉及用于MEMS传感器的折叠弹簧组以及MEMS传感器。
背景技术
采用MEMS(Micro Electro Mechanical System，微机电***)技术制造加速度计、陀螺仪以及麦克风等产品的基本原理是通过检测MEMS传感器其中的可动部件在外界信号下的运动状态，来计算出该信号的数值。该可动部件通常被成为质量块。因此，如何有效控制质量块的运动姿态，是MEMS传感器中必须解决的问题。
为了使质量块的运动可控，一种有效的办法是在质量块与固定部件之间施加弹性连接部件，通过对该弹性连接部件的弹性系数等物理量进行优化，可以有效的控制质量块的运动。这些弹性连接部件在制造过程中会产生误差，进而使弹性系数等物理量发生变化。因此如何降低这些弹性连接部件的制造误差，是现有技术亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供用于MEMS传感器的折叠弹簧组以及MEMS传感器，降低弹性连接部件的制造误差。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于MEMS传感器的折叠弹簧组，包括至少一个折叠弹簧，所述折叠弹簧连接一可动部件与一固定部件，所述可动部件、固定部件、以及折叠弹簧设置在同一平面内，所述折叠弹簧的轴向与所述可动部件的有效运动方向垂直。
可选的，所述折叠弹簧组的数目为两个，每一个折叠弹簧均连接至相同的 一可动部件与一固定部件，所述可动部件、固定部件、以及折叠弹簧设置在同一平面内，所述每一个折叠弹簧的轴向与所述可动部件的有效运动方向垂直，且所述两个折叠弹簧的轴向设置在同一条直线上。
可选的，所述折叠弹簧的侧壁与设置所述可动部件、固定部件、以及折叠弹簧的平面具有一大于0度并小于90度的夹角。
可选的，所述MEMS传感器为陀螺仪，所述可动部件选自于检测质量块和驱动质量块中的任意一种。
本发明还提供了一种MEMS传感器，包括设置在同一平面内的可动部件、固定部件、以及至少一个折叠弹簧，所述折叠弹簧连接一可动部件与一固定部件，所述可动部件、固定部件、以及折叠弹簧设置在同一平面内，其特征在于，所述折叠弹簧的轴向与所述可动部件的有效运动方向垂直。
可选的，可动部件为多个，包括X方向为有效运动方向的可动部件，以及Y方向为有效运动方向的可动部件
可选的，所述MEMS传感器包括多组折叠弹簧，每一组折叠弹簧的数目为两个，其中每一个折叠弹簧均连接所述可动部件与固定部件，所述每一个折叠弹簧的轴向与所连接的可动部件的有效运动方向垂直，且所述两个折叠弹簧的轴向设置在同一条直线上。
可选的，所述折叠弹簧的侧壁与设置所述可动部件、固定部件、以及折叠弹簧的平面具有一大于0度并小于90度的夹角。
可选的，所述MEMS传感器为陀螺仪，所述可动部件选自于检测质量块和驱动质量块中的任意一种。
上述两个折叠弹簧的轴向与所述可动部件的有效运动方向垂直，且两个折叠弹簧的轴向设置在同一条直线上。在可动部件的运动过程中，两个沿着受力 方向具有相同侧壁倾角的折叠弹簧的伸缩状态正好相反，这样沿着折叠方向的面外耦合力恰好相反，因此这两个面外耦合力恰好可以通过两个折叠弹簧的对称设置而被抵消，进而降低由于制造偏差而带来的面外耦合力。
附图说明
附图1A与附图1B是本发明的具体实施方式所述用于MEMS传感器的折叠弹簧组的结构示意图。
附图2是本发明的具体实施方式所述陀螺的结构示意图。
附图3是附图2所示结构中一可动部件的放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的用于MEMS传感器的折叠弹簧组以及MEMS传感器的具体实施方式做详细说明。
首先结合附图给出本发明的用于MEMS传感器的折叠弹簧组的具体实施方式。
附图1A所示是本具体实施方式的结构示意图，包括可动部件11、固定部件10以及折叠弹簧12a与12b。所述可动部件11、固定部件10、以及折叠弹簧12a与12b设置在同一XY平面内。所述折叠弹簧12a与12b的轴向与所述可动部件11的有效运动方向垂直，且所述两个折叠弹簧的轴向设置在同一条直线上。附图1A中，可动部件11沿着X方向运动的信号是能够通过梳齿电极14被检测到的有用信号，故X方向是其有效运动方向。
折叠弹簧12a与12b的作用是控制可动部件11的运动幅度，通过调节折叠弹簧12a与12b的弹性系数等物理性质参数，能够使可动部件11的运动在更大的范围内保持线性。但由于折叠弹簧12a与12b在制造过程中容易产生偏差，使其除了产生沿着图面内的拉力之外，还会产生与图面呈一角度的牵拉力， 称为面外耦合。经研究发现，MEMS传感器中的折叠弹簧由于是采用刻蚀工艺沿着垂直于图面的方向刻蚀形成的，因此主要的制造误差来自于刻蚀工艺沿着垂直与图面的方向在折叠弹簧的侧壁上产生一个大于0度且小于90度的倾角，对于常用于制造MEMS传感器的单晶硅材料来说，这一倾角小于1度，并不使弹簧发生明显的形变。但这一刻蚀倾角却会使弹簧的对称性发生了改变，从而产生了面外耦合力，并且这一面外耦合力的方向由侧壁倾角的方向、以及弹簧的伸缩状态决定。在可动部件11沿与折叠垂直方向，即与弹簧轴向平行的方向运动时，折叠弹簧中相对于弹簧中心对称的任意两折的面外变形相互对称，使由倾斜角造成的面外变形相互抵消，即折叠梁的两端能处于相同平面内。所以只有折叠处由倾斜角造成的面外变形会造成折叠梁的面外耦合，但因折叠弹簧由于其扁平结构的特点，导致沿着折叠方向的侧壁周长占比较小，而沿着垂直于折叠方向的侧壁周长占比较大，因此该耦合会比在可动部件11沿与折叠平行方向运动时小。折叠弹簧12a与12b的轴向与所述可动部件11的有效运动方向垂直，这样能够降低在可动部件11的运动过程中产生的面外耦合力。并且对称设置两个折叠弹簧12a与12b，且折叠弹簧12a与12b的轴向设置在同一条直线上，能够使可动部件11的运动状态更稳定，是一种更优的技术方案。
附图1B所示是所述用于MEMS传感器的折叠弹簧组的另一具体实施方式的结构示意图，包括可动部件11、固定部件10以及折叠弹簧12c、12d、12e以及12f。所述可动部件11、固定部件10、以及折叠弹簧12c、12d、12e以及12f设置在同一XY平面内。本具体实施方式中，可动部件11的运动方式是在图面内往复转动，有效运动方向应当是旋转轨迹的切向。因此，所述折叠弹簧12c、12d、12e以及12f的轴向与所述可动部件11的有效运动方向仍然是垂直 的，且相对的两个折叠弹簧的轴向设置在同一条直线上。上述的是设置方式，也满足折叠弹簧轴向与可动部件的有效运动方向垂直的设置条件，故也可以避免可动部件运动时发生面外耦合。
接下来以陀螺为例给出本发明的MEMS传感器的具体实施方式。参考附图2所示是本具体实施方式所述陀螺的结构示意图，所述陀螺包括设置在同一平面内的可动部件211、212、213以及214，固定部件20，以及多个折叠弹簧。本具体实施方式中，可动部件为4个，设置在一十字梁23上，分别沿着X和Y两个垂直方向上设置。固定部件20为陀螺的外框。在其它的具体实施方式中，所述MEMS传感器也可以是其它类型的传感器，例如加速度计。
附图3所示是可动部件211的放大示意图，所述折叠弹簧32a、32b、32c以及32d连接所述可动部件211与固定部件20。所述折叠弹簧32a、32b、32c以及32d的轴向与所述可动部件211的有效运动方向垂直。对于附图2所示的陀螺，可动部件211沿着X方向运动的信号是能够被检测到的有用信号，故X方向是其有效运动方向。折叠弹簧32a与32b的轴向设置在同一条直线上，折叠弹簧32c与32d的轴向设置在同一条直线上。在可动部件211的运动过程中，折叠弹簧32a与32b、以及32c与32d的轴向与所述可动部件211的有效运动方向垂直，这样能够降低在可动部件211的运动过程中产生的面外耦合力。并且对称设置两个折叠弹簧32a与32b、以及32c与32d的轴向设置在同一条直线上，能够使可动部件211的运动状态更稳定，是一种更优的技术方案。
其它可动部件中的每一个也都通过折叠弹簧与外框连接，且所述每一组中的两个折叠弹簧的轴向与所述可动部件的有效运动方向垂直，且所述两个折叠弹簧的轴向设置在同一条直线上。
所述折叠弹簧连接所述可动部件213与固定部件20。所述折叠弹簧的轴向 与所述可动部件213的有效运动方向垂直。可动部件213沿着X方向运动的信号是能够被检测到的有用信号，故X方向是其有效运动方向。折叠弹簧的轴向设置在同一条直线上。在可动部件213的运动过程中，折叠弹簧的轴向与所述可动部件213的有效运动方向垂直，这样能够降低在可动部件213的运动过程中产生的面外耦合力。并且对称设置两个折叠弹簧32a与32b、以及32c与32d的轴向设置在同一条直线上，能够使可动部件213的运动状态更稳定，是一种更优的技术方案。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于MEMS传感器的折叠弹簧组，包括至少一个折叠弹簧，所述折叠弹簧连接一可动部件与一固定部件，所述可动部件、固定部件、以及折叠弹簧设置在同一平面内，其特征在于，所述折叠弹簧的轴向与所述可动部件的有效运动方向垂直。
2.根据权利要求1所述的用于MEMS传感器的折叠弹簧组，其特征在于，所述折叠弹簧组的数目为两个，每一个折叠弹簧均连接至相同的一可动部件与一固定部件，所述可动部件、固定部件、以及折叠弹簧设置在同一平面内，所述每一个折叠弹簧的轴向与所述可动部件的有效运动方向垂直，且所述两个折叠弹簧的轴向设置在同一条直线上。
3.根据权利要求1所述的用于MEMS传感器的折叠弹簧组，其特征在于，所述折叠弹簧的侧壁与设置所述可动部件、固定部件、以及折叠弹簧的平面具有一大于0度并小于90度的夹角。
4.根据权利要求1所述的用于MEMS传感器的折叠弹簧组，其特征在于，所述MEMS传感器为陀螺仪，所述可动部件选自于检测质量块和驱动质量块中的任意一种。
5.一种MEMS传感器，包括设置在同一平面内的可动部件、固定部件、以及至少一个折叠弹簧，所述折叠弹簧连接一可动部件与一固定部件，所述可动部件、固定部件、以及折叠弹簧设置在同一平面内，其特征在于，所述折叠弹簧的轴向与所述可动部件的有效运动方向垂直。
6.根据权利要求5所述的MEMS传感器，其特征在于，可动部件为多个，包括X方向为有效运动方向的可动部件，以及Y方向为有效运动方向的可动部件。
7.根据权利要求5所述的MEMS传感器，其特征在于，所述MEMS传感器 包括多组折叠弹簧，每一组折叠弹簧的数目为两个，其中每一个折叠弹簧均连接所述可动部件与固定部件，所述每一个折叠弹簧的轴向与所连接的可动部件的有效运动方向垂直，且所述两个折叠弹簧的轴向设置在同一条直线上。
8.根据权利要求5所述的MEMS传感器，其特征在于，所述折叠弹簧的侧壁与设置所述可动部件、固定部件、以及折叠弹簧的平面具有一大于0度并小于90度的夹角。
9.根据权利要求5所述的MEMS传感器，其特征在于，所述MEMS传感器为陀螺仪，所述可动部件选自于检测质量块和驱动质量块中的任意一种。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1511259A (zh) * 2001-03-21 2004-07-07 Vti 制造硅传感器的方法以及硅传感器
CN101789329A (zh) * 2010-03-19 2010-07-28 上海交通大学 三维多方向敏感的微机械惯性电学开关
US20100186507A1 (en) * 2007-09-10 2010-07-29 Guenthner Stefan Micromechanical rotation rate sensor with a coupling bar and suspension spring elements for quadrature suppression
CN102183246A (zh) * 2009-12-24 2011-09-14 意法半导体股份有限公司 具有改进的驱动结构的集成微机电陀螺仪
CN102365524A (zh) * 2009-03-02 2012-02-29 Vti技术有限公司 微机械角速度传感器
CN103026172A (zh) * 2010-04-20 2013-04-03 玛克西姆综合公司 用于探测运动的微陀螺仪
CN103076012A (zh) * 2011-10-26 2013-05-01 飞思卡尔半导体公司 带有离轴弹簧***的惯性传感器
CN103185574A (zh) * 2011-12-30 2013-07-03 财团法人工业技术研究院 一种具有振荡模块的微机电***装置
US20140000367A1 (en) * 2010-10-25 2014-01-02 Rosemount Aerospace Inc. Mems gyros with quadrature reducing springs
CN104482930A (zh) * 2014-12-04 2015-04-01 中国科学院半导体研究所 应用在mems器件中的弱耦合弹性梁结构
CN105074384A (zh) * 2012-12-24 2015-11-18 原子能和替代能源委员会 简化校准的陀螺仪以及陀螺仪的简化校准方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1511259A (zh) * 2001-03-21 2004-07-07 Vti 制造硅传感器的方法以及硅传感器
US20100186507A1 (en) * 2007-09-10 2010-07-29 Guenthner Stefan Micromechanical rotation rate sensor with a coupling bar and suspension spring elements for quadrature suppression
CN102365524A (zh) * 2009-03-02 2012-02-29 Vti技术有限公司 微机械角速度传感器
CN102183246A (zh) * 2009-12-24 2011-09-14 意法半导体股份有限公司 具有改进的驱动结构的集成微机电陀螺仪
CN101789329A (zh) * 2010-03-19 2010-07-28 上海交通大学 三维多方向敏感的微机械惯性电学开关
CN103026172A (zh) * 2010-04-20 2013-04-03 玛克西姆综合公司 用于探测运动的微陀螺仪
US20140000367A1 (en) * 2010-10-25 2014-01-02 Rosemount Aerospace Inc. Mems gyros with quadrature reducing springs
CN103076012A (zh) * 2011-10-26 2013-05-01 飞思卡尔半导体公司 带有离轴弹簧***的惯性传感器
CN103185574A (zh) * 2011-12-30 2013-07-03 财团法人工业技术研究院 一种具有振荡模块的微机电***装置
CN105074384A (zh) * 2012-12-24 2015-11-18 原子能和替代能源委员会 简化校准的陀螺仪以及陀螺仪的简化校准方法
CN104482930A (zh) * 2014-12-04 2015-04-01 中国科学院半导体研究所 应用在mems器件中的弱耦合弹性梁结构

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