TWI230781B - Microgyroscope tunable for translational acceleration - Google Patents

Description

1230781 五、發明說明（1) 一、 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一用於感測一角速度之 關於一不易於受外部干擾予彡鲤 _ 办署之楗方向儀，其可在一相同 的方向上及/或以—感測方向内相同的共振頻率同步化一 感測電極及相對應之感測平衡物，以消除因擾動而引起外 部平移加速度而產生之不必要之信號輸出。 二、 【先前技術】 — 方向儀係一感測裝置，可偵測旋轉角速度，且係現 H舶及飛機之精確航行之核心部分。近來，微機電系統1 (MEMS)技術之發展使得方向儀可應用於汽車之導航裝置且 可做為高性能攝影機之手晃動補償裝置。 方向儀係根據C 〇 r i 〇 1 i s力而運作，其係在一沿一第一 向振，或旋轉之質量被施加一以等角速度在正交於該 嗲折ί之第二轴方向上旋轉之力時在第三軸方向上作用於 〆貝量上。該角速度係藉由感測該感測平衡物之位移改變 及電容改變而被偵測。 八參考圖1，例示一習知之MEMS技術之微方向儀10，包 各振盪平衡物12，具有一振盪質量，其藉由一 之 f ^ 之振盪方向彈性物體1 3或一阻尼器1 5以一共振頻率 it動且在水平方向，即，X轴方向振動；一驅動電極16， ^々驅動梳齒1 7，以預定之間距配置於振盪平衡物1 2之振 質t齒14間且固定於晶圓11上；感測平衡物18，具有感測 、里Ms ’其藉由一具有預設之阻尼力之感測方向彈性物體

1230781 五、發明說明（2) 19或一阻尼器23與振盪平衡物12 —起振盪且接著以一等角 速度施加之旋轉力在垂直方向，即，Y軸方向上以一共振 頻率fs振盪；及一感測電極22，具有電極梳齒21，以預定 之間距配置於感測平衡物1 8之感測梳齒2 0間且固定於晶圓 11 上。 ' 具前述之構造之微方向儀1 〇將會於後文中說明。首 先’在交流電壓供給至驅動電極1 6時，振盪平衡物1 2及感 測平衡物1 8藉由振盪梳齒1 4、1 7以共振頻率fa在X轴方向上 振盛。 當微方向儀10藉由一外力以一角速度Q旋轉時，該振 盪平衡物12及感測平衡物18在Y軸方向上受到(：〇1^〇113 力。

Cor iol i s加速度之等級以下式表示： * · y coriolis ------------------(1 ) 其中x(〇係振蘯平衡物1 2在X軸方向上之位移對時間的 微分，其中t為時間。 藉由Cor iol is加速度，感測平衡物18藉由彈性物體i 9 在Y軸方向上振盪。假如感測平衡物1 8在γ軸方向上位移即4 使一微小的距離，例如，從數十奈米至數奈米，感測平衡 物18之感測梳齒20與感測電極22之電極梳齒21間之電容就 會變化。因此，在此之電壓改變可被偵測作為一角速度。 然而，除了角速度Ω以外，微方向儀1 〇同時承受外部

第8頁 1230781 五、發明說明（3) 擾動’例如雜訊或振動。假如微方向儀受到此等擾動， 測平衡物1 8因平移加速度而移位。該平移加速度， ^ * V i L , 河別疋 ϋ上’造成感測平衡物1 8移位，且因此感測屮 需要之信號。 ~ ' 不 你1 s ^ f是，在無輸入角速度Ω時之擾動引發之感測平衡 物1 8之振動時出現之信號之特性表示成： 、 ^•COS^i . cos^ t 5 (2) 其中％係振盪平衡物12之共振頻率，％係残測平衡a 18之共振頻率，且A是振幅。 仔这測千衡物· 根據上式（2 )分別表示兩頻率成份可得： lf2A[c〇s(ma ~ + c〇s(^ + ms)t] _______ 兩頻率成份其中之一被移除因為-其通過乙片、目丨念 路之低通濾波器。然而，另-個頻率成分’即號感測電 ’未 通過該低通濾波 益後亦被保留。這是因為感測 A列十衡物1 8之共振頻率％係在 設計程序時設定得比振盪平 成丁 W物1 Z之共振頻率％古 化敏感度，藉此得到一較小的①厂A 门 因此，如圖2所示，不需要的作一 ί 加至微方向儀1 0時被偵測到。 "儿在一外部震動被施 三 【發明内容

1230781 五、發明說明（4) 本發明之特色為提供 儀’其可在同—方向上及 感測電極及相對應之感測 如，雜訊、衝擊等，而產 需要的信號輪出。 為了提供前述特色， 部平移加速度可調諧之微 晶圓上浮動以在一第一方 遠·該振湯暂县· 佩益貝里，一感測質 一第二方向上同時移動， 直，感測電極，用於感 電極支持部，用於可移動 極可在第二方向上與該感 該感測電極部可形成 配置於該感測電極與該晶 向移動。 該感測電極在第二方 遠感測質量在該感測方向 依照本發明之另一較 度可調諧之微方向儀，包 動以在一第一方向上振盪 部平衡物之外側；至少一 梳齒單元，以一預定之間 盪該外部平衡物；内部平 —不易受外部擾動影響之微方 /或以同樣的共振頻率同步化— 平衡物’藉此消除因擾動，例 生之外部平移加速度所造成之不 本發明之一實施例提供 方向儀，包 向上振盪； 量，與該振 其中該第二 測該感測質 地固定該感 測質量一起 為一感測電 圓間以將該 對於夕卜 含一振盪質量，在〜 電極，用於振 一起振盪且在 方向垂 一驅動 盪質量 方向與 量之運 測電極 移動。 極彈性 感測電 該第 動；及一感剛 使得該感測電 物體， 極在該 彈性地 第二方 向上之共振頻率可相等或相似於 之共振頻率。 佳實施例，一對於外部平移加速 含一外部平衡物，在一晶圓上浮 ;複數第一梳齒單元，配置該外 個驅動電極單元，具有複數第二 距配置於該第一梳齒單元間以振 衡物，可移勳地配置於該外部平

IHI _

第10頁 1230781 五、發明說明（5) S内方衡物一起於1二方向上振盪，其中 方向；複數第三梳齒單元，以 \我出該内部平衡：物之内部之— 第二方向…少一個感測電或更多之分部配置於該 物之分部…複數電極梳平元，配置於該内部平衡 於該分部之第三梳齒單元間了，、以一預定之間距配置 可移動地固定該感測電極單一感測電極支持部，用於 部平衡物在該第二方向上移動彳于該感測電極單元與該内 該第二感測電極支持部 體，彈性地配置於該感測電=成為一感測電極桿彈性物省 電極單元在該第二方向上振易早7^及該晶圓間以將該感測 包含一固定在晶圓上且向上\ =二該感測電極桿彈性物體可 桿，彈性地配置以連接錯壯 之鎢狀物，及一彈性水平 該感測電極在感測方向=兩側至該感測電極箏兀。 於該内部平衡物在第-方2之共振頻率可相等於或相似 每-該第一：：：向上之共振頻率。 該内部平衡物之内側單元可包含複 其中複數第三梳齒單元係：=為-單-或複=極 單元可包含分別配置於該内部平=兩侧，且=:一個 或複數感測電極，且具有 〜、物之内側之勿11 ^ 單元間之複數電極梳齒單=預疋之間距配置於該第三松 茲將參照附隨的圖； 似的參考符號指示類=元=說明本發明。在圖示中’相

1230781 五、發明說明（6) 四、【實施方式】 韓國專利申請案第2〇〇2_623 月12號，發明名稱為「，，申凊日為2002年10 儀」，在此提出做為參考。 σ迷度可調諧之微方向 本發明將配合顯示本發明之 細之說明。然』，本發明可以不同=圖式做更詳 於在此例示之實施例。更確切地2= 土 =施、’並不限 付本扰明書更加元整且對於熟知本技藝之人 本發明之範圍。相似之元件以相似之數字表干-整地傳達 圖3”例示依照本發明之一實施例之微方^儀⑽。 依照本發明之一實施例之微方向儀丨〇〇 衡物112，包含在一晶圓U1上浮動以共振頻率fa在水屋平千方 向P X軸方向，上振盈之振盛質量Ma ; —驅動電極 11 6，固定在晶圓1丨丨上且設有以一預定之間距配置在振盪 平衡物11 2之振盪梳齒π 4間之驅動梳齒丨丨7 ;感測平衡物 11 8 ’包含一感測質量吣，配置成當其被施加一角速度Ω時 與振盪平衡物11 2 —起沿一垂直方向，即，γ轴方向，以一 共振頻率fs振盪；一感測電極1 2 2，可移動地固定在晶圓 111上且設有電極梳齒1 2 1，以一預定之間距配置於感測平 衡物11 8之感測梳齒1 2 0間；及一感測電極支持部1 2 8，將 感測電極1 2 2相對於晶圓111可移動地固定，使得在外部震 動施加時，感測電極1 2 2可在與感測平衡物11 8之感測方向 相同的方向，即Y軸方向，上移動。 該振盪平衡物11 2係藉由一彈性地配置於振盪平衡物

第12頁 1230781 五、發明說明（7) 112及晶圓111間之振盪方向彈性物體113在X轴方向上振 盪。該彈性物體11 3具有預定之阻尼力，或阻尼器11 5。 該感測平衡物1 1 8與振盪平衡物1 12 —起在X軸方向上振 盪，且在施加以一預定之角速度Ω旋轉之旋轉力時在一感 測方向，即Y軸方向，上振盪。 雖然圖3例示振盈平衡物11 2具有在一側上形成之驅動 梳齒11 7，且一個驅動電極丨丨6被形成以對應至振盪梳齒 114 ’應了解振盪梳齒114可額外在振盪平衡物Π2之另一 邊上形成且驅動電極116可具有相對應於振盪梳齒丨14對稱 配置之正及負驅動梳齒1 1 7。 ® 雖然圖3說明感測電極1 2 2具有一 1回徑性 此外 可平行Y軸方向配置一對正及負電極以減少感測雜訊並改 進感測精確度。在此例子中，由於正及負感測電極之電極 梳齒121與感測梳齒丨20間之電容係相異的，假如施加一外 部震動’感測平衡物11 8在Y軸方向上之位移可藉由計算從 正及負感測電極122產生之電容差而被感測出來。# 、該可移動地固定感測電極122使其在¥軸方向上移動之 感測電極支持部128具有一感測電極彈性物體124，彈性地 配置於感測電極122及晶圓U1間。該感測電極彈性物體 124设有一預定之阻尼力，或阻尼器125。 感測電極122在感測方向上之共振頻率可與 物118，即感測質* ’之共振頻率相等或相近。‘佳、 為’感測電極122在感測方向上之共振頻率相等 衡物11 8在感測方向上之共振頻率。 ：

第13頁 1230781 五、發明說明（8) 1〇〇Λϋ條件之理由說明如後。假設在圖3之微方向儀 Λ 速度Ω之輸入，但只有—衝擊之輸入，由 平衡物112在γ軸方向上係十分堅固的，該衝擊之γ σ特性使彳于可移動之感測電極丨2 2及 =電極彈性物體124及彈性地配置於感測: :'盛：，12間之感測方向彈性物體119抑軸=上8移、 。忒感測方向彈性物體119係設有一預定之 一阻尼器123。 匕刀 ：¾ 時之3感二:衡Γ二在：加γ軸方向之衝擊 維白A…、有弹性常數k及阻尼係數c之一 ” 糸、、·先之I應特性相似，如圖4 A所示。 mm 於圖之被施加一單位衝擊時之響應特性顯示 少(ί )二-sin( ωά t) ά (4) ωφ - ξ2 > ωη = 其中， / 2m 響應：一衝擊時，該-維自由系統之 曰心 皮表不成質量Μ之共振頻率，如圖4C所示。 之變ί =測電極122及感測平衡物118 SY轴方向之衝擊 2寺性以共振頻率表示，假如感測電極 = :之：振頻率與感測平衡物118在感測方向之共 感測電極122與感測平衡物118之相對位置維持固定， 1230781

即使^軸方向之衝擊被施加時亦是如此。 所曰Μ明確地上假設一第—無衰減之一維自由系統，具有 質及彈性常數!^ ，及一 心 /丄么Μ a女所β 昂一無哀減之一維自由系統， 具有質5 Ms及彈性常數k2，分則曰丄 * w η 刀別具有相同的共振頻率％及 W2 。因此，kjM广B 、， — 初始位移為零（0)。於是，該第 一及第二系統對於時間（t )之 了1八τ j之位移可由後式得到： x(t)=：—sin (5) 其中，％為初始速度 因此，假如由於施加至第一及第二系統之外部衝擊而 產生之初始速度ϋο在兩個系統中相等，該第一及第二系統 之響應特性會相同。 例如，假設第一系統之質量％受到，在時間t = 0—時之 速度v為〇之衝擊G ’且緊接在施加衝擊之後的時間為t= 0 ’ 可得到下式： G = Μλνλ{ί - = Ο") = = 0) ________(6) ^ · 因此，質量Μ!之初始速度（ν/ί^Ο)) 為A 。 假設第二系統之質量M2受到與質量A不同的衝擊，但 同樣的加速度，則質量之加速度a，即，相對於質量M2之

η G G

Jlip = — ^ - 加速度a係具有 Δί ，之關係。

第15頁 1230781

五、發明說明（10) 因此，關於質量M2可得下式： (7) m 」 Δί 因此，質量％之初始速度％(ί = 〇) 為： v2 (^=0) = ahi Δί

G ΜλΜ

G 由於該第一及第二系統之質量^、質量&之相同的初 始速度及相同的共振頻率，可對於外部衝擊產生相同的響 應特性。 3 在微方向儀1 0 0之例子中’不同形狀及體積之咸測平 衡物1 1 8及感測電極122在大氣壓力環境下會具有不^同的阻 ，係數c。然❿’只要被包裝在真空+，感測平衡物i ι 8及 感測電極122之阻尼係數c只受相同之材料之阻尼特性的影 響。結果，感測平衡物118及感測電極122之阻尼係 乎相同。 如刖所述，藉由使用可移動地固定在晶圓丨丨i内之可 移動之感測電極1 2 2，及感測平衡物11 8與感測電極丨2 2對 於外部衝擊具有相同的位移之事實，可防止偵測到因外部 衝擊產生之信號。 依照本發明之具有前述之構造之微方向儀1 〇 〇之運作

1230781 五、發明說明（11) 將說明於後。 首先，隨著將AC電源供給至驅動電極1 16，由於分別 存在於振盪梳齒11 4及驅動梳齒1 1 7間之靜電力及振盪方向 彈性物體1 1 3，振盪平衡物1 1 2及感測平衡物11 8以共振頻 率fa在X轴方向上振堡。 在此時’當微方向儀1 〇 〇被外部力以角速度Q旋轉 時’振盪平衡物11 2及感測平衡物11 8在Y軸方向上受到 C〇r iol is力，且因此，感測平衡物丨丨8在γ軸方向上藉由感 測方向彈性物體11 9而振盪。 _ ^ 隨著感測平衡物1 1 8在Y軸方向位移數十奈米至數奈 米’感測平衡物丨丨8之感測梳齒1 2〇相對於感測電極2 22之 電極梳齒1 2 1移位。結果，分別在感測梳齒丨2 〇及電極梳齒 ^ 1間之電容產生變化。因此，藉由一電路（未圖示）電壓 信號之變化以角速度來偵測。 假設衝擊由外部施加，由於振盪平衡物11 2在Y軸方向 上具有較大之剛性，該衝擊之γ軸成份只導致感測電極122 及感測平衡物1 i 8移位。 γ 、然\而’由於感測電極1 2 2及感測平衡物11 8對於衝擊之 轴成^分之響應特性可因感測電極彈性物體1 24而表示成相謂^ :的共振頻率’感測電極1 2 2及感測平衡物11 8之位移即使 在衝擊之V击丄JU、 I竿由成份被施加時亦係彼此相同的。因此，分別 本^ /則電極1 2 2及感測平衡物11 8之感測梳齒1 2 0及電極梳 菌1 21問夕φ ^ 電各係不受衝擊之Y軸成份之影響。因此，可防 止因衝盤· > v 土.、 翠之γ軸成分而產生之信號被感測。

1230781 發明說明（12) 參考圖5 ’依照本發明之一較佳實施例之微方向儀 I 00’被例示。 · 該依照本發明之第一較佳實施例之微方向儀1〇〇，具有 延長^振璗平衡物1 1 2，，其係浮動於一晶圓11 1，上，以在 一水平方向’即X軸方向上，振盪；一第一梳齒114，，包 含以預定之間距配置於振盪平衡物〗丨2，之上侧及下測之複 數第一梳齒114a、114b(如圖5所示）；一驅動電極單元 116 ’包含具有以相對於振盪平衡物π 2，之預定之間距配 置於第一梳齒114a、114b間之複數第二梳齒117a、117b、_ 117c、117d之四個驅動電極單元116a、n6b、h6c、 II 6 d ’具有電源供應；感測平衡物丨丨8，，配置於振盪平衡 物11 2 ’内以和振盪平衡物11 2 ’ 一起在感測方向，即垂直或 Y軸方向，上移動；複數第三梳齒12〇a、l2〇t)，配置於感 測平衡物11 8 ’内之下及下侧（如圖5所示）；一感測電極單 元122’ ，具有以預定之間距配置於第三梳齒i2〇a、i2〇b間 之複數電極梳齒單元1 2 1 a、1 2 1 b ;及一感測電極支持部 1 28’ ，可移動地固定感測電極單元丨22，在晶圓1 11，上使得 感測電極單元1 2 2 ’在感測平衡物11 8 ’之感測方向，即γ軸 方向，上振盈。 該振盪平衡物1 1 2 ’藉由具有預定之阻尼力且彈性配 置於振盪平衡物11 2 ’與晶圓11 Γ間之振盪方向彈性固定部 113’在X軸方向上振盪。該振盪方向彈性固定部113’ 包含 四個振盪方向桿彈性物體113a、113b、113c、1 13d，配置 於接近振盪平衡物112’之轉角處。

第18頁 1230781 五、發明說明（13) 在振盪平衡物11 2 ’之左及右外侧（如圖5所示）形成一 梳齒感測器126，其感測感測平衡物丨18,在X軸方向上之振 動。該梳歯感測器126包含兩個梳齒感測單元126a、 12 6b ’具有伸長之第五梳齒126a，、ι261)，，分別相應於在 振盡平衡物1 1 2’之左及右外側上形成之第四梳齒丨丨4c、 11 4d而對生，以防止振盪電壓經由例如底面等路徑而傳送 至振盈平衡物112’ ，且接著經由驅動電極單元116a、 116b、116c、116d在振盪平衡物112,之第一梳齒114a、 11 4b振盪時干擾梳齒感測器丨2 6 ^ 該驅動電極單元11 6a、1 1 6b、1 1 6c、116d係設計成被 供f具有對稱關係之正及負電壓使得正及負電壓在因振盪 電壓產生之交流干擾電壓被供給至相對應之梳齒感測單元 12 6a、126b之兩端時可互相抵消。例如，其可被建立使得 正電壓被供給至驅動電極單元116&、n6b，而負電壓被供 給至驅動電極單元116c、n6d。由於振盪平衡物112，係甚 少受到振盪電壓之位準之影響，振盪平衡物丨丨2，可平穩地 共振。 心 ,該感測平衡物11 8,係藉由彈性地配置在感測平衡物 1 1 8及振盪平衡物11 2 ’間之感測方向彈性固定部丨丨9，在γ _ 轴方向振盪。該感測方向彈性固定部丨丨9，包含兩個减測方 向桿彈性物體U9a、H9b，具有預定之阻尼力且配置於 測平衡物118’之兩側。 ' 感測電極單元122,係包含：一正或負電極；一感測電 極’連接至一正或負電極支持部（未圖示）；及外部衝擊之

第19頁 1230781 、發明說明（14) 。其可藉由計算在正或負電極之電極梳齒單元121a、 ，感測電極單元122,及感測平衡物118，之第三梳齒 120a、120b間之電容差來感测感測平衡物丨18，在γ軸方向 之位移。在使用一般之偵測電容變化之電路之情形下， 速度信號可藉由感測電壓信號而被偵測，該電壓信號係鱼 電容之變化成正比關係。 〃 該感測電極支持部1 28,係為一感測電極桿彈性物體， 具有固定在晶圓111，之上表面且向上伸展之一錨狀物或一 垂直柱127’ ’及-彈性水平桿124’，彈性地配置以連接 直柱1 2 7之上側及感測電極單元1 2 2，。 攀 ，該被感測電極桿彈性物體128，支持之感測電極單元 1 22之感測方向共振頻率係設計成與被感測方向桿彈性物 體119a、119Jd支持之感測平衡物118，之共振頻率相同。 因此’每一個受到γ軸衝擊之感測電極單元丨2 2，及 測平衡物118,都產生與其他相同之位移，且因此，在感〜測 電極單元122’之電極梳齒單元121a、121b及感測平衡物 1 18之第二梳齒120a、1 20b間之電容不受到衝擊之γ軸方 向之影響。因此，可防止因衝擊之γ軸成份產生之信號被 感測。 · 具有刖述之構造之微方向儀i 〇 〇，之運作在原理上機 與圖3之微方向儀1 0 0相同。故在此省略其說明。 接下來說明第二實施例。 ^ 口 參考圖6，例不依照本發明之另一較佳實施例之微方 向儀1 0 0π。

第20頁 1230781 五、發明說明（15) 該依照本實施例之微方向儀1 〇 〇 ”與如圖5所示之本發 明之第一較隹實施例相似，除了感測平衡物1 1 8 "被分成兩 組118a、118b且感測電極12 2"單元係配置於兩分部118a、 118b以外。 該感測平衡物11 8π係具有複數第三梳齒1 2 0 a，、 1 2 0 b ’ v 1 2 0 c、1 2 0 d，分別在感測方向上配置於相對應分 部11 8 a、11 8 b之上及下側（如圖6所示）。 該感測電極1 2 2π包含第一及第二感測電極1 2 2 a、 12 2b，分別配置於分部1 18a、118b之内。 該第一及第二感測電極122a、1 22b係具有複數電極梳_ 齒單元121a’ 、121b’ 、121c、121d，配置於相對應之分部 118a、118b 之第三梳齒 120a’ 、120b’ 、120c、120d 間以預 定之間距與第三梳齒12〇a’ 、120b，、120c、120d相對。 此外，第一及第二感測電極1 22a、1 22b係藉由第一及 第一感測電極支持部1 2 8 n、1 2 8 ’’’可移動地支持於晶圓 111上，母一個都被建構為一感測電極桿彈性物體，具有 垂直柱1 2 7π、1 2 7 ’ ’ ’及彈性水平桿1 2 4π、1 2 4，，，，使得其 可在Υ軸方向上移動。 ~ 此外’為了減少感測雜訊且因此增加感測性，第一及❿ 第二感測電極122a、122b被建構成與正及負電極支持部 (未圖示）連接以得到正及負極性。因此，在受到外部衝擊 時，在正感測電極與負感測電極之電容互相相對地變化， 且藉由正及負感測電極之電容差，感測平衡物丨丨8"在Y軸 方向上之位移被感測到。

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7B，7C及7D例示時間與第 五、發明說明（16) 圖 122b 之 依照感 電極梳 齒單元 之加速 計 阻尼係 1· 7E-8 與阻尼 整電壓 及第二 感測電極1 2 2 a、 相對於感測平衡物118"之位移之相對距 測，衡臟||、f 一及第二感測電極122a、i22:: 齒早兀121a 、121b及第二感測電極1221)之電極梳 121c、121d之共振頻率f之計算結果，當在一“ 衝擊施加〇· οι秒時之圖形顯示於圖7A。 异係根據重ϊ為3.4E-8公斤、剛性為14·5〇 “111且 數為6.4Ε-6 N-sec/m之感測平衡物118"，及重量 、剛性為72.50 N/m且阻尼係數為16E —6 N —sec/m“ 係數為1.6E-6 N-Sec/m，驅動頻率為1〇·4 kHz，調 為3V且輸入角速度q*w=15且R〇 = 3〇 rad/sec之第 感測電極122a、1 22b。 圖7B顯示感測平衡物！ ！ 8與第一及第二感測電極i22間 :/測平衡物118 、第一感測電極1 22a之電極梳齒單元 a 、121b’之共振頻率f及第二感測電極1221)之電極梳 ^早疋121〇、121(1之共振頻率{在1〇321^2互相相等時 之相對距離，圖中表示對於1G之外部衝擊沒有反應。 圖7C及7D例示當感測平衡物118 ”、第一感測電極122& 之電，梳齒單兀121a，、121b’及第二感測電極12213之電極钃 札l齒單元1 2 1 c、1 2 1 d之共振頻率f由於製造錯誤分別感測 為 10·32 kHz，1〇·53 kHz，及10.37 kHz，及10·32 kHz, 10· 59 kHz,及1〇· 59 kHz之結果。如圖7C及7D所示，雖 然感測到不正常的信號，與圖7E之先前技術之在第一及第 二感測電極122a、122b被固定在晶圓m”上且施加〇·〇ι秒

第22頁 1230781 五 、發明說明（17)

之1 G衝擊時之不正常信號相比較是可以忽略的。 由於具有前述之構造之微方向儀10 〇π之運作在原理上 機乎與圖3之微方向儀相同。故在此省略其說明。” 如前所述，藉由配置感測平衡物及相對於感測平衡物 之感測電極使其在相同的方向移動及/或在感測方向上以 相同的共振頻率移動，依照本發明之微方向儀不會感測到 因外部擾動，例如，雜訊及衝擊，而產生之外部平移加速 度而產生之不需要之信號。 没4在以上詳細說明中所提出之具體的實施態樣或徐綠例〗 制；ίί::明ί發：ί技術…本發明並非狹“限 範圍=例可之精神及以下之申請專利

1230781 圖式簡單說明 五、【圖式簡單說明】 圖1例示一先前技術之微方向儀之圖； 圖2係例示在一外部震動施加至圖1之微方向儀時之作 號； 口 圖3例示依照本發明之一實施例之微方向儀； 圖4 A例示一維自由系統之簡圖以說明依照本發明之— 實施例之微方向儀之原理； 圖4 B及圖4 C例示該一維自由系統之單位振動及響應特 性； 圖5例示依照本發明之一較佳實施例之微方向儀之平_ 視圖； 圖6例示依照本發明之另一較佳實施例之微方向儀之 平視圖；及 圖7A-7E例示依照圖6之微方向儀内之共振頻率之時間 及第一及第二感測電極相對於感測平衡物之相對位移間之 關係及依照習知之微方向儀内之共振頻率之時間及第一及 第二靜止電極相對於感測平衡物之相對位移間之關係，在 一 1G之加速衝擊施加〇 · 〇 1秒時，之計算結果。 罨、 說明： 1 〇〜微方向儀 11〜晶圓 12〜振盪平衡物 13〜彈性物體

1230781 圖式簡單說明 1 4〜振遭梳齒 15〜阻尼器 1 6〜驅動電極 1 7〜驅動梳齒 1 8〜感測平衡物 1 9〜彈性物體 2 0〜感測梳齒 2 1〜電極梳齒 2 2〜感測電極 _ 2 3〜阻尼器 1 0 0〜微方向儀 1 0 0 ’〜微方向儀 I 0 0π〜微方向儀 111〜晶圓 II Γ〜晶圓 11 Γ〜晶圓 11 2〜振盪平衡物 11 2 ’〜振盪平衡物 11 3〜彈性物體 Φ 11 3 ’〜彈性物體 113a、113b、113c、113d〜振盪方向桿彈性物體 11 4〜振盪梳齒 114’〜振盪梳齒 114a、114b〜第一梳齒

第25頁 1230781 圖式簡單說明 114c、114d〜第四梳齒 11 5〜阻尼器 1 1 6〜驅動電極 I 1 6 ’〜驅動電極單元 116a、116b、116c、116d〜驅動電極單元 II 7〜驅動梳齒 117a、11 7b、11 7c、11 7d 〜第二梳齒 I 1 8、1 1 8 ’、11 8 π〜感測平衡物 118a、118b〜分部 籲 II 9、1 1 9 ’〜感測方向彈性物體 1 2 0〜感測梳齒 120a、120b〜第三梳齒 120a’ 、120b’ 、120c、120d 〜第三梳齒 1 2 1〜電極梳齒 121a、121b〜電極梳齒單元 121a’ 、121b’ 、121c、121d〜電極梳齒單元 122、122’〜感測電極 12 2a、122b〜第一及第二感測電極 1 2 3〜阻尼器 4 124、124’〜感測電極彈性物體 124丨丨、124，，，〜彈性水平桿 1 2 5〜阻尼器 1 2 6〜梳齒感測器 126a、126b〜梳齒感測單元

第26頁 1230781 圖式簡單說明 126a’ 、126b’〜第五梳齒 127’〜垂直柱 127,丨〜垂直柱 127,，，〜垂直柱 1 2 8〜感測電極支持部 1 2 8 ’〜感測電極支持部 128丨丨〜第一感測電極支持部 128’ ’’〜第二感測電極支持部

« 祖釅画 第27頁

Claims (1)

1230781 六、申請專利範圍 1 · 種對於外部平移加速度f調諸之微方向儀，包 含： 一振盈質量，在一晶圓上浮動以在一第一方向上振 盪； 一驅動電極，用於振盪該振盪質量； 一感測質量，與該振盪質量一起振盪且在一第二方向 上同時移動’其中該第二方向與該第一方向垂直； 一感測電極，用於感測該感測質量之運動；及 一感測電極支持部，用於可移動地固定該感測電極使· 得該感測電極可在第二方向上與該感測質量一起移動。 2·如申請專利範圍第1項之對於外部平移加速度可調 諧之微方向儀，其中該感測電極支持部包含一感測電極彈 性物體’彈性地配置於該感測電極與該晶圓間以使該感測 電極在該第二方向上移動。 ^ 3·如申請專利範圍第2項之對於外部平移加速度可調 諧之微方向儀，其中該感測電極在第二方向上之共振頻率 係相等或相似於該感測質量在該第二方向之共振^ ^\ ” 4, 一種對於外部平移加速度可調諧之微方向儀；，包 含： · 外部平衡物，在一晶圓上浮動以在一一 象.， 第方向上振 複數第一梳齒單元’配置該外部平衡物之外側· 至少一個驅動電極單元，具有複數第二梳齒單元，以 /預定之間距配置於該第一梳齒單元間以使該外部平衡物

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振湯· 外却内部平衡•’可移動a配 外部平衡物一起振盪且在一 二卜°卩千衡物内，與該 第二方向係垂直於該第—方二7 同時移動，其中該 複數第三梳齒單元， 個或更多之分部配置於該;==部平衡物之内部之- 中，i ί:個Π電極單元，配置於該内部平衡物之分部 分部之第三梳齒單元間了：70卩一預定之間距配置於該 元伟：m j f持部，用於可移動地固定該感測電極單1 =使传該感測電極單元與該内部平衡物在該第二方向上^ % 5.如申請專利範圍第4項之對於外部平移加速度可 =之微方向儀，其中該感測電極支持部包含一感測電極^ 彈性物體，彈性地配置於該感測電極單元及該晶圓間以 該感測電極單元在該第二方向上振盪。 6·如申請專利範圍第5項之對於外部平移加速度可調 諧之微方向儀，其中該感測電極桿彈性物體包含： ° 一銷狀物’固定在晶圓上且向上伸出；及 一彈性水平桿’彈性地配置以連接該錨狀物之兩側至 該感測電極單元。 7 ·如申請專利範圍第6項之對於外部平移加速度可調 諧之微方向儀，其中該感測電極在感測方向上之共振頻率 可相等於或相似於該内部平衡物在第二方向上之共振頻

第29頁 1230781 六、申請專利範圍 率 〇 8 ·如申請專利範圍 谐之微方向儀，兑中灰 子於外部平移加速度可调 /、τ母一該繁一、络 ， 含複數梳齒。 弟二及第三梭齒單元包 9.如申請專利範圍笛Q s 諧之微方向儀，1中 ^之對於外部平移加速度可調 部，其中複L = 物之内側定義出-單一分 測電極單元包含配置於 ”刀別配置於其兩側，且該感 -感測電極，且且部平衡物之内側之單-分部之 間之複數電極梳齒單ί疋之間距配置於該第三梳齒單元 調諧微專項之對於外部平移加速度可 該感測電極m ΐ i t回單元係分別配置於其兩側，且 分i之福I =兀匕3为別配置於該内部平衡物之内侧之該 感測錢’且具有以預定之間距配置於該第三 奴回早兀間之複數電極梳齒單元。

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