一种MEMS单轴陀螺仪的制作方法

本发明涉及单轴陀螺，尤其涉及一种mems单轴陀螺仪。

背景技术：

1、陀螺仪是用于测量转动角速度或者角位移的传感器，其中，mems陀螺仪以其体积小、功耗低及电路集成度好等优点而被广泛应用于电子、汽车、航空等领域。mems陀螺仪利用科里奥利效应实现检测，目前常见的mems陀螺仪一般采用对称双质量块结构，在驱动状态下两个质量块同步反向运动，在检测状态下两个质量块分别在科氏力方向上发生二次谐振运动，最后通过差分输出的方式检测科氏力信号，其优点在于可以抵消掉外界冲击和振动引起的共模信号，在一定程度上提高陀螺仪的精度和稳定性，不足之处在于，这种双质量块结构无法抑制驱动方向的振动和冲击，使得陀螺仪在高振动和冲击环境中的精度和稳定性无法进一步得到提高。

技术实现思路

1、基于以上所述，本发明的目的在于提供一种mems单轴陀螺仪，抑制了驱动方向的振动和冲击对结构的影响，增加了测量的精度，通过全差分实现对角速度的测量，提高了检测的灵敏度。

2、为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种mems单轴陀螺仪，包括两个陀螺单元，每个所述陀螺单元均包括：

4、两个质量块，沿第一方向分布；

5、两组驱动电极，每组所述驱动电极均设置在一个所述质量块上，两组所述驱动电极能够分别驱动两个所述质量块沿所述第一方向同步反向往复运动；

6、两个解耦框，每个所述解耦框均与一个所述质量块弹性连接，所述解耦框能够随所述质量块运动；

7、两个检测框，分别与两个所述解耦框对应，每个所述检测框上均设有能够检测第二方向的角速度的检测电极，所述检测框能够随解耦框沿第三方向运动，第一方向、第二方向及第三方向两两垂直；

8、第一连接梁，其能够沿所述第一方向伸缩且其两端分别与所述解耦框和所述检测框相连；

9、第二连接梁，两端分别与两个所述检测框相连，所述第二连接梁能够沿所述第二方向转动；

10、第三连接梁，能够沿第三方向变形且所述第三连接梁分别与所述质量块和所述解耦框连接；

11、两个所述陀螺单元的所述质量块通过第四连接梁连接，所述第四连接梁能够沿所述第三方向转动。

12、作为一种mems单轴陀螺仪的优选方案，所述第一方向为x轴方向，所述第二方向为y轴方向，所述第三方向为z轴方向，所述检测框和与其正对的衬底形成所述检测电极；或者，所述第一方向为y轴方向，所述第二方向为x轴方向，所述第三方向为z轴方向，所述检测框和与其正对的衬底形成所述检测电极。

13、作为一种mems单轴陀螺仪的优选方案，所述第三连接梁为能够沿z轴方向变形的第一驱动解耦梁，所述第一驱动解耦梁包括第一竖梁和两个第一横梁，所述第一竖梁沿所述第二方向延伸且其两端分别与两个所述第一横梁相连，所述第一横梁沿所述第一方向延伸，其中一个所述第一横梁的两端分别与所述质量块相连，另一个所述第一横梁的两端分别与所述解耦框相连。

14、作为一种mems单轴陀螺仪的优选方案，所述陀螺单元还包括第一锚点和能够沿所述第三方向变形的第一检测固定梁，所述第一检测固定梁包括第二竖梁和两个第二横梁，所述第二竖梁沿所述第二方向延伸且其两端分别与两个所述第二横梁相连，所述第二横梁沿所述第一方向延伸，其中一个所述第二横梁的两端分别与所述第一锚点相连，另一个所述第二横梁的两端分别与所述检测框相连。

15、作为一种mems单轴陀螺仪的优选方案，所述第一方向为x轴方向，所述第二方向为z轴方向，所述第三方向为y轴方向，所述检测电极的活动部分设置在所述检测框上，所述第三连接梁为能够沿所述y轴方向伸缩的第二驱动解耦梁，所述第二驱动解耦梁分别与所述质量块和所述解耦框连接。

16、作为一种mems单轴陀螺仪的优选方案，所述陀螺单元还包括第二锚点和第二检测固定梁，所述第二检测固定梁能够沿所述第三方向伸缩，所述第二检测固定梁的两端分别与所述第二锚点和所述检测框相连。

17、作为一种mems单轴陀螺仪的优选方案，所述mems单轴陀螺仪还包括检测连接梁，所述检测连接梁能够沿两个所述陀螺单元靠近或者远离彼此的方向伸缩，所述检测连接梁的两端分别与两个所述陀螺单元的所述检测框相连。

18、作为一种mems单轴陀螺仪的优选方案，所述陀螺单元还包括第三锚点和驱动固定梁，所述驱动固定梁能够沿所述第一方向伸缩，所述驱动固定梁的两端分别与所述第三锚点和所述质量块相连。

19、作为一种mems单轴陀螺仪的优选方案，所述第二连接梁包括第一转动块、第一直梁、第二直梁及第三直梁，所述陀螺单元还包括第四锚点，所述第一直梁、所述第二直梁及所述第三直梁均与所述第一转动块相连，所述第一直梁与一个所述检测框相连，所述第二直梁与所述第四锚点相连，所述第三直梁与另一个所述检测框相连。

20、作为一种mems单轴陀螺仪的优选方案，所述第四连接梁包括第二转动块、第四直梁、第五直梁及第六直梁，所述陀螺单元还包括第五锚点，所述第四直梁、所述第五直梁及所述第六直梁均沿所述第一方向延伸且均与所述第二转动块相连，所述第四直梁与一个所述陀螺单元的所述质量块相连，所述第五直梁与所述第五锚点相连，所述第六直梁与另一个所述陀螺单元的所述质量块相连。

21、本发明的有益效果为：

22、本发明公开的mems单轴陀螺仪，第二连接梁将每个陀螺单元的两个检测框弹性连接，第四连接梁将两个陀螺单元的质量块弹性连接，提升了mems单轴陀螺仪在振动和冲击环境中的可靠性，每个检测框上均设有能够检测第二方向角速度的检测电极，两个陀螺单元包括四个检测电极，四个检测电极形成了四个差分电极，进而组成了全差分电极，实现对第二方向角速度的检测，提高了检测的灵敏度，抑制了共模信号，增加了测量的精度，增设的解耦框、第一连接梁及第三连接梁实现了驱动和检测的双向解耦，进一步增加了测量的精度。

技术特征：

1.一种mems单轴陀螺仪，其特征在于，包括两个陀螺单元，每个所述陀螺单元均包括：

2.根据权利要求1所述的mems单轴陀螺仪，其特征在于，所述第一方向为x轴方向，所述第二方向为y轴方向，所述第三方向为z轴方向，所述检测框和与其正对的衬底形成所述检测电极；或者，所述第一方向为y轴方向，所述第二方向为x轴方向，所述第三方向为z轴方向，所述检测框和与其正对的衬底形成所述检测电极。

3.根据权利要求2所述的mems单轴陀螺仪，其特征在于，所述第三连接梁为能够沿z轴方向变形的第一驱动解耦梁，所述第一驱动解耦梁包括第一竖梁和两个第一横梁，所述第一竖梁沿所述第二方向延伸且其两端分别与两个所述第一横梁相连，所述第一横梁沿所述第一方向延伸，其中一个所述第一横梁的两端分别与所述质量块相连，另一个所述第一横梁的两端分别与所述解耦框相连。

4.根据权利要求2所述的mems单轴陀螺仪，其特征在于，所述陀螺单元还包括第一锚点和能够沿所述第三方向变形的第一检测固定梁，所述第一检测固定梁包括第二竖梁和两个第二横梁，所述第二竖梁沿所述第二方向延伸且其两端分别与两个所述第二横梁相连，所述第二横梁沿所述第一方向延伸，其中一个所述第二横梁的两端分别与所述第一锚点相连，另一个所述第二横梁的两端分别与所述检测框相连。

5.根据权利要求1所述的mems单轴陀螺仪，其特征在于，所述第一方向为x轴方向，所述第二方向为z轴方向，所述第三方向为y轴方向，所述检测电极的活动部分设置在所述检测框上，所述第三连接梁为能够沿所述y轴方向伸缩的第二驱动解耦梁，所述第二驱动解耦梁分别与所述质量块和所述解耦框连接。

6.根据权利要求5所述的mems单轴陀螺仪，其特征在于，所述陀螺单元还包括第二锚点和第二检测固定梁，所述第二检测固定梁能够沿所述第三方向伸缩，所述第二检测固定梁的两端分别与所述第二锚点和所述检测框相连。

7.根据权利要求1所述的mems单轴陀螺仪，其特征在于，所述mems单轴陀螺仪还包括检测连接梁，所述检测连接梁能够沿两个所述陀螺单元靠近或者远离彼此的方向伸缩，所述检测连接梁的两端分别与两个所述陀螺单元的所述检测框相连。

8.根据权利要求1所述的mems单轴陀螺仪，其特征在于，所述陀螺单元还包括第三锚点和驱动固定梁，所述驱动固定梁能够沿所述第一方向伸缩，所述驱动固定梁的两端分别与所述第三锚点和所述质量块相连。

9.根据权利要求1所述的mems单轴陀螺仪，其特征在于，所述第二连接梁包括第一转动块、第一直梁、第二直梁及第三直梁，所述陀螺单元还包括第四锚点，所述第一直梁、所述第二直梁及所述第三直梁均与所述第一转动块相连，所述第一直梁与一个所述检测框相连，所述第二直梁与所述第四锚点相连，所述第三直梁与另一个所述检测框相连。

10.根据权利要求1所述的mems单轴陀螺仪，其特征在于，所述第四连接梁包括第二转动块、第四直梁、第五直梁及第六直梁，所述陀螺单元还包括第五锚点，所述第四直梁、所述第五直梁及所述第六直梁均沿所述第一方向延伸且均与所述第二转动块相连，所述第四直梁与一个所述陀螺单元的所述质量块相连，所述第五直梁与所述第五锚点相连，所述第六直梁与另一个所述陀螺单元的所述质量块相连。

技术总结
本发明涉及单轴陀螺技术领域，公开一种MEMS单轴陀螺仪，包括两个陀螺单元，每个陀螺单元均包括：质量块；驱动电极，设置在质量块上；解耦框，与质量块弹性连接；检测框，检测框上均设有检测第二方向的角速度的检测电极；第一连接梁，其两端分别与解耦框和检测框相连；第二连接梁，能够沿第二方向转动且两端分别与两个检测框相连；第三连接梁，能够沿第三方向变形且分别与质量块和解耦框连接；两个陀螺单元的质量块通过能够沿第三方向转动的第四连接梁连接。本发明公开的MEMS单轴陀螺仪，提升了MEMS单轴陀螺仪在振动和冲击环境中的可靠性，抑制了共模信号，增加了测量的精度，通过全差分实现对角速度的测量，提高了检测的灵敏度。

技术研发人员：王章辉,柳俊文,史晓晶,胡引引
受保护的技术使用者：南京元感微电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15