非对称平面外加速度计的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年11月30日提交的美国申请no.15/828,304的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术：

诸如智能电话、智能手表、平板电脑、汽车、空中无人机、电器、飞行器、运动辅助设备、以及游戏控制器的许多物品可以在它们的运行期间利用运动传感器。在许多应用中，可以独立地或一起分析各种类型的运动传感器，例如加速度计和陀螺仪，以便针对特定的应用确定各种各样的信息。例如，陀螺仪和加速度计可以被用于游戏应用(例如，智能电话或游戏控制器)中以捕获使用者的复杂运动，无人机和其它飞行器可以基于陀螺仪测量确定取向(例如，滚转、俯仰以及偏航)，并且车辆可以利用测量来确定方向(例如，用于航位推测法)以及安全性(例如，以识别打滑或翻滚状况)。

诸如加速度计和陀螺仪的运动传感器可以被制造为使用半导体制造技术制造的微机电(mems)传感器。mems传感器可以包括可移动的检测质量块(proofmass)，其可响应诸如线性加速度(例如，对于mems加速度计)、角速度(例如，对于mems陀螺仪)、磁场的力以及许多其他力。可基于检测质量块响应于这些力的运动来测量这些力对可移动的检测质量块的作用。在一些实施方式中，检测质量块的运动被电容式感测电极转换为电信号。

在典型的mems传感器中，检测质量块可以紧邻多个固定表面定位。固定电极、锚固件、外部框架可以定位于与检测质量块相同的装置层内并且邻近检测质量块。在不希望的外力(例如，冲击)的存在下，可能会导致检测质量块接触固定表面，从而导致磨损或甚至灾难性损坏。即使不会导致检测质量块接触固定表面的较小的不希望的外力也可能会影响检测质量块的运动，从而影响所测量参数的结果准确性。

技术实现要素：

在本公开的一示例性实施例中，一种微机电(mems)加速度计可以包括一个或多个锚固件和位于mems装置层内的检测质量块，该检测质量块包括多个毗邻部分，所述多个毗邻部分响应于沿着感测轴线的线性加速度而围绕旋转轴线共同旋转，其中所述检测质量块的所述多个毗邻部分包括：关于对称轴线对称的对称部分，其中对称轴线垂直于旋转轴线；和关于对称轴线不对称的非对称部分。在一些实施例中，位于mems装置层内的一个或多个弹簧将检测质量块联接到所述一个或多个锚固件，其中，所述一个或多个弹簧将检测质量块联接到所述一个或多个锚固件，使得检测质量块响应于沿着感测轴线的线性加速度而围绕旋转轴线旋转。

在本公开的一示例性实施例中，一种微机电(mems)加速度计可以包括：一个或多个锚固件，其中对称轴线和旋转轴线在由所述一个或多个锚固件限定的区域内相交；和位于mems装置层内的检测质量块，其中，所述检测质量块响应于沿着感测轴线的线性加速度而围绕所述旋转轴线共同旋转，并且其中，所述检测质量块的第一部分关于所述对称轴线对称，所述检测质量块的第二部分关于检测质量块不对称。在一些实施例中，位于mems装置层内的一个或多个弹簧将检测质量块联接到所述一个或多个锚固件，其中，所述一个或多个弹簧将检测质量块联接到所述一个或多个锚固件，使得检测质量块响应于沿着感测轴线的线性加速度而围绕旋转轴线旋转。

在本公开的一实施例中，一种微机电(mems)加速度计可以包括第一检测质量块，该第一检测质量块悬挂在mems装置层内并且包括多个第一毗邻部分，所述多个第一毗邻部分响应于沿着感测轴线的线性加速度而围绕旋转轴线共同旋转，其中第一检测质量块的所述多个第一毗邻部分包括：关于第一对称轴线对称的第一对称部分，其中第一对称轴线垂直于旋转轴线；和关于第一对称轴线不对称的第一非对称部分。在一些实施例中，mems加速度计可以进一步包括第二检测质量块，该第二检测质量块悬挂在mems装置层内并且包括多个第二毗邻部分，所述多个第二毗邻部分响应于沿着感测轴线的线性加速度而围绕旋转轴线以相对于第一检测质量块反相的方式共同旋转，其中，第二检测质量块的所述多个第二毗邻部分包括：关于第二对称轴线对称的第二对称部分，其中第二对称轴线垂直于旋转轴线并且平行于第一对称轴线；和关于第二对称轴线不对称的第二非对称部分。

附图说明

当结合附图考虑以下具体描述时，本公开的上述和其它特征、它的特性以及各种优点将更加明显，其中：

图1示出了根据本公开的一实施例的说明性运动感测系统；

图2a示出了根据本公开的一些实施例的说明性对称检测质量块；

图2b示出了根据本公开的一些实施例的说明性非对称检测质量块；

图3示出了根据本公开的一些实施例的说明性平面外感测加速度计；

图4a示出了根据本公开的一些实施例的图3的非对称检测质量块响应于单个平移平面内线性加速度而相对于缓冲挡块(bumpstop)的运动；

图4b示出了根据本公开的一些实施例的图3的非对称检测质量块响应于多方向平面内线性加速度而相对于缓冲挡块的运动；和

图5示出了根据本公开的一些实施例的平面外感测加速度计的说明性mems装置平面。

具体实施方式

加速度计被设计和制造为微机电(mems)加速度计。使用半导体加工技术形成mems层，使之包括传感器的机械部件以及与mems加速度计的其他部件的电连接，例如，位于传感器管芯(sensordie)内(例如，cmos层，还用作衬底或盖层)或传感器管芯外部的cmos电路。mems层被气密密封在其他半导体层内，例如下方的衬底层和盖层。

mems层包括悬挂的弹簧-质量块系统，其中一个或多个检测质量块通过弹簧悬挂在mems层内。检测质量块的运动受到弹簧的限制，在某些实施例中，受诸如质量块和杠杆之类的其他部件的限制。这些弹簧和另外的部件共同促进检测质量块沿着一个或多个轴线的运动，所述检测质量块用于感测线性加速度。感测电极在所感测的线性加速度的方向上与每个检测质量块相邻，从而形成基于检测质量块与检测电极之间的距离而变化的电容器。

mems加速度计可以是z轴加速度计，其基于检测质量块在平面外的运动来感测z轴线性加速度。z轴线性加速度使检测质量块围绕旋转轴线旋转，每个检测质量块的一部分朝向一些感测电极移出平面(例如，增大电容)，并且每个检测质量块的一部分远离一些感测电极移动(例如，增大电容)。每个检测质量块可以包括对称部分和非对称部分。对称部分可以关于对称轴线对称，该对称轴线可以在锚固点处与旋转轴线相交。响应于大的不希望的力(例如，除沿z轴的线性加速度以外的力)，检测质量块的非对称部分可能导致力的旋转联接，而力的旋转联接导致检测质量块围绕锚固点旋转。

缓冲挡块可以从mems层的邻近检测质量块的固定部分延伸，以防止由于检测质量块响应于大的不希望的力(例如，冲击)而过度行进造成损坏。可以以这样的方式来确定缓冲挡块的尺寸并将其放置在相对于检测质量块的位置处，即，使得当检测质量块的旋转超过旋转阈值时，缓冲挡块将接触检测质量块，所述旋转阈值以角度为单位，例如为5-35度(例如，15度)。缓冲挡块的尺寸和位置可以设计成使得旋转运动致使检测质量块接触的缓冲挡块比在平移运动的情况下将接触的缓冲挡块更多，从而导致冲击力从检测质量块到缓冲挡块的更大分布并减少由于大的不希望的力而造成损坏的可能性。

在正常操作期间，除了要测量的力之外，mems加速度计还将经受其他不希望的力，但是这些其他不希望的力不会大得足以接触缓冲挡块。然而，由于振动校正误差(vre)，这样的力可能导致测量误差，振动校正误差是一种导致感测电极输出非零偏置信号的情况。因为在操作期间难以测量该振动校正误差，所以可能难以在操作期间补偿该非零偏置信号。这些不希望的力中的至少一部分可能以可能会导致vre减小的方式耦合至由非对称检测质量块产生的力。

mems可移动部件(例如，检测质量块)可以紧邻位于mems装置平面内的其他可移动部件和固定部分定位。由于制造公差、随时间磨损以及其他情况，这种紧邻可能会导致部件在休止时发生物理接触。静摩擦可以指表面粘附力超过一个或多个mems可移动部件的机械恢复力的情况。非对称检测质量块部分相对于所施加的线性力(例如，冲击)产生扭矩，这导致mems可移动部件的旋转，从而在检测质量块的表面与其他mems部件之间形成倾斜接触，从而减小引起静摩擦的表面粘附力。

图1示出了根据本公开的一些实施例的示例性运动感测系统10。虽然在图1中描绘了特定的部件，但是应当理解的是，可以根据不同应用和系统的需要使用传感器、处理部件、存储器以及其它电路的其他合适的组合。在如本文所述的实施例中，运动感测系统可以包括至少mems加速度计12(例如，平面外感测加速度计)以及支持电路，比如处理电路14和存储器16。在一些实施例中，在运动感测系统10内可以包括一个或多个额外的传感器18(例如，额外的mems陀螺仪、mems加速度计、mems麦克风、mems压力传感器以及罗盘)以提供集成式运动处理单元(“mpu”)(例如，包括3轴mems陀螺仪感测、3轴mems加速度计感测、麦克风、压力传感器以及罗盘)。

处理电路14可以包括基于运动感测系统10的要求提供必要的处理的一个或多个部件。在一些实施例中，处理电路14可以包括硬件控制逻辑，其可以集成于传感器的芯片内(例如，mems加速度计12或其他传感器18的衬底或盖上，或者芯片的邻近mems加速度计12或其他传感器18的部分上)，以控制mems加速度计12或其他传感器18的运行以及执行mems加速度计12或其他传感器18的处理的各个方面。在一些实施例中，mems加速度计12或其他传感器18可以包括一个或多个寄存器，其允许修改硬件控制逻辑的运行的各个方面(例如，通过修改寄存器的值)。在一些实施例中，处理电路14还可以包括诸如微处理器之类的处理器，其执行软件指令，例如，存储于存储器16中的软件指令。微处理器可以通过与硬件控制逻辑相互作用而控制mems加速度计12的运行，以及处理从mems加速度计12接收的测量信号。微处理器可以以类似的方式与其他传感器相互作用。

虽然在一些实施例(图1中未描绘)中，mems加速度计12或其他传感器18可以直接地与外部电路通信(例如，经由串行总线或直接地连接至传感器输出部和控制输入部)，但是在一实施例中，处理电路14可以处理从mems加速度计12和其他传感器18接收的数据并且经由通信接口20(例如，spi或i2c总线，或者在汽车应用中，控制器局域网(can)总线或局域互连网(lin)总线)与外部部件通信。处理电路14可以将从mems加速度计12和其他传感器18接收的信号转换成适当的测量单位(例如，基于通过通信总线20通信的其他计算单元所提供的设置)，以及执行更复杂的处理以确定诸如取向或欧拉角之类的测量，以及在一些实施例中，根据传感器数据确定是否正在发生特定的活动(例如，行走、跑步、制动、打滑、滚转等等)。

在某些实施例中，可以在可以被称为传感器融合的过程中基于来自多个mems加速度计12和其他传感器18的数据确定某些类型的信息。通过组合来自各种传感器的信息，可以准确地确定在各种应用中有用的信息，例如，图像稳定、导航系统、汽车控制和安全、航位推测、遥控和游戏装置、活动传感器、三维摄像机、工业自动化以及许多其它应用。

示例性的mems加速度计(例如，mems加速度计12)可以包括一个或多个可移动的检测质量块，其以容许mems加速度计(例如，mems加速度计或mems陀螺仪)测量期望的力(例如，沿轴线的线性加速度)的方式配置。在一些实施例中，所述一个或多个可移动的检测质量块可以从锚固点悬挂，锚固点可以指mems传感器的任何固定的部分，例如从平行于装置的mems层的层(例如，cmos层)延伸的锚固件、装置的mems层的框架、或mems装置的相对于可移动的检测质量块固定的任何其他合适部分。检测质量块可以被布置为使得它们响应于线性加速度在期望的方向上移动。在一示例性实施例中，检测质量块响应于所测量的线性加速度而相对于固定表面(例如，相对于衬底上的可移动的检测质量块位于下方的固定感测电极)的平面外运动被测量并缩放以确定沿感测轴线的加速度。

图2a描绘了根据本公开的一些实施例的适用于平面外加速度感测的mems加速度计的示例性检测质量块202。检测质量块202形成在mems装置层内，并且包括在mems装置层的相对两侧上的两个平行的mems装置平面，从而形成平行的x-y平面。尽管未在图2a中描绘，衬底层可以平行于mems装置平面中的一个定位，而盖层可以平行于mems装置平面中的另一个定位。

在本公开的上下文中，最靠近平行的衬底层定位的mems装置平面可以被称为底部mems装置平面，而最远离平行的衬底层定位的mems装置平面可以被称为顶部mems装置平面，不过应当理解，“顶部”和“底部”是描述相对位置的任意术语，并且可以适当地互换或以其他方式修改。图2a-2b的视图可以描绘顶部mems装置层的俯视图。尽管未在图2a-2b中描绘，衬底层平行于底部mems装置平面定位。感测电极定位于检测质量块202的各部分下方的衬底层上，从而与检测质量块202一起形成一个或多个电容器，所述电容器基于检测质量块202相对于感测电极沿z轴的运动来改变电容。

锚固件208可以定位于mems装置平面中，并且联接到衬底层和/或盖层，使得锚固件208不会响应于在mems加速度计的正常工作条件期间经历的力而相对于衬底移动。弹簧212和214将检测质量块202联接到锚固件208，使得检测质量块202从锚固件208悬挂在mems装置平面内。在一个实施例中，弹簧212和214可以是围绕x轴扭转顺应的，以允许检测质量块202响应于沿着z轴的线性加速度而围绕旋转轴线218旋转。

在一些实施例中，检测质量块202可以包括关于对称轴线210的两个对称部分204和206，并且可以关于旋转轴线218不对称。检测质量块202可以具有沿着对称轴线210定位但在正y方向上从旋转轴线218偏离的质心216。质心216的位置可以促进检测质量块202响应于沿着z轴的线性加速度的运动。在正z方向上的线性加速度可以导致检测质量块202的质心216围绕旋转轴线218在负z方向上移动。检测质量块202的上部部分205(例如，定位于旋转轴线218的正y方向的部分)可以朝向衬底和位于上部部分205下方的任何感测电极移动，从而增大与那些感测电极相关的电容。检测质量块202的下部部分207(例如，位于旋转轴线218的负y方向的部分)可以远离衬底和位于下部部分207下方的任何感测电极移动，从而减小与那些感测电极相关的电容。可以基于电容的这些变化中的一个或两个来确定在正z方向上的线性加速度。

在负z方向上的线性加速度可以导致检测质量块202的质心216围绕旋转轴线218在正z方向上移动。上部部分205可以远离衬底和位于上部部分205下方的任何感测电极移动，从而减小与那些感测电极相关的电容。下部部分207可以朝向衬底和位于下部部分207下方的任何感测电极移动，从而增大与那些感测电极相关的电容。可以基于电容的这些变化中的一个或两个来确定在负z方向上的线性加速度。

图2b描绘了根据本公开的一些实施例的适用于平面外加速度感测的mems加速度计的示例性非对称检测质量块222。非对称检测质量块222形成在mems装置层内，并且包括在mems装置层的相对两侧上的两个平行的mems装置平面，从而形成平行的x-y平面。尽管未在图2b中描绘，衬底层可以平行于mems装置平面中的一个定位，而盖层可以平行于mems装置平面中的另一个定位。

图2b的视图可以描绘顶部mems装置层的俯视图。尽管未在图2b中描绘，衬底层平行于底部mems装置平面定位。感测电极位于非对称检测质量块222的各部分下方的衬底层上，从而与非对称检测质量块222一起形成一个或多个电容器，该电容器基于非对称检测质量块222相对于感测电极沿z轴的运动来改变电容。

锚固件228可以位于mems装置平面中，并联接到衬底层和/或盖层，以使锚固件228不会响应于在mems加速度计的正常工作条件期间经历的力而相对于衬底移动。弹簧232和234将非对称检测质量块222联接到锚固件228，使得非对称检测质量块222从锚固件228悬挂在mems装置平面内。在一个实施例中，弹簧232和234可以是围绕x轴扭转顺应的，以容许非对称检测质量块222响应于沿着z轴的线性加速度而围绕旋转轴线240旋转。

在一些实施例中，非对称检测质量块222可以包括关于对称轴线242的两个对称部分224和226。非对称检测质量块222还可以包括从对称部分224和226之一延伸的毗邻非对称延伸部分244(在一些实施例中，对称部分224和226可以统称为非对称检测质量块222的对称部分)。非对称检测质量块222(例如，对称部分224和226以及非对称延伸部分244)可以具有基于非对称延伸部分244的额外质量而在正x方向上从对称轴线242偏离的质心236。非对称检测质量块222的质心236基于对称部分224和226的额外质量以及非对称延伸部分244的额外质量而在正y方向上从旋转轴线218偏离。

质心236的位置可以促进非对称检测质量块222响应于沿着z轴的线性加速度的运动。沿着其他轴的外力可能会耦合至非对称部分244的期望平面外运动，从而大大减少诸如vre之类的不希望的现象。在正z方向上的线性加速度可以导致非对称检测质量块222的质心236围绕旋转轴线238在负z方向上移动。非对称检测质量块222的上部部分225(例如，定位于旋转轴线238的正y方向的部分)可以朝向衬底和位于上部部分225下方的任何感测电极移动，从而增大与这些感测电极相关的电容。非对称检测质量块222的下部部分227(例如，定位于旋转轴线218的负y方向的部分)可以远离衬底和位于下部部分227下方的任何感测电极移动，从而减小与那些感测电极相关的电容。可以基于电容的这些变化中的一个或两个来确定在正z方向上的线性加速度。

在负z方向上的线性加速度可以导致非对称检测质量块222的质心236围绕旋转轴线238在正z方向上移动。上部部分225可以远离衬底和位于上部部分225下方的感测电极移动，从而减小与那些感测电极相关的电容。下部部分227可以朝向衬底和位于下部部分227下方的任何感测电极移动，从而增大与那些感测电极相关的电容。可以基于电容的这些变化中的一个或两个来确定在负z方向上的线性加速度。

沿x或y的线性平面内加速度不仅将线性力施加到检测质量块222上，而且还将扭矩施加到检测质量块222上，因为质心从锚固中心处的旋转中心偏离，在锚固中心，旋转轴线238与对称轴线242相交。这使得检测质量块不仅平移而且还平面内旋转。由于这些线性输入使检测质量块平移和旋转是有利的。对于大的平面内冲击，检测质量块的旋转运动和线性运动会共享激发的能量，从而消除了可能导致损坏和故障的能量集中。对于较小的冲击，平移和旋转可以帮助减小与粘附力相关的接触面积并防止静摩擦。在旋转中心和质心236对准的情况下会存在一个输入方向，但是可以对该输入方向进行优化，使得其不与典型设计为沿x、y或z轴的最小刚度方向对准。

图3示出了根据本公开的一些实施例的说明性平面外感测加速度计。本领域普通技术人员将会理解，根据本公开，可以以各种方式修改图3。图3的部件形成在mems装置层内，并且包括在mems装置层的相对两侧上的两个平行的mems装置平面，从而形成平行的x-y平面。尽管未在图3中描绘，衬底层可以平行于mems装置平面中的一个定位，而盖层可以平行于mems装置平面中的另一个定位。

在一些实施例中，图3的加速度计可以包括第一传感器部分370和第二传感器部分380，每个传感器部分包括相似或相同的部件。第一传感器部分和第二传感器部分被定向成使得与检测质量块302(即，第一传感器部分370的检测质量块)和检测质量块318(即，第一传感器部分370的检测质量块)相关联的质心响应于沿着z轴的线性加速度而引起围绕x轴的反相运动。第一传感器部分370和第二传感器部分380被mems固定部分390包围，该部分在图3中用对角线描绘。

在一实施例中，第一传感器部分370包括锚固件310，其可以通过连接杆308和312联接到桨状质量块306和314。桨状质量块306和314可以通过弹簧304和316联接到检测质量块302。连接杆308和312可以是基本上刚性的，但是可以促进桨状质量块306和314以及检测质量块302围绕旋转轴线366的旋转运动。弹簧304和316可以是沿着x轴基本上刚性的，可以允许沿着y轴的有限运动，并且可以具有明显的扭转顺应性，以允许检测质量块302围绕旋转轴线366旋转。对称轴线360可以垂直于旋转轴线366，并且可以在锚固件310的中心点处与旋转轴线相交。检测质量块302可以包括对称检测质量块部分372和非对称检测质量块部分374。对称检测质量块部分372可以关于对称轴线360对称。非对称检测质量块部分374可以从对称检测质量块部分372延伸，使得检测质量块302整体上是不对称的并且没有对称轴线。检测质量块302的质心392可以在正x方向上从对称轴线360偏离，并且可以在正y方向上从旋转轴线366偏离。

在一些实施例中，多个缓冲挡块可以从mems固定部分390朝向可移动部件(例如，检测质量块302)延伸。缓冲挡块可以提供在诸如检测质量块的过度行进或冲击的情况下被接触的表面。在一示例性实施例中，六个基本上矩形的缓冲挡块334、336、338、340和342可以定位于邻近检测质量块302的各个位置处，不过将理解的是，根据本公开，在不同的实施例中可以实施适当形状和尺寸的附加或更少的缓冲挡块。

在一示例性实施例中，缓冲挡块334可以邻近对称检测质量块部分372的左下部分定位，以抑制检测质量块302在负y方向上的平移运动。缓冲挡块334也可以被定位成使得检测质量块302围绕z轴的旋转(或组合的平移和旋转运动)可以导致对称检测质量块部分372的左下部分以一角度接触挡块334。在一示例性实施例中，可以将缓冲挡块334的尺寸和相对于检测质量块的位置设计成使得检测质量块302可以响应于检测质量块超过旋转阈值的旋转而接触缓冲挡块334，所述旋转阈值在5-35度范围内(例如，在一示例性实施例中为15度)。在一实施例中，可以以相似的方式相对于检测质量块定位缓冲挡块336、338、340和342，以限制检测质量块302在一方向上的平移运动，并进一步抑制检测质量块302的旋转超过旋转阈值。尽管每个缓冲挡块可以被设计和定位成具有不同的旋转阈值，但是在一示例性实施例中，每个缓冲挡块可以具有相似或相同的旋转阈值。

在一实施例中，第一传感器部分380包括锚固件326，其可以通过连接杆324和328联接到桨状质量块322和330。桨状质量块322和330可以通过弹簧320和332联接到检测质量块318。连接杆324和328可以是基本上刚性的，但是可以促进桨状质量块322和330以及检测质量块318围绕旋转轴线366的旋转运动。弹簧320和332可以是沿着x轴基本上刚性的，可以允许沿着y轴的有限运动，并且可以具有明显的扭转顺应性，以允许检测质量块318围绕旋转轴线366旋转。尽管在图3的示例性实施例中，第一传感器部分370和第二传感器部分380具有共同的旋转轴线366，但是在其他实施例中，传感器部分370和380中的每个可以具有独特的旋转轴线(例如，平行或成一角度)。对称轴线364可以垂直于旋转轴线366，并且可以在锚固件326的中心点处与旋转轴线相交。检测质量块318可以包括对称检测质量块部分382和非对称检测质量块部分384。对称检测质量块部分382可以关于对称轴线364对称。非对称检测质量块部分384可以从对称检测质量块部分382延伸，使得检测质量块318整体上是不对称的并且没有对称轴线。检测质量块318的质心394可以在负x方向上从对称轴线364偏离，并且可以在负y方向上从旋转轴线366偏离。

在一些实施例中，多个缓冲挡块可以从mems固定部分390朝向检测质量块318延伸。缓冲挡块可以提供在诸如检测质量块在过度行进或冲击的情况下被接触的表面。在一示例性实施例中，六个基本上矩形的缓冲挡块344、346、348、350和352可以定位于邻近检测质量块318的各个位置处，不过将理解的是，根据本公开，在不同的实施例中可以实施适当形状和尺寸的附加或更少的缓冲挡块。

在一示例性实施例中，缓冲挡块344可以邻近对称检测质量块部分382的右上部分定位，以抑制检测质量块318在正y方向上的平移运动。缓冲挡块344也可以被定位成使得检测质量块318围绕z轴的旋转(或组合的平移和旋转运动)可以导致对称检测质量块部分382的右上部分以一角度接触缓冲挡块344。在一示例性实施例中，可以将缓冲挡块344的尺寸和相对于检测质量块的位置设计成使得检测质量块318可以响应于检测质量块超过旋转阈值的旋转而接触缓冲挡块344，所述旋转阈值在5-35度范围内(例如，在一示例性实施例中为15度)。在一实施例中，可以以相似的方式相对于检测质量块定位缓冲挡块346、348、350和352，以限制检测质量块318在一方向上的平移运动，并进一步抑制检测质量块318的旋转超过旋转阈值。尽管每个缓冲挡块可以被设计和定位成具有不同的旋转阈值，但是在一示例性实施例中，每个缓冲挡块可以具有相似或相同的旋转阈值。

在正z方向上的线性加速度可以导致检测质量块302的质心392围绕旋转轴线366在负z方向上移动，并且可以导致检测质量块318的质心394围绕旋转轴线366在负z方向上移动。非对称检测质量块部分374和从旋转轴线366定位于正y方向的对称检测质量块部分372的部分可以朝向衬底和位于检测质量块302的这些部分下方的任何感测电极移动。检测质量块302的其他部分可以远离衬底和位于检测质量块302的这些其他部分下方的任何感测电极移动。非对称检测质量块部分384和从旋转轴线366定位于负y方向的对称检测质量块部分382的部分向可以朝向衬底和位于检测质量块318的这些部分下方的任何感测电极移动。检测质量块318的其他部分可以远离衬底和位于检测质量块318的这些其他部分下方的任何感测电极移动。

在负z方向上的线性加速度可以导致检测质量块302的质心392围绕旋转轴线366在正z方向上移动，并且可以导致检测质量块318的质心394围绕旋转轴线366在正z方向上移动。非对称检测质量块部分374和从旋转轴线366定位于正y方向的对称检测质量块部分372的部分可以远离衬底和位于检测质量块302的这些部分下方的任何感测电极移动。检测质量块302的其他部分可以朝向衬底和位于检测质量块302的这些其他部分下方的任何感测电极移动。非对称检测质量块部分384和从旋转轴线366定位于负y方向的对称检测质量块部分382的部分可以远离衬底和位于检测质量块318的这些部分下方的任何感测电极移动。检测质量块318的其他部分可以朝向衬底和位于检测质量块318的这些其他部分下方的任何感测电极移动。

在一示例性实施例中，桨状质量块可以被联接到每个检测质量块以促进传感器偏离稳定性。感测电极可以位于检测质量块下方的衬底平面上，以基于检测质量块302和318围绕旋转轴线366的旋转来执行差分电容感测。联接在每个检测质量块与锚固件和桨状质量块之间的扭簧可以悬挂桨状质量块和检测质量块，并且可以容许检测质量块围绕旋转轴线旋转。以这种方式，基于感测电极的位置和旋转方向，检测质量块302围绕旋转轴线366的旋转增大或减小与检测质量块的各部分相关的电容。基于感测电极的位置和旋转方向，检测质量块318围绕旋转轴线366的旋转增大或减小与检测质量块的各部分相关的电容。

图4a示出了根据本公开的一些实施例的图3的非对称检测质量块(例如，检测质量块302)响应于单个平面内线性加速度而相对于缓冲挡块的运动。为了便于说明，图4a省略了其他部件(例如，桨状质量块、扭簧、锚固件、第二传感器部分等等)。将理解的是，在一些实施例中，图4a中描绘的缓冲挡块可以具有不同的形状，可以相对于检测质量块302定位于不同的位置，并且可以相对于检测质量块302定位于不同的距离处。将理解的是，在一些实施例中，可以添加一个或多个附加的缓冲挡块，也可以移除所描述的缓冲挡块中的一个或多个。

图4a示出了在由于在正y方向上的冲击而引起的不希望的线性加速度期间检测质量块302的运动。在图4a的示例性实施例中，冲击被理想化，使得在x方向上不受力。由于仅在正y方向上有线性加速度，检测质量块302在正y方向上平移并围绕z轴旋转以接触缓冲挡块340。检测质量块302的上部x-z平面表面以一角度接触缓冲挡块340的下部x-z平面表面。

图4b示出了在由于在正x方向上的冲击而引起的不希望的线性加速度期间检测质量块302的运动。检测质量块的非对称形状导致检测质量块302响应于在x方向上的线性加速度而旋转运动。即使当在x方向或y方向之一上的力明显大于其他力(例如，大一个数量级)时，检测质量块的非对称形状也可能导致力的旋转耦合以及导致检测质量块302围绕锚固件310旋转。

在一实施例中，围绕锚固件310的逆时针旋转可以导致检测质量块302接触每个缓冲挡块334、336、340和342。检测质量块302的左下x-z表面可以接触缓冲挡块334，左上y-z表面可以接触缓冲挡块336，检测质量块302的右上x-z表面可以接触缓冲挡块340，检测质量块302的右上y-z表面可以接触缓冲挡块342。在图4b的示例性实施例中，检测质量块302的四个表面接触四个缓冲挡块，而不是单个表面接触两个缓冲挡块。这改善了从检测质量块302到附加的缓冲挡块的冲击力分布。非对称检测质量块302的形状通过在大多数冲击情况下引起检测质量块的旋转来支持力的这种分布。

穿过弹簧的旋转中心和检测质量块的质心二者的成角度的冲击将导致检测质量块平移而不旋转。这种成角度的冲击将在与弹簧的最小刚度方向不同的方向上进行。因此，在检测质量块接触缓冲挡块期间，弹簧恢复力增加，从而增大装置抵抗静摩擦的能力。

图5示出了根据本公开的一些实施例的平面外感测加速度计的说明性mems装置平面。本领域普通技术人员将会理解，图5可以根据本公开以各种方式修改。在一示例性实施例中，平面外感测加速度计包括第一传感器部分580、第二传感器部分585和mems固定部分590。

在一些实施例中，第一传感器部分580可以包括锚固区域510。示例性锚固区域510可以包括多个锚固部分，每个锚固部分被锚固到盖层和衬底层中的每个并且被固定在mems装置层内。对称轴线560和旋转轴线564可在锚固区域510的中心点相交，其中对称轴线560沿着y轴延伸，旋转轴线564沿着x轴垂直于对称轴线560延伸。

在一些实施例中，桨状质量块512可以通过扭杆503联接到锚固区域的左侧部分，桨状质量块514可以通过扭杆505联接到锚固区域的右侧部分。扭杆503和505可以具有适当的纵横比，以支撑第一传感器部分580的可移动部件(例如，桨状质量块512、桨状质量块514和检测质量块502)，而弹簧501和507以如下方式联接检测质量块502，即，容许检测质量块502响应于传感器部分580的平面外运动而围绕旋转轴线564平面外旋转。

桨状质量块512和514可以通过各自的弹簧501和507联接到检测质量块502的非对称检测质量块部分504。每个弹簧501和507可以是沿x轴基本上刚性的，可以容许沿着x轴的有限运动，并且可以具有明显的扭转顺应性，以容许检测质量块502相对于桨状质量块512和514的旋转运动。弹簧501和507共同可以与扭杆503和505沿x轴对准，以形成用于第一传感器部分580的旋转轴线564。一个或多个感测电极(未描绘)可以位于检测质量块502下方的衬底上以形成一个或多个感测电容器。在一示例性实施例中，桨状电极可以与桨状质量块512和514中的每个相关联，使得可以基于桨状质量块512和514的相对平面外位置而进行偏离补偿(例如，由于温度效应、剪切力、制造或封装)。

检测质量块502可以包括对称检测质量块部分504和从对称部分504在平行于旋转轴线的方向上延伸的非对称检测质量块部分506。对称检测质量块部分504可以关于对称轴线560对称。由于非对称检测质量块部分506从对称检测质量块部分506延伸，诸如冲击的力可以导致检测质量块502围绕锚固区域510旋转运动，而不是平移运动，并且与对称检测质量块相比，可以增大由于冲击引起的旋转运动的角度。

在一些实施例中，mems固定部分590可以包括邻近检测质量块502定位的多个缓冲挡块。在一示例性实施例中，邻近检测质量块502定位的缓冲挡块中的每个可以具有大体矩形的形状并且可以定位成限制沿特定方向的平移运动并抑制超过旋转阈值的旋转，所述旋转阈值在5-35度范围内(例如，在一示例性实施例中为15度)；不过合适的缓冲挡块也可以定位于mems固定部分590的不同位置处，缓冲挡块可以具有不同的形状，并且在一些实施例中，可以添加或移除缓冲挡块。在一实施例中，缓冲挡块534可以定位于对称质量块部分504的左下侧以限制旋转和负y轴运动，缓冲挡块550和552可以定位于对称质量块部分504的左上侧以限制旋转和负x轴运动，缓冲挡块548可以定位于对称质量块部分504的左上侧以限制旋转和正y轴运动，缓冲挡块542可以定位于非对称检测质量块部分506的右上侧以限制旋转和正y轴运动，缓冲挡块540可以定位于非对称检测质量块部分506的右上侧以限制旋转和正x轴运动。

在一些实施例中，第二传感器部分585可以包括锚固区域530。示例性锚固区域530可以包括多个锚固部分，每个锚固部分被锚固到盖层和衬底层中的每个并且被固定在mems装置层内。对称轴线562和旋转轴线564可以在锚固区域530的中心点处相交，其中对称轴线562沿y轴延伸，旋转轴线564沿x轴垂直于对称轴线560延伸。在图5的示例性实施例中，第二传感器部分585可以具有与第一传感器部分580相同的旋转轴线，不过在其他实施例中，它们的旋转轴线可以平行或彼此成一角度。

在一些实施例中，桨状质量块532可以通过扭杆513联接到锚固区域530的左侧部分，桨状质量块534可以通过扭杆515联接到锚固区域530的右侧部分。扭杆513和515可以具有合适的纵横比以支撑第二传感器部分580的可移动部件(例如，桨状质量块532、桨状质量块534和检测质量块522)，同时容许检测质量块522响应于检测质量块522的平面外运动而围绕旋转轴线564平面外旋转。

桨状质量块532和534可以通过各自的弹簧511和517联接到检测质量块522的非对称检测质量块部分524。弹簧511和517中的每个可以是沿x轴基本上刚性的，可以容许沿y轴的有限运动，并且可以具有明显的扭转顺应性以实现检测质量块522围绕旋转轴线564的旋转运动。弹簧511和517共同可以沿x轴与扭杆513和515对准，以形成第二传感器部分585的旋转轴线564。一个或多个感测电极(未描绘)可以定位于检测质量块522下方的衬底上，以形成一个或多个感测电容器。在一示例性实施例中，附加的桨状电极可以与桨状质量块532和534中的每个相关联，使得可以基于桨状质量块532和534的相对平面外位置来进行偏离补偿(例如，由于温度效应、剪切力、制造或封装)。

检测质量块522可以包括对称检测质量块部分524和从对称部分524沿平行于旋转轴线的方向延伸的非对称检测质量块部分526。对称检测质量块部分524可以关于对称轴线562对称。由于非对称检测质量块部分526从对称检测质量块部分526延伸，所以诸如冲击的力可以导致检测质量块522围绕锚固区域530旋转运动，而不是平移运动，并且与对称检测质量块相比，可以增大由于冲击引起的旋转运动的角度。

在一些实施例中，mems固定部分590可以包括邻近检测质量块522定位的多个缓冲挡块。在一示例性实施例中，邻近检测质量块522定位的缓冲挡块中的每个可以具有大体矩形的形状，并且可以定位成限制沿特定方向的平移运动并抑制超过旋转阈值的旋转，所述旋转阈值在5-35度范围内(例如，在一示例性实施例中为15度)；不过合适的缓冲挡块也可以定位于mems固定部分590的不同位置处，缓冲挡块可以具有不同的形状，并且缓冲挡块在一些实施例中可以添加或移除。在一实施例中，缓冲挡块574可以定位于对称质量块部分524的右上侧以限制旋转和正y轴运动，缓冲挡块570和572可以定位于对称质量块部分524的右下侧以限制旋转和正x轴运动，缓冲挡块568可以定位于对称质量块部分524的右下侧以限制旋转和负y轴运动，缓冲挡块562可以定位于非对称质量块部分526的左下侧以限制旋转和负y轴运动，缓冲挡块560可以定位于非对称检测质量块部分526的左下侧以限制旋转和负x轴运动。

在正z方向上的线性加速度可以导致检测质量块502围绕旋转轴线564沿逆时针方向旋转，使得检测质量块502的正y轴部分(例如，包括对称检测质量块504的较大部分和非对称检测质量块部分506的全部)在负z方向上平面外旋转，而检测质量块502的负x轴部分(例如，对称检测质量块部分504的小部分)在正z方向上平面外旋转。正z方向。感测电极可以定位于检测质量块502的各部分下方，以感测由于该运动引起的电容变化。在正z方向上的线性加速度可以导致检测质量块522围绕旋转轴线564沿顺时针方向旋转，使得检测质量块522的负y轴部分(例如，包括对称检测质量块524的较大部分和非对称质量块部分526的全部)在负z方向上平面外旋转，而检测质量块522的正y轴部分(例如，对称质量块部分524的小部分)在正x方向上平面外旋转。感测电极可以位于检测质量块522的各部分下方，以感测由于该运动引起的电容变化。

在负z方向上的线性加速度可以导致检测质量块502围绕旋转轴线564沿顺时针方向旋转，使得检测质量块502的正y轴部分(例如，包括对称检测质量块504的较大部分和非对称质量块部分506的全部)在正z方向上平面外旋转，而检测质量块502的负x轴部分(例如，对称质量块部分504的小部分)在负z方向上平面外旋转。感测电极可以定位于检测质量块502的各部分下方，以感测由于该运动引起的电容变化。在负z方向上的线性加速度可以导致检测质量块522围绕旋转轴线564沿顺时针方向旋转，使得检测质量块522的负y轴部分(例如，包括对称检测质量块524的较大部分和非对称质量块部分526的全部)在正z方向上平面外旋转，而检测质量块522的正y轴部分(例如，对称质量块部分524的小部分)在负z方向上平面外旋转。感测电极可以定位于检测质量块522的各部分下方，以感测由于该运动引起的电容变化。

参照图5，第一传感器部分580和第二传感器部分585的mems可移动部件可以紧邻其他可移动部件和位于mems装置平面内的mems固定部分590定位。非对称检测质量块部分506和526可以相对于所施加的冲击或振动力产生杠杆效应，这可以减小检测质量块和其他mems部件中的静摩擦。

前面的描述包含根据本公开的示例性实施例。这些示例仅仅是为了示例说明的目的而不是为了限制的目的被提供。应当理解的是，本公开可以以与本文中明确地描述和示出的那些形式不同的形式实施，并且本领域普通技术人员可以实施与以下权利要求一致的各种修改、优化以及变形。