專利名稱：膜式微型陀螺儀及具有該陀螺儀的測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微型陀螺儀，尤指一種膜式微型陀螺儀，可建立有效的最佳化程序分析、具有多種振動(dòng)模態(tài)；具有高角速度的感測(cè)可得到較高的靈敏度。
背景技術(shù)：
陀螺儀是一種可以感測(cè)自身相對(duì)慣性坐標(biāo)系空間的角速度的裝置。陀螺儀問(wèn)世至今已有一百多年的時(shí)間了，早期陀螺儀的發(fā)展大多集中在航空工業(yè)的導(dǎo)航應(yīng)用，是一種售價(jià)非常昂貴的儀器，尤其在系統(tǒng)整合方面范圍更涵蓋了機(jī)械、電機(jī)、控制、電子工程等領(lǐng)域。更因?yàn)槿绱耸沟每臻g的運(yùn)動(dòng)感測(cè)如加速度、角速度、角加速度在以往都是屬于高價(jià)位的應(yīng)用。隨著微機(jī)電技術(shù)的發(fā)展，精密而低價(jià)的陀螺儀也成為研發(fā)的重點(diǎn)，且應(yīng)用于民用，如近幾年來(lái)在汽車傳感器的應(yīng)用、安全氣囊的加速度計(jì)、防止車輛側(cè)翻(rollover)或打滑的傳感器(yaw rate sensor)等都已逐漸普遍。另外消費(fèi)性電子產(chǎn)品的應(yīng)用如數(shù)字?jǐn)z影機(jī)的畫面穩(wěn)定系統(tǒng)、3D鼠標(biāo)、電子游戲搖桿等的應(yīng)用更是極具潛力，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)；凡是涉及力量及運(yùn)動(dòng)的物理量檢測(cè)都可運(yùn)用的微型陀螺儀，可見(jiàn)發(fā)展微型陀螺儀的重要。
現(xiàn)有的微型陀螺儀大致為振動(dòng)式平衡環(huán)或音叉，此類結(jié)構(gòu)特征是具有一環(huán)狀的質(zhì)量塊，此質(zhì)量塊受一周期變化的驅(qū)動(dòng)外力激勵(lì)，當(dāng)外加的角速度產(chǎn)生科氏力的作用后，感測(cè)端就會(huì)因?yàn)槭釥罱Y(jié)構(gòu)(或其它形式的感測(cè)電極)而有電壓差變化輸出。如美國(guó)專利5932804號(hào)揭露的微型陀螺儀。然而現(xiàn)有的微型陀螺儀仍有下列問(wèn)題(1)耦合方程式復(fù)雜，無(wú)法建立有效的最佳化程序。
(2)僅一種振動(dòng)模態(tài)，且驅(qū)動(dòng)端與感測(cè)端的振動(dòng)頻率要同時(shí)趨向共振點(diǎn)不易完成。
(3)高角速度的感測(cè)其靈敏度較低。
實(shí)用新型內(nèi)容因此本實(shí)用新型的主要目的是提供一種方程式簡(jiǎn)單，可建立有效的最佳化程序分析的膜式微型陀螺儀。
本實(shí)用新型的另一目的是提供一種具有多種振動(dòng)模態(tài)，容易趨向共振點(diǎn)的膜式微型陀螺儀。
本實(shí)用新型的又一目的是提供一種具有高角速度的感測(cè)且可得到較高的靈敏度的膜式微型陀螺儀。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種膜式微型陀螺儀包含一基板，在其一上表面上具有一第一電極區(qū)；一薄膜，由一支撐單元固定在該基板上；一上蓋，在其一下表面上具有第二電極區(qū)。
如上所述的膜式微型陀螺儀，其中，該第一電極區(qū)具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，該第二電極區(qū)具有多個(gè)感測(cè)電極。
如上所述的膜式微型陀螺儀，其中，該第一電極區(qū)具有多個(gè)感測(cè)電極，該第二電極區(qū)具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極。
如上所述的膜式微型陀螺儀，其中，該支撐單元是支撐環(huán)。
如上所述的膜式微型陀螺儀，其中，該支撐單元是多個(gè)支撐架。
如上所述的膜式微型陀螺儀，其中，所述基板可為硅基板或陶瓷基板。
如上所述的膜式微型陀螺儀，其中，所述的電極區(qū)可為硅或金屬電極。
如上所述的膜式微型陀螺儀，其中，所述上蓋可為硅基板、陶瓷基板或玻璃基板。
如上所述的膜式微型陀螺儀，其中，薄膜可具有多個(gè)氣孔。
如上所述的膜式微型陀螺儀，其中，所述上蓋具有多層的磁阻讀取頭，所述薄膜具有磁阻自由層的線路。
本實(shí)用新型還提供了一種具有該膜式微型陀螺儀的檢測(cè)裝置，包含一膜式微型陀螺儀，具有一基板；在該基板上形成的一集成電路；在該基板上封裝的至少一表面安裝型模擬電路組件；該膜式微型陀螺儀還具有位在基板上表面的一第一電極區(qū)；
一薄膜，由一支撐單元固定在該基板上；一上蓋，在其一下表面上具有第二電極區(qū)。
如上所述的膜式微型陀螺儀檢測(cè)裝置，其中，該第一電極區(qū)具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，該第二電極區(qū)具有個(gè)感測(cè)電極。
如上所述的膜式微型陀螺儀檢測(cè)裝置，其中，該第一電極區(qū)具有多個(gè)感測(cè)電極，該第二電極區(qū)具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極。
如上所述的膜式微型陀螺儀檢測(cè)裝置，其中，該支撐單元是支撐環(huán)。
如上所述的膜式微型陀螺儀檢測(cè)裝置，其中，該支撐單元是多個(gè)支撐架。
如上所述的膜式微型陀螺儀檢測(cè)裝置，其中，所述基板可為硅基板或陶瓷基板。
如上所述的膜式微型陀螺儀檢測(cè)裝置，其中，所述電極區(qū)可為硅或金屬電極。
如上所述的膜式微型陀螺儀檢測(cè)裝置，其中，所述上蓋可為硅基板、陶瓷基板或玻璃基板。
如上所述的膜式微型陀螺儀檢測(cè)裝置，其中，薄膜可具有多個(gè)氣孔。
如上所述的膜式微型陀螺儀檢測(cè)裝置，其中，所述上蓋具有多層的磁阻讀取頭，所述薄膜具有磁阻自由層的線路。
本實(shí)用新型的有益效果是，該薄膜在由驅(qū)動(dòng)電極驅(qū)動(dòng)后，會(huì)因?yàn)橐煌庠诮撬俣取⒔羌铀俣然蛞粦T性作用力的影響產(chǎn)生額外的變化，進(jìn)而感測(cè)電極感測(cè)到此外在的作用力，通過(guò)感測(cè)電路的設(shè)計(jì)將此信號(hào)輸出而完成感測(cè)動(dòng)作。該膜式微型陀螺儀可建立有效的最佳化程序分析、具有多種振動(dòng)模態(tài)；具有高角速度的感測(cè)可得到較高的靈敏度。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1所示為本實(shí)用新型的膜式微型陀螺儀的側(cè)視圖；圖2所示為本實(shí)用新型的膜式微型陀螺儀的分解圖；圖3為本實(shí)用新型的膜式微型陀螺儀的另一較佳具體實(shí)例的上視圖；圖4為本實(shí)用新型的另一較佳具體實(shí)施例的示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下
1 膜式微型陀螺儀檢測(cè)裝置10 膜式微型陀螺儀 12 功能特定集成電路14 表面安裝型模擬電路組件100 基板 102 第一電極區(qū)110 薄膜 112 固定環(huán)114 支撐架 116 氣孔120 上蓋 122 第二電極區(qū)具體實(shí)施方式
如圖1所示，為本實(shí)用新型的膜式微型陀螺儀10的側(cè)視圖；如圖2所示，為本實(shí)用新型的膜式微型陀螺儀10的分解圖。本實(shí)用新型的膜式微型陀螺儀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之上且將薄膜110包覆的上蓋120。如圖1所示，在基板100的上表面具有第一電極區(qū)102；該薄膜110是由固定環(huán)112(參見(jiàn)后文說(shuō)明)或是支撐架114而固定在基板100的上表面上；該上蓋120具有U型剖面，且在其下表面上有第二電極區(qū)122。
如圖2所示，該第一電極區(qū)102例如可以為四個(gè)對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)電極；該薄膜110具有四個(gè)對(duì)稱的支撐架114；該第二電極區(qū)122也具有四個(gè)對(duì)稱的感測(cè)電極。參見(jiàn)圖1，在第一電極區(qū)102的驅(qū)動(dòng)電極適當(dāng)?shù)募右则?qū)動(dòng)電壓后，該薄膜110即會(huì)震動(dòng)(參見(jiàn)虛線部份)。例如驅(qū)動(dòng)電極以靜電力產(chǎn)生振動(dòng)模態(tài)或以順時(shí)針(或逆時(shí)針)方向依序產(chǎn)生吸引的力量使薄膜110處于環(huán)狀激勵(lì)狀態(tài)下而振動(dòng)。當(dāng)受到一外在角速度、角加速度或一慣性作用力的影響時(shí)薄膜110產(chǎn)生振動(dòng)的位移就會(huì)發(fā)生額外的變化，進(jìn)而第二電極區(qū)122的感測(cè)電極感測(cè)到此外在的作用力，通過(guò)感測(cè)電路的設(shè)計(jì)將此信號(hào)輸出而完成感測(cè)動(dòng)作。
參見(jiàn)圖3，為本實(shí)用新型的膜式微型陀螺儀10的另一較佳具體實(shí)例的上視圖，在此具體實(shí)例中，薄膜110是由固定環(huán)112而固定在基板100的上表面上，且具有多個(gè)氣孔116，因此可以減少震動(dòng)時(shí)的空氣阻力。
參見(jiàn)圖4，為本實(shí)用新型提供的具有該膜式微型陀螺儀的檢測(cè)裝置的示意圖。是由單一型態(tài)的力學(xué)結(jié)構(gòu)，通過(guò)模擬線路的設(shè)計(jì)將可實(shí)現(xiàn)共享專用芯片的目的(common ASIC)，各組件間的關(guān)系如圖4所示，在單一基板100之上利用硅制程制作出本實(shí)用新型的膜式微型陀螺儀10、一功能特定集成電路12、及多個(gè)表面安裝型模擬電路組件(SMD)14。除了可節(jié)省微加工制程的成本外，通過(guò)模擬線路的改變可以本技術(shù)容易做到共享專用IC。
再者，依據(jù)本實(shí)用新型的膜式微型陀螺儀10可以如下列所述方式制作(1)首先利用微機(jī)電制程技術(shù)在一基板上鍍上第一電極區(qū)，此基板可為硅基板或陶瓷基板，而電極區(qū)可為硅或任何金屬電極，做為驅(qū)動(dòng)電極使用時(shí)以順時(shí)針(或逆時(shí)針)方向依序產(chǎn)生吸引的力量使薄膜處于環(huán)狀激勵(lì)狀態(tài)下而振動(dòng)。該基板可為感測(cè)端或驅(qū)動(dòng)端，適當(dāng)設(shè)計(jì)可同時(shí)兼具兩者的功能。
(2)利用蝕刻或鍍膜生長(zhǎng)的技術(shù)制作出此振動(dòng)薄膜，適當(dāng)設(shè)計(jì)支撐架可提升感測(cè)的靈敏度。
(3)置備一上蓋，將上蓋鍍上電極，此上蓋可為硅基板、陶瓷基板或玻璃基板，而電極可為硅或任何金屬電極，然后將上蓋置于基材上。
(4)再者本實(shí)用新型也可結(jié)合磁阻材料的鍍膜感測(cè)技術(shù)將可提高組件的感測(cè)靈敏度，為提高靈敏度，可將原上蓋鍍上多層的磁阻讀取頭(multilayerMR head)，再將翻轉(zhuǎn)磁阻自由層(MR free layer)的線路鍍?cè)谡駝?dòng)薄膜上，當(dāng)薄膜振動(dòng)時(shí)就可讀取其電壓(V)的變化。
總而言之，本實(shí)用新型的膜式微型陀螺儀的運(yùn)動(dòng)分析受振動(dòng)模態(tài)或環(huán)狀激勵(lì)的影響，其運(yùn)動(dòng)行為分析較容易。不同的模態(tài)振動(dòng)或環(huán)狀激勵(lì)的速度將可得到不同的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，易于針對(duì)單一型態(tài)的力學(xué)結(jié)構(gòu)做最佳化設(shè)計(jì)。此一型態(tài)的力學(xué)結(jié)構(gòu)可包括大范圍的外在感測(cè)角速度。結(jié)合磁阻材料的鍍膜感測(cè)技術(shù)將可提高組件的感測(cè)靈敏度。
綜上所述，本實(shí)用新型的膜式微型陀螺儀，可建立有效的最佳化程序分析、具有多種振動(dòng)模態(tài)；具有高角速度的感測(cè)可得到較高的靈敏度，實(shí)為一不可多得的實(shí)用新型。
但須知本案范圍不限于上述具體實(shí)例，而可做種種變化，皆在本案專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種膜式微型陀螺儀，其特征在于，包含一基板，在其一上表面上具有一第一電極區(qū)；一薄膜，由一支撐單元固定在該基板上；一上蓋，在其一下表面上具有第二電極區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的膜式微型陀螺儀，其特征在于，該第一電極區(qū)具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，該第二電極區(qū)具有多個(gè)感測(cè)電極。
3.如權(quán)利要求1所述的膜式微型陀螺儀，其特征在于，該第一電極區(qū)具有多個(gè)感測(cè)電極，該第二電極區(qū)具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極。
4.如權(quán)利要求1所述的膜式微型陀螺儀，其特征在于，該支撐單元是支撐環(huán)。
5.如權(quán)利要求1所述的膜式微型陀螺儀，其特征在于，該支撐單元是多個(gè)支撐架。
6.如權(quán)利要求1所述的膜式微型陀螺儀，其特征在于，所述基板可為硅基板或陶瓷基板。
7.如權(quán)利要求1所述的膜式微型陀螺儀，其特征在于，所述的電極區(qū)可為硅或金屬電極。
8.如權(quán)利要求1所述的膜式微型陀螺儀，其特征在于，所述上蓋可為硅基板、陶瓷基板或玻璃基板。
9.如權(quán)利要求1所述的膜式微型陀螺儀，其特征在于，薄膜可具有多個(gè)氣孔。
10.如權(quán)利要求1所述的膜式微型陀螺儀，其特征在于，所述上蓋具有多層的磁阻讀取頭，所述薄膜具有磁阻自由層的線路。
11.一種具有膜式微型陀螺儀的檢測(cè)裝置，其特征在于，包含一膜式微型陀螺儀，具有一基板；在所述基板上形成的一集成電路；在所述基板上封裝的至少一表面安裝型模擬電路組件；該膜式微型陀螺儀還具有位在基板上表面的一第一電極區(qū)；一薄膜，由一支撐單元固定在該基板上；一上蓋，在其一下表面上具有第二電極區(qū)。
12.如權(quán)利要求11所述的具有膜式微型陀螺儀的檢測(cè)裝置，其特征在于，該第一電極區(qū)具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，該第二電極區(qū)具有個(gè)感測(cè)電極。
13.如權(quán)利要求11所述的具有膜式微型陀螺儀的檢測(cè)裝置，其特征在于，該第一電極區(qū)具有多個(gè)感測(cè)電極，該第二電極區(qū)具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極。
14.如權(quán)利要求11所述的具有膜式微型陀螺儀的檢測(cè)裝置，其特征在于，該支撐單元是支撐環(huán)。
15.如權(quán)利要求11所述的具有膜式微型陀螺儀的檢測(cè)裝置，其特征在于，該支撐單元是多個(gè)支撐架。
16.如權(quán)利要求11所述的具有膜式微型陀螺儀的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述基板可為硅基板或陶瓷基板。
17.如權(quán)利要求11所述的具有膜式微型陀螺儀的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述電極區(qū)可為硅或金屬電極。
18.如權(quán)利要求11所述的具有膜式微型陀螺儀的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述上蓋可為硅基板、陶瓷基板或玻璃基板。
19.如權(quán)利要求11所述的具有膜式微型陀螺儀的檢測(cè)裝置，其特征在于，薄膜可具有多個(gè)氣孔。
20.如權(quán)利要求11所述的具有膜式微型陀螺儀的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述上蓋具有多層的磁阻讀取頭，所述薄膜具有磁阻自由層的線路。
專利摘要一種膜式微型陀螺儀包含一基板，在其一上表面上具有一第一電極區(qū)；一薄膜，由一支撐單元以固定在該基板上；一上蓋，在其一下表面上具有第二電極區(qū)。該第一電極區(qū)具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，該第二電極區(qū)具有個(gè)感測(cè)電極。該薄膜在由驅(qū)動(dòng)電極驅(qū)動(dòng)后，會(huì)因?yàn)橐煌庠诮撬俣?、角加速度或一慣性作用力的影響產(chǎn)生額外的變化，進(jìn)而感測(cè)電極感測(cè)到此外在的作用力，通過(guò)感測(cè)電路的設(shè)計(jì)將此信號(hào)輸出而完成感測(cè)動(dòng)作。該膜式微型陀螺儀可建立有效的最佳化程序分析、具有多種振動(dòng)模態(tài)；具有高角速度的感測(cè)可得到較高的靈敏度。
文檔編號(hào)G01C19/5621GK2636198SQ03272868
公開日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2003年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月14日
發(fā)明者蔡明杰, 陳其亮, 黃吉川, 張杰雄 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院