高精度MEMS陀螺仪专题分析：原理、工艺与产业链.pdf

高精度MEMS陀螺仪专题分析：原理、工艺与产业链。MEMS 陀螺仪利用科里奥利力去测量角速度，用 MEMS 工艺实 现，一般采用梳齿电容静电驱动质量块振动，角速度带来质量块另外 一个方向的位移，用电容检测该位移从而计算出角速度。MEMS 陀螺 仪基本都是谐振式陀螺仪，主要部件有支撑框架、谐振质量块及激励 和测量单元，工作模态分为驱动模态与检测模态，两种模态的工作状 态、稳定控制及后续信号处理都需要通过外围电路来实现，静电驱动 是目前大部分 MEMS 陀螺仪采用的驱动方法，检测方式包括电磁检 测、电容检测、压电检测和压阻检测等。

零偏稳定性是衡量陀螺仪性能的主要核心指标，用来衡量陀螺仪 在一个工作周期内，当输入角速率为零时，陀螺仪输出值围绕其均值 的离散程度，数值越小表示性能越高。按照该指标不同，陀螺仪又分 为消费级、战术级、导航级、战略级，当前 MEMS 陀螺仪可以达到导 航级的精度水平。MEMS 陀螺仪因其体积小、重量轻、功耗低、成本 低等诸多优点，在消费电子领域已经获得了广泛应用，随着技术进步， 高精度 MEMS 陀螺仪在工业、商用航空航天、商用船舶导航以及武 器装备领域的渗透率存在较大提升空间。

由于 MEMS 传感器中复杂的极微小型机械系统的存在，MEMS 传感器的芯片设计和工艺研发必须紧密配合。一方面，制造端已有的 工艺路线在很大程度上决定了芯片的设计路线；另一方面，芯片的设 计路线又需要对制造端的工艺模块进行重组和调试。因此，MEMS 传 感器的研发企业必须同时进行芯片和工艺端的研发。在 MEMS 陀螺 仪工艺路线上，SOI 结构渐渐成为加工 MEMS 器件的主要技术，ASIC 一般采用 CMOS 工艺；MEMS 器件一般采用晶圆级封装，CMOS、 MEMS 等器件集成封装正在向 3D 集成技术发展，用较短的垂直互连 取代很长的二维互连，从而减低了系统寄生效应和功耗，并达到体积 最小化和优良电性能的高密度互连目的。