Source: https://patents.google.com/patent/EP2405238A1/en
Timestamp: 2018-09-19 13:56:21+00:00
Document Index: 134127226

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EP2405238A1 - Vibrating disk inertial rotary motion sensor - Google Patents
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EP2405238A1
EP2405238A1 EP20110170345 EP11170345A EP2405238A1 EP 2405238 A1 EP2405238 A1 EP 2405238A1 EP 20110170345 EP20110170345 EP 20110170345 EP 11170345 A EP11170345 A EP 11170345A EP 2405238 A1 EP2405238 A1 EP 2405238A1
EP20110170345
EP2405238B1 (en )
The microsensor has a central ring (130) kinematically connected to an outer ring (110) by a linkage that transmits Coriolis force partly to the central ring without transmitting oscillating movement around an excitation axis (Z). A detector measures Coriolis force transmitted to the ring. The detector comprises a piezoresistive gauge suspended between the ring and an anchoring part integrated with a fixed part of the microsensor. The gauge is connected to the ring at a height level, in the excitation axis, different from that of an oscillation axis (Y) of the ring.
La présente invention concerne généralement les capteurs inertiels de type gyroscope ou gyromètre et plus particulièrement ceux dits oscillants capables de détecter, selon un ou plusieurs axes, les très faibles forces de Coriolis engendrées par les mouvements rotationnels que ces capteurs subissent. The present invention relates generally to inertial sensors of gyroscope type or gyro and more particularly said oscillating capable of detecting, according to one or more axes, the very weak Coriolis forces generated by the rotational motions that these sensors are subjected.
La fabrication à très faible coût de capteurs inertiels de type gyroscope ou gyromètre a fait appel depuis longtemps à toutes les technologies qui ont été mises en oeuvre au cours des décennies passées par l'industrie de la microélectronique pour la production de masse de circuits intégrés d'abord et de micro systèmes électromécaniques ensuite. The production at very low cost inertial sensors gyroscope type or gyro long appealed to all technologies that have been implemented over the past decades by the microelectronics industry for mass production of integrated circuits first and micro electromechanical systems then. Micro systèmes plus connus sous l'acronyme MEMS de l'anglais « Micro Electro-Mechanical Systems ». Micro systems more known under the acronym MEMS standing for "Micro Electro-Mechanical Systems". Basé essentiellement sur l'utilisation du silicium pour ses propriétés de semi-conducteur, et aussi, avec les MEMS, pour ses qualités mécaniques, l'emploi de ces technologies a conduit à la fabrication de capteurs inertiels dits plans. Based primarily on the use of silicon for its semiconductor properties, and also with MEMS, for its mechanical properties, the use of these technologies has led to the manufacture of said planes inertial sensors. Fabriqués à partir d'un substrat, ils sont en effet formés dans un seul plan, à la surface de ce dernier, à l'aide des moyens et méthodes des technologies de la microélectronique, notamment dépôts ou croissance de matériaux divers en couches multiples, photolithographie pour définir les motifs et gravure de ces motifs. Manufactured from a substrate, they are in fact formed in a single plane on the surface thereof, using the means and methods of microelectronics technology, including deposition or growth of various materials in multiple layers, photolithography to define the pattern and etch of those reasons.
De très nombreux procédés et structures de capteurs inertiels plans ont été proposés. Numerous processes and inertial sensor structures plans were proposed. Le brevet américain 5,955,668 est caractéristique du type de capteurs qui peut être produit en utilisant les technologies de la microélectronique. US Patent 5,955,668 is typical of the type of sensors that can be produced using the technologies of microelectronics. Composé de deux masses planes, les forces de Coriolis sont transmises à un disque intérieur dont le balancement autour d'un axe d'ancrage doit être détecté pour mesurer les caractéristiques de la rotation à laquelle le capteur est soumis (amplitude, vitesse, etc.). Composed of two planar masses, Coriolis forces are transmitted to an inner disc which swing about an anchor pin to be detected to measure the characteristics of the rotation to which the sensor is subjected (amplitude, speed, etc. ).
La précision de la détection des forces de Coriolis, qui sont faibles, est un facteur de qualité primordial pour ces capteurs. The detection accuracy of Coriolis forces, which are low, is a key quality factor for these sensors. Traditionnellement, pour le type de capteurs plans décrit par le brevet ci-dessus, la mesure du balancement et, en général, du mouvement ou de la déformation de la partie du capteur soumise aux forces de Coriolis dans d'autres mises en oeuvre similaires, se fait par la mesure de la variation de capacité électrique entre des électrodes en mouvement. Traditionally, for the type of sensors planes described by the above patent, the measurement of rocking and, in general, movement or deformation of the part of the sensor subjected to Coriolis forces in other similar implementations, is done by measuring the change in electrical capacitance between the electrodes in motion. Cette mesure d'une capacité très faible, avec des variations encore plus faibles, est très délicate à réaliser avec précision. This measure a very low capacity, with even small variations, is very difficult to perform accurately. Valeurs d'autant plus faibles que la miniaturisation des capteurs est plus poussée. Values ​​decrease as the miniaturization of sensors further. Par ailleurs les mouvements à détecter se font généralement hors plan ce qui complique le placement et la réalisation des électrodes de l'élément capacitif à mesurer. Furthermore, the movements to be detected are generally made out of plane which complicates the placement and construction of the electrodes of the capacitive element to be measured. De plus, de nombreux facteurs sont susceptibles de perturber la mesure : mouvements parasites induits par le système d'excitation du capteur (oscillation d'une première masse destinée à créer le moment cinétique angulaire) ; In addition, many factors are likely to disturb the measurement: parasitic movements induced by the sensor excitation system (oscillation of a first mass to create angular momentum); couplage électrique pouvant exister entre deux voire trois voies de détection. electrical coupling may exist between two or three detection channels.
C'est donc un objet de l'invention que d'améliorer les capteurs inertiels plans du type décrit ci-dessus afin de maintenir voire d'augmenter leur sensibilité et/ou leur simplicité de mise en oeuvre alors même que leur miniaturisation est toujours plus poussée. It is therefore an object of the invention to improve the inertial sensors planes of the type described above in order to maintain or increase their sensitivity and / or implementation simplicity even as their miniaturization is always thrust.
A cet effet, l'invention a trait à un micro-capteur inertiel de mouvement de rotation pour la détection d'un mouvement rotationnel autour d'un axe dit de rotation, comportant une partie mobile par rapport à une partie fixe, la partie mobile comprenant une masse d'excitation configurée pour subir un mouvement d'oscillation autour d'un axe dit d'excitation par des moyens d'excitation de sorte à générer une force de Coriolis induite par le mouvement rotationnel, une masse de détection cinématiquement reliée à la masse d'excitation par des moyens de liaison configurés pour transmettre au moins en partie la force de Coriolis et pour ne pas transmettre au moins en partie le mouvement d'oscillation autour de l'axe d'excitation et ayant un degré de liberté en rotation autour d'un axe dit d'oscillation, perpendiculaire à l'axe de rotation, des moyens de détection configurés pour mesurer la force de Coriolis transmise à la masse de détection, caractérisé en ce que les moyens To this end, the invention relates to an inertial micro-sensor of rotary movement for detecting rotational movement about an axis of said rotation, comprising a movable portion relative to a fixed part, the movable part comprising an excitation mass configured to undergo an oscillating motion about an axis of said excitation by the excitation means so as to generate a Coriolis force induced by the rotational movement of a sensing mass kinematically connected to mass excitation by connecting means configured to transmit at least part of the Coriolis force and not to transmit at least part of the oscillating movement around the excitation axis and having a degree of freedom in rotation about an axis of said oscillation perpendicular to the axis of rotation, detection means configured to measure the Coriolis force transmitted to the detection mass, characterized in that the means de détection comportent au moins une jauge de contrainte suspendue entre la masse de détection et une partie d'ancrage solidaire de la partie fixe. detecting comprise at least one strain gauge suspended between the sensing mass and a fixed anchor portion of the fixed part.
Préférentiellement au moins une des jauges de contrainte est une jauge piézorésistive. Preferably at least one strain gauge is a piezoresistive gauge.
On entend par « suspendue » que la (ou les) jauge(s) est connectée à ses deux extrémités ou à proximité de ces extrémités mais qu'au moins une partie de sa longueur reste libre et sans contact avec l'un ou l'autre de l'élément de détection et de la partie fixe. The term "suspended" as the (or) gauge (s) is connected to both ends or close to these ends, but at least part of its length remains free and without contact with one or side of the sensing element and the fixed part. La jauge dite « suspendue » est maintenue en deux parties dites parties d'extrémités. The so-called "suspended" gauge is maintained in two parts said end portions. La partie de la jauge, dite partie centrale, disposée entre ces deux parties d'extrémités est de longueur non nulle et n'est en contact avec aucun autre élément mobile ou fixe et notamment aucun des éléments parmi ceux composant le capteur. The portion of the gauge, said central portion disposed between both end portions is non-zero length and is in contact with any other mobile or fixed element including any of the elements among the component sensor.
Préférentiellement, cette jauge est de forme allongée suivant une direction, et de longueur, dite longueur de la jauge, grande dans cette direction (devant chaque dimension mesurée dans une section perpendiculaire à ladite direction). Preferably, this gauge is of elongate shape in one direction, and a length, said length of the gauge, wide in this direction (in front of each dimension measured in a section perpendicular to said direction). Elle est maintenue en deux parties d'extrémités qui sont chacune de longueur faible ou très faible devant la longueur de la jauge ou de sa partie centrale. It is held in both end portions which are each of low or very low length to the length of the gauge or of its central portion. Ces deux parties d'extrémité peuvent simplement être les bordures de la jauge. The two end portions may be just the edges of the gauge.
La jauge peut avoir la forme d'une poutre ou poutrelle par exemple de section rectangulaire ou carrée dont l'épaisseur est orientée selon l'axe d'excitation. The gauge may have the shape of a beam or joist, for example, rectangular or square cross section whose thickness is oriented along the excitation axis.
En cas d'emploi de plusieurs jauges, elles peuvent être identiques ou non. When using multiple gauges, they may be identical or not. Préférentiellement, au moins l'une d'entre elles présente la forme et/ou l'orientation caractéristique correspondante à l'un des modes de réalisation ici décrits. Preferably, at least one of them has the shape and / or orientation characteristic corresponding to one of the embodiments described herein.
Ce choix de jauges avantageusement piézo résistives associé à une configuration d'implantation spécifique, en suspension, procure des résultats avantageux en terme de détection. This choice of piezo resistive gauges advantageously associated with a specific layout configuration, suspension, provides advantageous detection term.
Suivant une possibilité préférée, au moins une jauge avantageusement piézo résistive est reliée à la masse de détection à un niveau de hauteur, suivant l'axe d'excitation, différent de celui de l'axe d'oscillation de la masse de détection lorsque celle-ci est soumise à une force de Coriolis. According to a preferred possibility, at least one piezo resistive gauge is preferably connected to ground detecting a height level along the axis of excitation, different from the axis of oscillation of the sensing mass when the -ci is subjected to a Coriolis force. Avantageusement, la partie fixe comporte un substrat à partir duquel est réalisée tout ou partie de la partie mobile et la jauge de contrainte s'étend dans un plan parallèle au plan du substrat, dans une direction parallèle à l'axe de la rotation à mesurer mais orthogonale à celle du mouvement de la masse de détection. Advantageously, the fixed part comprises a substrate from which is formed all or part of the mobile part and the strain gauge extends in a plane parallel to the substrate plane, in a direction parallel to the axis of rotation to be measured but orthogonal to that of movement of the sensing mass. On peut ainsi ajuster au mieux l'emplacement de la jauge pour une détection optimale. It is thus possible to better adjust the location of the gauge for optimal detection. Par ailleurs, la force de Coriolis est induite par un mouvement de rotation situé dans le plan du substrat. Furthermore, the Coriolis force is induced by a rotational movement in the plane of the substrate.
Par ailleurs, avantageusement, la masse de détection est superposée à la partie fixe suivant l'axe d'excitation et comporte une face interne en vis-à-vis d'une face de la partie fixe, la jauge étant localisée dans le prolongement de la face interne. Moreover, advantageously, the sensing mass is superimposed on the fixed part along the axis of excitation, and has an internal face in facing relation to a face of the fixed part, the gauge being located in the extension of the inner face. Suivant ces cas, la jauge peut aisément être intégrée au reste du capteur lors de la fabrication, notamment par une couche mince dans laquelle est formée la jauge au cours d'étapes de lithographie. Next these cases, the gauge can be easily integrated with the rest of the sensor during production, in particular by a thin layer in which is formed the gage during lithography steps.
Préférentiellement, le capteur comporte une masse mobile intermédiaire reliée à la masse d'excitation de sorte à subir au moins partiellement le mouvement d'oscillation autour de l'axe d'excitation de la masse d'excitation et la force de Coriolis, reliée à la masse de détection de sorte à transmettre au moins partiellement la force de Coriolis et à être mobile en rotation solidairement de la masse de détection suivant le mouvement d'oscillation généré par la force de Coriolis. Preferably, the sensor includes an intermediate movable mass connected to ground excitation so as to undergo at least partially the movement of oscillation about the axis excitation of the excitation mass and the Coriolis force, connected to mass so detection to at least partially transmit the Coriolis force and to be rotatable integrally with the sensing mass along the oscillating movement generated by the Coriolis force. Ce découplage optimisé permis par cette masse intermédiaire limite les contraintes parasites qui pourraient être imposées à la jauge. This optimized decoupling allowed by this intermediate mass limit parasitic constraints that might be imposed on the gauge. On réduit ainsi les risques de rupture et on peut affiner la jauge de sorte à concentrer les contraintes sur sa section, réduite, si bien que la sensibilité est accrue. This reduces the risk of breakage and the gauge can be refined in order to concentrate stress on its section reduced so that the sensitivity is increased.
D'autres caractéristiques optionnelles pouvant être cumulées ou utilisées alternativement sont citées ci-après. Other optional features that can be combined or used alternately are cited below. Notamment, certains aspects avantageux portent sur la localisation de la ou les jauges pour optimiser la détection. In particular, some advantageous aspects relate to the location of the gauges or to optimize detection. Le micro-capteur peut ainsi être tel que : The micro-sensor may thus be such that:
au moins une jauge de contrainte est une jauge piezorésistive, at least one strain gauge is a piezoresistive gauge,
la au moins une jauge de contrainte est reliée à la masse de détection à un niveau de hauteur, suivant l'axe d'excitation, différent de celui de l'axe d'oscillation de la masse de détection, the at least one strain gauge is connected to the sensing mass to a height level along the axis of excitation, different from the axis of oscillation of the sensing mass,
la partie fixe comporte un substrat à partir duquel est réalisée tout ou partie de la partie mobile, la jauge de contrainte s'étendant dans un plan parallèle au plan du substrat, dans une direction parallèle à l'axe de rotation, the fixed part comprises a substrate from which is formed all or part of the movable portion, the strain gauge extending in a plane parallel to the substrate plane, in a direction parallel to the axis of rotation,
la masse de détection est superposée à la partie fixe suivant l'axe d'excitation et comporte une face interne en vis-à-vis d'une face de la partie fixe, la jauge de contrainte étant localisée dans le prolongement de la face interne, the sensing mass is superimposed on the fixed part along the excitation axis and has an inner surface in facing relation to a face of the fixed portion, the strain gauge being located in the extension of the inner face ,
une masse mobile intermédiaire est reliée à la masse d'excitation de sorte à subir au moins partiellement le mouvement d'oscillation autour de l'axe d'excitation et la force de Coriolis, reliée à la masse de détection de sorte à transmettre au moins partiellement la force de Coriolis et à être mobile en rotation solidairement de la masse de détection suivant son axe d'oscillation, an intermediate movable mass is connected to the excitation mass so as to undergo at least partially the movement of oscillation about the axis of the excitation and Coriolis force, connected to the detection mass so as to transmit at least partially the Coriolis force and to be rotatable integrally with the sensing mass along its axis of oscillation,
la jauge de contrainte est suspendue à la partie d'ancrage solidaire de la partie fixe par l'intermédiaire d'un contact électrique individuel, the strain gauge is suspended from the anchor portion secured to the fixed part via a single electrical contact,
la masse de détection comporte un trou au droit duquel est suspendue la au moins une jauge de contrainte, the sensing mass comprises a hole to the right of which is suspended the at least one strain gauge,
la masse de détection présente une symétrie axiale suivant l'axe d'excitation, le trou étant localisé au centre de la masse de détection, the sensing mass has an axial symmetry along the excitation axis, the hole being located in the center of the sensing mass,
la masse de détection comporte une série de poutres comportant au moins une poutre faisant saillie vers l'intérieur du trou et à laquelle est reliée la jauge de contrainte, the sensing mass comprises a series of beams comprising at least one beam projecting inwardly of the hole and which is connected to the strain gauge,
la poutre est orientée suivant l'axe d'oscillation de la masse de détection, the beam is oriented along the axis of oscillation of the sensing mass,
la masse de détection comporte une deuxième jauge de contrainte reliée à la poutre en symétrie de la première jauge de contrainte par rapport à l'axe d'oscillation de la masse de détection, the sensing mass comprises a second strain gauge connected to the beam symmetry of the first strain gauge relative to the axis of oscillation of the sensing mass,
la série de poutres comporte une deuxième poutre pour former une paire de poutres et comprenant au moins une jauge de contrainte reliée à la deuxième poutre, ladite deuxième poutre et ladite au moins une jauge étant symétriques respectivement de la première poutre et de la au moins une jauge de contrainte reliée à la première poutre, selon l'axe de symétrie de la masse de détection, the series of beams comprises a second beam to form a pair of beams and comprising at least one strain gauge connected to the second beam, said second beam and said at least one gauge being respectively symmetrical of the first beam and the at least one strain gauge connected to the first beam along the axis of symmetry of the sensing mass,
la masse d'excitation et l'élément de détection sont configurées pour générer et transmettre une deuxième force de Coriolis induite par un mouvement rotationnel autour d'un deuxième axe de rotation perpendiculaire à l'axe de rotation, le micro-capteur comportant des deuxièmes moyens de détection configurés pour mesurer la deuxième force de Coriolis transmise à la masse de détection, la masse de détection ayant un degré de liberté en rotation autour d'un deuxième axe dit d'oscillation, the excitation mass and the sensing element are configured to generate and transmit a second Coriolis force induced by a rotational movement about a second axis of rotation perpendicular to the axis of rotation, the micro-sensor having second detection means configured to measure the second Coriolis force transmitted to the sensing mass, the sensing mass having a degree of freedom in rotation about a second axis said oscillation,
la masse intermédiaire a un degré de liberté en rotation autour du deuxième axe dit d'oscillation, the intermediate mass has a degree of freedom in rotation about the second axis of said oscillation,
la masse de détection comporte une deuxième série de poutres tournée de 90° par rapport à la première série de poutres autour du point d'intersection des premier et deuxième axes d'oscillation de la masse de détection et les deuxièmes moyens de détection comportent des jauges piézo résistives tournées de 90° par rapport aux jauges piézo résistives des premiers moyens de détection autour du point d'intersection des premier et deuxième axes d'oscillation de la masse de détection, the sensing mass comprises a second series of beams rotated 90 ° relative to the first set of beams around the point of intersection of the first and second oscillation axes of the sensing mass and the second detection means comprise gauges piezo resistive rotated 90 ° relative to the piezo resistive gauges of the first sensing means around the point of intersection of the first and second oscillation of the sensing mass axes,
la masse d'excitation entoure la masse de détection, the excitation mass surrounding the sensing mass,
le dispositif comporte une masse additionnelle reliée à la masse d'excitation de sorte à présenter un mouvement de vibration suivant une direction perpendiculaire à l'axe d'excitation et de sorte à générer une force de Coriolis induite par un mouvement de rotation de la masse additionnelle suivant l'axe d'excitation, des moyens de détection additionnels configurés pour mesurer la force de Coriolis induite par un mouvement de rotation de la masse additionnelle suivant l'axe d'excitation, the device comprises an additional mass connected to the excitation mass so as to have a vibration movement in a direction perpendicular to the excitation axis and so as to generate a Coriolis force induced by the mass of rotational movement additional following the excitation axis, additional detection means configured for measuring the Coriolis force induced by a rotation of the additional mass along the excitation axis,
la masse additionnelle présente deux parties réalisées symétriquement par rapport à l'axe d'excitation, les moyens de détection additionnels coopérant avec les deux parties de la masse additionnelle pour opérer une mesure différentielle de la force de Coriolis induite par le mouvement de rotation de la masse additionnelle suivant l'axe d'excitation, the additional mass comprises two parts made symmetrically with respect to the axis of excitation, the additional detection means cooperating with the two parts of the additional mass to operate a differential measurement of the Coriolis force induced by the rotational movement of the additional mass following the excitation axis,
chaque partie de la masse additionnelle comporte une portion configurée pour subir le mouvement de vibration et une portion ancrée à la partie fixe de sorte à ne pas subir le mouvement de vibration, les deux parties étant reliées par un bras, les moyens de détection additionnels comportant au moins une jauge de contrainte sur chaque bras, each of the additional mass comprises a portion configured to undergo vibratory motion and a portion anchored to the fixed part so as not to undergo the vibration mode, the two portions being connected by an arm, the additional detection means comprising at least one strain gauge on each arm,
le dispositif consiste en un système micro électromécanique, the device consists of a micro electromechanical system,
la au moins une jauge de contrainte comprend une strate de matériau électriquement conducteur ayant des propriétés piézo résistives, the at least one strain gauge comprises a layer of electrically conductive material having piezo resistive properties,
la strate de matériau est obtenue par gravage dans une couche de matériau et au moins un organe électriquement conducteur est aussi obtenu par gravage dans ladite couche de matériau. the layer of material is obtained by etching in a layer of material and at least one electrically conductive member is also obtained by etching into said material layer.
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation de cette dernière qui peuvent être combinés et sont illustrés par les dessins d'accompagnement non limitatifs suivants dans lesquels : The objects, as well as the features and advantages of the invention will become more apparent from the detailed description of embodiments thereof that can be combined and are illustrated by the following non-limiting accompanying drawings in which:
La The figure 1 figure 1 illustre une première mise en oeuvre dans laquelle un capteur inertiel selon l'invention est composé de trois masses distinctes qui permettent une détection des forces de Coriolis générées selon deux axes de rotation orthogonaux à l'aide de jauges piézorésistives. illustrates a first embodiment wherein an inertial sensor according to the invention consists of three separate masses that allow detection of Coriolis forces generated in two orthogonal axes of rotation using piezoresistive gauges.
La The figure 2 Figure 2 est une vue en plan d'un capteur inertiel à trois masses sismiques selon l'invention. is a plan view of an inertial sensor with three seismic masses according to the invention.
La The figure 3 Figure 3 montre une vue agrandie d'un jeu de peignes d'actionnement électrostatique servant à communiquer un mouvement oscillant d'excitation à une couronne extérieure constituant la première masse du capteur. shows an enlarged view of a set of electrostatic actuation combs for imparting oscillatory excitation movement to an outer ring constituting the first mass of the sensor.
La The figure 4 Figure 4 est une vue agrandie en plan d'un ressort permettant le mouvement oscillant d'excitation de la couronne extérieure. is an enlarged plan view of a spring for the outer ring of oscillating excitation movement.
La The figure 5 Figure 5 est une vue agrandie des moyens de liaison avec l'un des ressorts conçus pour transmettre le mouvement d'oscillation autour de l'axe d'excitation à une couronne intermédiaire constituant la deuxième masse du capteur. is an enlarged view of the connecting means with one of the springs adapted to transmit the oscillating movement about the axis of excitation in an intermediate ring forming the second mass of the sensor.
La The figure 6 Figure 6 est une vue agrandie d'une partie d'une couronne centrale constituant la troisième masse du capteur, de ses liaisons avec la couronne intermédiaire et de ses points d'ancrage. is an enlarged view of a portion of a central ring forming the third mass sensor, its connections with the intermediate ring and its anchor points.
La The figure 7 Figure 7 est une vue en coupe d'une paire de jauges piézorésistives destinées à mesurer les forces de Coriolis. is a sectional view of a pair of piezoresistive gauges for measuring Coriolis forces.
Les The figures 8a à 8g 8a to 8g décrivent les étapes principales d'un procédé de réalisation de MEMS compatible avec la fabrication de capteurs inertiels selon l'invention. describe the main steps of a MEMS manufacturing process compatible with the production of inertial sensors according to the invention.
Les The figures 9a à 9c Figures 9a to 9c décrivent les étapes supplémentaires d'un procédé de réalisation de MEMS qui permettent d'obtenir des épaisseurs différentes pour la réalisation des parties mécaniques. describe the additional steps of a MEMS manufacturing process which allow to obtain different thicknesses for achieving the mechanical parts.
Les The figures 10a et 10b Figures 10a and 10b envisagent des variantes de mise en oeuvre d'un capteur inertiel selon l'invention. considering implementation variants of an inertial sensor according to the invention.
Les The figures 11 figures 11 a à 11f décrivent une variante à trois axes de détection de l'invention. 11f has to describe a variant of the invention in three sensing axes.
Les dessins joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. The accompanying drawings are given as examples and are not restrictive of the invention.
Le capteur de l'invention comporte une partie fixe telle une partie d'un substrat employé dans les technologies MEMS. The sensor of the invention comprises a fixed portion such as a portion of a substrate employed in MEMS technology. Une autre partie, dite partie mobile, est montée relativement à la partie fixe de sorte à lui préserver des libertés de mouvements qui seront détaillées plus loin. Another part, called the moving part is mounted relative to the fixed part so preserve her freedom of movement which will be detailed later. La partie mobile forme la portion du capteur où une pseudo force de Coriolis est créée sous condition d'excitation en cas de rotation selon un axe suivant lequel on souhaite opérer la détection. The movable portion forms the portion of the sensor where a pseudo Coriolis force is created under the condition of rotation in case of excitation at an axis along which it is desired to operate the detection.
D'une manière générale, on appelle axe de rotation, l'axe du mouvement de rotation à détecter. In general, so-called axis of rotation, the axis of rotational movement to be detected. La détection met en oeuvre un mouvement d'oscillation autour d'un axe d'excitation. The detection uses a movement of oscillation about an excitation axis. Le fonctionnement du capteur engendre une tendance à opérer un mouvement de rotation, induit, selon un axe servant à la détection. The operation of the sensor results in a tendency to make a rotational movement, armature, along an axis for detection. II est ici généralement appelé axe d'oscillation et est perpendiculaire à l'axe de rotation du mouvement à détecter. It is here generally referred to as oscillation axis and is perpendicular to the rotational axis of the movement to be detected.
Pour une détection selon un axe de rotation (X par exemple), l'axe d'excitation est référencé (Z) et l'axe d'oscillation est l'axe (Y),. For detection along an axis of rotation (X for example), the excitation axis is referenced (Z) and the oscillation axis is the axis (Y) ,. Pour un mouvement à détecter suivant l'axe (Y), l'axe d'excitation est (Z) et l'axe d'oscillation est l'axe (X). For movement to be detected along the axis (Y), the axis of excitation is (Z) and the oscillation axis is the axis (X). La jauge de contrainte sert à détecter la rotation autour de l'axe d'oscillation. The strain gauge is used to detect the rotation around the axis of oscillation.
Dans les exemples qui suivent, un organe de la partie mobile est un élément d'excitation sous forme d'une première masse subissant une excitation. In the following examples, a mobile part member is a drive element in the form of a first mass undergoing excitation. Un autre organe est un élément de détection sous forme d'une autre masse. Another element is a detection element in the form of another mass. Un mode de réalisation préféré de l'invention associe une troisième masse, intermédiaire, aux précédentes bien que ce cas ne soit pas limitatif. A preferred embodiment of the invention combines a third mass, intermediate, previous although this case is not limiting.
La The figure 1 figure 1 illustre une première mise en oeuvre de l'invention dans laquelle un capteur inertiel est composé de trois masses sismiques distinctes permettant une détection des forces de Coriolis générées selon deux axes orthogonaux de rotation du capteur et se situant dans le plan du substrat. illustrates a first implementation of the invention in which an inertial sensor is composed of three distinct seismic masses allowing detection of the generated Coriolis forces along two orthogonal axes by rotation and lying in the plane of the substrate. L'agencement des trois masses avec l'utilisation de jauges piézorésistives suspendues assure un découplage complet des mouvements oscillants d'excitation du capteur qui ne sont pas transmis aux jauges afin qu'elles puissent mesurer précisément les seuls mouvements de compression et d'extension (ou traction) auxquelles elles sont soumises par les forces de Coriolis résultant des rotations du capteur selon les deux axes possibles de détection. The arrangement of the three masses with the use of suspended piezoresistive gauges ensures a complete decoupling of the oscillating excitation movements of the sensor which are not transmitted to the gauges so that they can accurately measure only compression and extension movements ( or tension) which they are subjected by the Coriolis forces resulting from rotation sensor according to the two possible axes of detection.
La The figure 1 figure 1 est une vue en perspective du capteur inertiel plan de cette première mise en oeuvre de l'invention. is an inertial sensor perspective view of the plane of this first implementation of the invention. Les différents mouvements des trois masses du capteur sont décrits ci-après selon le système référentiel tridimensionnel classique dans lequel le plan du capteur est ici défini par les axes notés X et Y. La troisième dimension, hors plan, est l'axe Z. L'énergie cinétique d'excitation est communiquée au capteur sous forme d'oscillations dans le plan XY, autour de l'axe Z, comme indiqué au repère 103. L'élément d'excitation est une première masse qui reçoit cette excitation par des moyens classiques dont un exemple est donné plus loin. The different movements of the three masses of the sensor are described below in the conventional three-dimensional reference system wherein the sensor plane is here defined by the axes X and Y. rated The third dimension outside the plane, is the axis Z. kinetic excitation energy is communicated to the sensor in the form of oscillations in the XY plane, about the axis Z, as shown at reference 103. the excitation element is a first mass that receives the excitation by means classic, an example is given below. La première masse prend dans cet exemple la forme d'une couronne extérieure 110 qui est rendue libre d'osciller dans le seul plan XY autour de l'axe Z par les ressorts 150, ici au nombre de quatre. The first mass in this example takes the form of an outer ring 110 which is made free to oscillate only in the XY plane about the Z axis by the springs 150, here four in number. Les ressorts 150 sont conçus pour donner à la première masse un seul degré de liberté de mouvement, en rotation, autour de l'axe Z 103. Par rapport à la partie fixe, ces ressorts sont décrits plus précisément dans la The springs 150 are designed to give the first mass a single degree of freedom of movement in rotation about the axis Z 103. In relation to the fixed part, these springs are described more specifically in the figure 4 Figure 4 . .
Le mouvement d'excitation oscillant du capteur est transmis à la couronne intermédiaire 120 constituant une autre masse. The oscillating excitation movement of the sensor is transmitted to the intermediate ring 120 constituting another mass. Elle est rigidement liée à la couronne extérieure selon le mouvement d'excitation et a donc aussi un mouvement autour de l'axe Z. Des ressorts gravés dans le plan de la couronne intermédiaire, décrits ci-après, confèrent cependant à celle-ci deux degrés supplémentaires de liberté de mouvement en oscillation autour des axes X 102 et Y 101. It is rigidly connected to the outer ring according to the excitation movement and thus also a movement around the axis Z. springs etched into the plane of the intermediate ring, described below, however confer on the latter two additional degrees of freedom of movement to oscillate about axes X 102 and Y 101.
Une autre masse, sous forme de couronne centrale 130 est quant à elle ancrée en rotation selon Z et ne peut donc suivre les mouvements oscillants d'excitation communiqués aux couronnes extérieure 110 et intermédiaire 120. Elle ne peut donc être sensible qu'aux mouvements résultants des forces de Coriolis et a donc à cet effet deux degrés de liberté de mouvement en oscillation autour des axes X et Y avec les moyens décrits dans les figures suivantes ; Another mass, in the form of central ring 130 is in turn anchored in rotation on Z and can therefore follow the oscillating excitation movements communicated to the outer rings 110 and intermediate 120. It can therefore be sensitive only resulting movements Coriolis forces and therefore has for this purpose two degrees of freedom of movement to oscillate about the X and Y axes with the means described in the following figures; les mouvements dus à la force de Coriolis sont transmis par les ressorts 190. La couronne centrale 130 et la couronne extérieure 110, qui ne sont pas libres de tous leurs mouvements, ont des points d'ancrage à un substrat fixe dont certains 100 sont désignés sur la the movements caused by the Coriolis force are transmitted by the springs 190. The central ring 130 and outer ring 110, which are not free of all their movements, have anchor points in a fixed substrate 100, some of which are designated on the figure 1 figure 1 . . Ils sont décrits et indiqués plus précisément ci-après. They are described and shown more precisely below.
Les mouvements de contrainte sont transmis aux jauges piézo résistives, ici par quatre poutres 140 disposées à la périphérie intérieure de la couronne centrale 130 formant ainsi un élément de détection des oscillations selon les deux axes X et Y au niveau d'un trou 147. strain movements are transmitted to the piezo resistive gauges, here by four beams 140 disposed at the inner periphery of the central ring 130 thus forming a sensing member of the oscillations about the two axes X and Y at a hole 147.
Préférentiellement, l'épaisseur (suivant la direction Z, mais de préférence aussi la largeur orthogonale à la direction du mouvement rotationnel à détecter) de la ou des jauges est comprise entre quelques 10 nm et quelques micromètres, par exemple 1 µm ou 2 µm ou 10 µm. Preferably, the thickness (in the Z direction, but preferably also the width orthogonal to the direction of rotational movement to be detected) of the gauges or is between about 10 nm and a few micrometers, for example 1 micron or 2 microns or 10 .mu.m. Un exemple d'épaisseur est de 40nm pour une jauge de contrainte suspendue en silicium cristallin. An example of a thickness of 40nm for a suspended strain gauge crystalline silicon. De préférence, l'épaisseur e est très petite devant d (e<d, soit e<d/1 0 ou e<d/20) d étant la distance entre l'axe d'oscillation de la masse de détection 130, 230 suivant la direction du mouvement rotationnel comme illustré au repère 148 en Preferably, the thickness e is very small compared with d (e <d or e <d / 1 0 or e <d / 20) where d is the distance between the axis of oscillation of the proof mass 130, 230 along the direction of rotational movement as illustrated by reference 148 in figure 7 Figure 7 et son plan inférieur en vis-à-vis du substrat. and its bottom plan vis-à-vis the substrate.
La mesure en différentiel peut se faire, pour chaque paire de jauges, au moyen d'un pont de Wheatstone. Measuring differential can be, for each pair of gauges, by means of a Wheatstone bridge.
La The figure 2 Figure 2 est une vue dans le plan XY du capteur inertiel à trois masses sismiques selon la is a view in the XY plane of the inertial sensor according to three seismic masses figure 1 figure 1 . . On retrouve sur cette figure les trois masses sous forme de couronnes concentriques 110, 120 et 130 décrites ci-dessus. Found on this figure, the three masses in the form of concentric rings 110, 120 and 130 described above. Le mouvement d'oscillation est dans cet exemple communiqué à la couronne extérieure 110 par un jeu de deux peignes d'actionnement électrostatique 160. Le mouvement est classiquement obtenu par l'application d'une tension continue entre les deux peignes, tension continue à laquelle on surimpose une tension alternative correspondant à la fréquence d'excitation désirée du capteur inertiel afin de lui communiquer l'énergie cinétique nécessaire qui permettra le développement des forces de Coriolis lorsque le capteur est lui-même mis en rotation. The oscillating motion in this example communicated to the outer ring 110 by a set of two electrostatic actuator combs 160. The movement is conventionally obtained by applying a DC voltage between the two combs, which direct voltage it superimposes an alternating voltage corresponding to the desired excitation frequency of the inertial sensor to communicate the necessary kinetic energy which enables the development of Coriolis forces when the sensor is itself rotated. On peut utiliser des fréquences typiques : 2-20kHz, les tensions variant en fonction du facteur de qualité : pour un facteur de qualité de quelques 1000 (correspondant à un vide primaire), des tensions de l'ordre de l'ordre de quelques volts conviennent, pour des facteurs de qualité très élevés, 50000-200000 par exemple, (vide très poussé), des tensions de 10-100mV sont avantageuses. typical frequencies may be used: 2-20kHz, tensions varying depending on the quality factor for a quality factor of about 1000 (corresponding to a rough vacuum), the order of the order of voltages of a few volts suitable for very high quality factors, for example 50000-200000 (high vacuum), 10-100mV of tensions are advantageous.
Tous les points d'ancrage à une partie fixe du capteur ou substrat sont indiqués sous forme d'une croix dans cette figure. All anchor points to a fixed part of the sensor or substrate are shown as a cross in this figure. Une moitié des peignes, quatre dans cet exemple, sont fixes et ancrés au substrat. A half combs, four in this example, are fixed and anchored to the substrate. L'autre moitié des peignes est solidaire de la couronne extérieure afin de lui communiquer le mouvement d'oscillation. The other half of the combs is integral with the outer ring in order to communicate the oscillating motion. La The figure 3 Figure 3 montre une vue agrandie de ces peignes avec leur points d'ancrage 100 et la couronne extérieure 110 solidaire par la partie 162 de deux peignes mobiles. shows an enlarged view of the combs with their anchor points 100 and the outer ring 110 integral with the portion 162 of the two movable combs.
Les autres points d'ancrage indiqués sur la The other anchor points indicated on the figure 2 Figure 2 sont ceux des ressorts 150 qui assurent la liberté de mouvement d'oscillation dans le plan XY, autour de l'axe Z, à la première des masses du capteur c'est-à-dire la couronne extérieure 110. La are those of the springs 150 which provide freedom oscillating motion in the XY plane, about the Z axis, to the first mass of the sensor that is to say the outer ring 110. The figure 4 Figure 4 est une vue agrandie, dans le plan XY d'un de ces ressorts. is an enlarged view in the XY plane of one of these springs. Deux points d'ancrage 100 sont situés de part et d'autre de chacun des ressorts 150. La seule liberté de mouvement de la couronne extérieure, autour de l'axe Z, est obtenue en réalisant de longs doigts flexibles 152 qui sont ancrés d'une part au substrat et d'autre part sont solidaires de la couronne extérieure 110 permettant un mouvement d'oscillation 112 dont l'amplitude est typiquement de quelques microns (10 -6 mètre). Two anchor points 100 are located on either side of each of the springs 150. The only freedom of movement of the outer ring, around the Z axis is obtained by performing long flexible fingers 152 which are anchored to on the one hand to the substrate and on the other hand are integral with the outer ring 110 allowing movement of oscillation 112 whose amplitude is typically several microns (10 -6 meters). Comme on peut le voir sur la vue en perspective, les ressorts 150 sont épais et donc par ailleurs rigides afin qu'ils ne puissent se déformer dans une direction autre que celle pour laquelle ils ont été conçus, c'est-à-dire pour seulement permettre une rotation dans le plan XY autour de l'axe Z. As can be seen in the perspective view, the springs 150 are thick and therefore rigid elsewhere so that they can be deformed in a direction other than that for which they were designed, that is to say, for only allow rotation in the XY plane about the axis Z.
La The figure 2 Figure 2 montre aussi tous les ressorts 170 qui lient la première et la deuxième masse, c'est-à-dire, dans cet exemple, la couronne extérieure 110 et la couronne intermédiaire 120. Ici au nombre de huit, ils ont pour rôle comme déjà mentionné précédemment de transmettre le mouvement d'excitation à la couronne intermédiaire en permettant toutefois à celle-ci d'acquérir deux degrés de liberté supplémentaires en oscillation autour des axes X et Y. A cette fin, la moitié, quatre dans cet exemple, sont disposés dans la direction de l'axe X et les quatre autres dans la direction de l'axe Y. Ces ressorts sont donc rigides dans le plan XY et souples hors plan, c'est-à-dire selon l'axe Z. also shows all of the springs 170 that connect the first and second mass, that is to say, in this example, the outer ring 110 and the intermediate ring 120. Here eight in number, their role is as already mentioned previously to transmit the drive movement to the intermediate crown however allowing it to acquire two additional degrees of freedom to oscillate about the axes X and Y. to this end, the half, four in this example, are arranged in the direction of the X axis and the other four in the direction of the axis Y. These springs are so rigid in the XY plane and flexible out of plane, that is to say along the axis Z.
La The figure 5 Figure 5 est une vue agrandie de l'un de ces ressorts 170 conçus pour transmettre le mouvement d'oscillation autour de l'axe Z à la couronne intermédiaire 120 tout en permettant à cette dernière d'être soumise aux forces de Coriolis et d'autoriser aussi un mouvement de déformation, orthogonal au plan XY dans lequel ils sont représentés, forces apparaissant lorsque le capteur est lui-même soumis à une rotation, autour de l'axe X, autour de l'axe Y ou des deux à la fois, en raison des mouvements du dispositif dans lequel il est intégré. is an enlarged view of one of these springs 170 arranged to transmit the oscillating movement about the axis Z to the intermediate ring 120 while allowing the latter to be subjected to Coriolis forces and allow also a deformation movement, orthogonal to the XY plane in which they are represented, forces occurring when the sensor itself is rotated around the X axis, around the Y-axis or both at a time, due to device movements in which it is integrated. Mouvements que l'on désire détecter avec le capteur. Movements that are to be detected with the sensor.
La The figure 2 Figure 2 montre également les ressorts 190 assurant la liaison entre la deuxième et la troisième des trois masses d'un capteur inertiel selon ce premier mode de réalisation. also shows the springs 190 providing a connection between the second and third of the three masses of an inertial sensor according to this first embodiment. Ces ressorts destinés à ne transmettre à la troisième masse que les mouvements résultants des forces de Coriolis sont, comme ceux 150 de la couronne extérieure, souples dans le plan XY et rigides hors plan, selon Z. Ils sont donc réalisés d'une manière identique à ce qui est montré These springs intended not to transmit to the third ground that the resulting movements of the Coriolis forces, like those 150 of the outer ring, flexible and rigid in the XY plane out of plane, as Z. They are therefore performed in an identical manner to what is shown figure 4 Figure 4 . .
D'une façon générale, entre la couronne extérieure 110 constituant l'élément d'excitation et la troisième masse constituant l'élément de détection, des moyens de liaison assurent cette transmission sélective entre les deux éléments. In general, between the outer ring 110 constituting the excitation and the third mass element constituting the detection element, the connecting means provide this selective transmission between the two elements. Dans le mode de réalisation ici décrit, une couronne intermédiaire 120 participe aux moyens de liaison de sorte à procurer un découplage affiné entre l'élément d'excitation et l'élément de détection, l'objectif étant que la force de Coriolis soient au moins en partie transmise sans que des mouvements ou efforts additionnels ne viennent perturber la détection. In the embodiment described here, an intermediate ring 120 participates in the connecting means so as to obtain a refined decoupling between the excitation and the detection member element, the objective being that the Coriolis force are at least partly transmitted without additional movements or forces from disturbing the detection.
Ici, la troisième des masses sismiques, constituée par la couronne centrale 130, est ancrée au substrat et ne peut se mouvoir autour de l'axe Z. Dans cet exemple de mise en oeuvre de l'invention il y a huit ancrages répartis comme indiqué par les huit croix correspondantes. Here, the third seismic masses, constituted by the central ring 130 is fixed to the substrate and can not move around the axis Z. In this exemplary implementation of the invention there are eight anchors distributed as shown by the corresponding eight cross. La couronne centrale est liée à ces ancrages par des ressorts 180 rigides dans le plan XY et souple selon l'axe Z. La couronne centrale a donc seulement deux degrés de liberté en rotation autour des axes X et Y pour ne transmettre aux jauges piézoélectriques, par l'intermédiaire des quatre doigts intérieurs 140, que les seuls mouvements engendrés par les forces de Coriolis qui se développent lorsque le capteur subit des rotations suivant ces deux axes x, y. The central crown is linked to these anchorages by springs 180 rigid in the XY plane and flexible along the axis Z. The central ring has thus only two degrees of freedom in rotation about the X and Y axes to transmit to the piezoelectric gauges, through the four inner fingers 140, as the only movements caused by Coriolis forces that develop when the sensor undergoes rotations along these two axes x, y.
La The figure 6 Figure 6 est une vue agrandie d'une partie de la couronne centrale 130 et de ses liaisons 190 avec la couronne intermédiaire 120. Les points d'ancrage 100 de la couronne centrale 130 et la présence des ressorts 190 empêchent la transmission des mouvements oscillants 192 dans le plan XY depuis la couronne intermédiaire. is an enlarged view of a portion of the central ring 130 and its connections 190 with the intermediate ring 120. The anchors 100 of the central ring 130 and the presence of springs 190 prevent the transmission of the oscillating movements in the 192 XY plane from the intermediate crown. La troisième masse sismique, c'est-à-dire la couronne centrale 130 faisant office d'élément de détection, a donc uniquement deux degrés de liberté en rotation autour des axes X et Y. The third seismic mass, that is to say the central ring 130 serving as a detecting element, so has only two degrees of freedom in rotation about the axes X and Y.
Les jauges de contrainte suspendues 142 sont connectées d'un côté aux poutres intérieures 140 solidaires de la couronne centrale 130 et de l'autre côté sont ancrées au substrat 144 situé dans la partie fixe et à un plot de contact individuel permettant la mesure de la résistance électrique de chaque jauge. The suspended strain gauges 142 are connected on one side to the interior beams 140 secured to the central ring 130 and the other side are anchored to the substrate 144 located in the fixed part and to an individual contact pad for measuring the electrical resistance of each gauge. Les jauges sont faites d'un matériau piézorésistif. The gauges are made of a piezoresistive material. Le silicium, qui est le matériau de base pour la réalisation des MEMS, convient. Silicon, which is the basic material for producing MEMS suitable. Le placement des jauges est discuté dans la figure ci-après. The placement of the gauges is discussed in the following figure.
La The figure 7 Figure 7 est une vue en coupe, par exemple selon l'axe 146 sur la is a sectional view, for example along the axis 146 of the figure 6 Figure 6 , d'une paire de jauges piézorésistives. , A pair of piezoresistive gauges. Paire de jauges avantageusement utilisée en mode différentiel qui permet de s'affranchir des déformations parasites identiques qui affecteraient les deux brins 142 pour mieux mesurer les variations opposées de résistance dues à la compression d'un brin et à l'extension de l'autre en raison de la rotation du doigt 140 sous l'action des forces de Coriolis transmises à la couronne centrale 130 et aux poutres intérieures. Pair of gauges advantageously used in differential mode which eliminates identical unwanted deformations that would affect both strands 142 to better measure the opposite changes in resistance due to compression of a strand and extension of the other due to the rotation of the finger 140 under the action of Coriolis forces transmitted to the central ring 130 and inner beams.
La position des jauges a un décalage 148 suivant l'axe Z par rapport à l'axe de rotation 149 de la troisième masse, la couronne centrale. The position of the gauges is a gap 148 along the Z axis relative to the axis of rotation 149 of the third mass, the central ring. L'axe de rotation 149 est au milieu de la couche épaisse constituant la partie oscillante. The rotation axis 149 is in the middle of the thick layer constituting the oscillating portion. Le décalage 148 réalise un bras de levier qui amplifie le mouvement d'oscillation. The offset 148 sends a lever arm that amplifies the oscillation movement. Dans le cas d'une rotation, par exemple autour de l'axe X, la force de Coriolis induite dans la troisième masse génère une contrainte en tension/compression sur les jauges orientées suivant l'axe X, due à une oscillation des masses de détection suivant l'axe Y. In the case of a rotation, for example around the X axis, the Coriolis force induced in the third mass generates a tensile stress / compression on the gauges oriented along the X axis, due to oscillation of the masses of detection along the Y axis
Les jauges piézorésistives sont de préférence de section la plus faible possible. The piezoresistive gauges are preferably the smallest possible section. Elles ont typiquement une section de l'ordre inférieure au micron afin d'avoir une concentration de contrainte dans la jauge aussi élevée que possible et ainsi amplifier les effets piézorésistifs. They typically have a law section submicron order to have a stress concentration in the gauge as high as possible and thus amplify the piezoresistive effects.
II est avantageux de positionner les jauges avec attention pour minimiser les interférences entre les axes de rotation dont les détections doivent idéalement rester indépendantes. It is advantageous to position the gauges carefully to minimize interference between the axes of rotation whose detection should ideally remain independent. Lorsque une rotation est détectée, par exemple selon X, le capteur inertiel (ou plus précisément la ou les masses de détection) oscille autour de l'axe Y et met en tension/compression les jauges associées à cet axe de détection. When a rotation is detected, for example by X, the inertial sensor (or more specifically the one or more sensing masses) oscillates about the axis Y and uses tension / compression gauges associated with that detection axis. La contrainte en tension/compression sur ces jauges entraîne une modification de leur résistivité, ce qui permet de remonter à la force de Coriolis. The tensile stress / compression on these gauges causes a change in their resistivity, which can be traced back to the Coriolis force. Cependant, lors de ce mouvement, les jauges associées à la détection des rotations selon Y peuvent subir un mouvement vertical si elles ne sont pas au centre de la structure (le mouvement est seulement un mouvement de torsion si les poutres 140 sont parfaitement au centre). However, during this movement, the gauges associated with the detection of rotations Y can undergo a vertical movement if they are not at the center of the structure (the movement is only a twisting motion if the beams 140 are perfectly center) . Ce mouvement vertical les déforme en flexion ce qui peut avoir une faible incidence sur les variations de résistivité de la jauge. This vertical movement flexurally deforms which may have little impact on the resistivity variations of the gauge. En outre, les jauges sont déformées de la même manière en flexion, alors qu'elles sont déformées de manière différentielle lors de la détection d'une rotation. In addition, gauges are deformed in the same manner in bending, while they are deformed differentially upon detection of a rotation. Le demandeur a noté qu'il est avantageux de les mettre le plus au centre possible afin que cette déformation parasite en flexion : The applicant noted that it is advantageous to put the centrally as possible so that this parasite bending deformation:
ne compromette pas l'intégrité de la jauge qui peut casser en cas de déformation trop importante ; does not compromise the integrity of the gauge which can break in case of excessive deformation;
génère un signal parasite le plus petit possible ; generates an interference signal as small as possible;
ait une incidence la plus limitée possible sur la sensibilité lorsqu'il faut détecter des composantes de rotation selon les deux axes. has a as small as possible effect on the sensitivity necessary to detect when rotation components along the two axes.
Enfin, les jauges sont aussi préférentiellement disposées de manière différentielle et symétrique par rapport aux axes de rotation des modes de détection. Finally, the gauges are also preferably arranged in differential and symmetrically with respect to the rotational axes of detection modes. Ceci afin que la raideur des jauges associées à un axe ne vienne pas perturber de manière dissymétrique le mouvement de détection selon l'autre axe, ce qui entraînerait un couplage entre modes et une interférence entre axes. This is so that the stiffness of the gauges associated with an axis not disrupt asymmetrically the detection movement along the other axis, resulting in a coupling between modes, and an interference between axes.
Pour minimiser la déformation en flexion des jauges, il peut être intéressant d'asservir le capteur inertiel en détection. To minimize the flexural deformation gauges, it may be advantageous to slave the inertial sensor detection. Cela n'élimine pas la problématique des interférences entre axes mais réduit les risques de cassure et de comportement non linéaire. This does not eliminate the problem of interference between the axes, but reduces the risk of breakage and nonlinear behavior.
Les The figures 8a à 8g 8a to 8g décrivent les étapes principales d'un procédé de réalisation de MEMS compatible avec la fabrication de capteurs inertiels selon l'invention. describe the main steps of a MEMS manufacturing process compatible with the production of inertial sensors according to the invention. Les étapes du procédé mettent potentiellement en oeuvre toutes les techniques connues (photolithographie, gravure, dépôt de matériaux de toutes sortes, etc.) et méthodes de fabrication mises au point par l'industrie de la microélectronique pour la fabrication des circuits intégrés et des dispositifs électromécaniques de type MEMS. The process steps potentially implement all known techniques (photolithography, etching, deposition of materials of all kinds, etc.) and production methods developed by the microelectronics industry to manufacture integrated circuits and devices MEMS electromechanical.
Le matériau de départ est un substrat élaboré 810 dit SOI de l'anglais « silicon on insulator » comportant en surface une couche mince de silicium monocristallin 812 isolé par une couche d'oxyde 814 du substrat 816. Ce type de substrat élaboré est souvent utilisé pour la fabrication de MEMS. The starting material is a substrate 810 prepared SOI said standing for "Silicon On Insulator" surface having a single crystal silicon thin layer 812 insulated by an oxide layer 814 of the substrate 816. This type of developed substrate is often used for the manufacture of MEMS.
L'étape suivante 820 consiste à graver dans la couche de silicium monocristallin 812 la partie dite mince du capteur. The next step 820 consists in etching the monocrystalline silicon layer 812 said thin portion of the sensor. C'est dans cette couche que l'on réalise notamment les jauges piézoélectriques 142. It is in this layer that is implemented in particular piezoelectric gauges 142.
À l'étape suivante 830, on procède à un dépôt d'oxyde et à la gravure de motifs 832 qui serviront de protection lors des opérations de libération des parties mobiles du MEMS décrites plus loin. In the next step 830, one proceeds to an oxide deposition and etching units 832 to serve as protection in moving parts of the MEMS release operations described below.
À l'étape 840, on procède à une épitaxie épaisse de silicium afin d'obtenir la couche 842 dans laquelle les parties fixes et mobiles du capteur seront réalisées. In step 840, it proceeds to a thick silicon epitaxy in order to obtain the layer 842 in which the fixed and mobile parts of the sensor will be realized.
À l'étape 850, on dépose un métal, par exemple de l'aluminium, ce qui permet après gravure de former toutes les interconnexions électriques 852 nécessaires. In step 850, depositing a metal, for example aluminum, which allows after etching to form all necessary electrical interconnections 852.
Une gravure profonde du silicium est ensuite réalisée à l'étape 860 qui permet, dans la couche épaisse 842, de délimiter les parties mobiles 862, notamment les trois masses du capteur inertiel de l'invention avec ses ressorts. A deep silicon etch is then performed at step 860 which, in the thick layer 842, for drawing the moving parts 862, including the three masses of the inertial sensor of the invention with its springs. La gravure se fait jusqu'à l'arrêt sur une couche d'oxyde. The etching is done until the judgment on an oxide layer. Par exemple sur les motifs de protection 832 délimités précédemment à l'étape 830. La couche d'oxyde 814 du substrat SOI sert aussi de couche d'arrêt là où aucun motif de protection n'a été formé. For example about 832 protection units delineated above in step 830. The oxide layer 814 of the SOI substrate also serves as a barrier layer where no protection pattern was formed.
La libération des parties mobiles se fait à l'étape suivante 870, en dissolvant les parties des couches d'oxyde dites sacrificielles, là où elles sont devenues accessibles après la gravure profonde. The release of the moving parts occurs at the next step 870, by dissolving portions of said sacrificial oxide layers, where they have become available after the deep etching. On obtient ainsi la structure représentée où les parties mobiles sont libérées (il n'y a plus d'oxyde sous jacent). Thus obtaining the structure shown in which the movable parts are released (there is more underlying oxide). Les jauges piézorésistives suspendues 142 réalisées dans la couche mince 812 sont également libérées pour pouvoir être mises en tension/compression par la troisième masse, la couronne centrale 130 du capteur, comme expliqué précédemment. The suspended piezoresistive gauges 142 carried in the thin layer 812 are also released to be put in tension / compression by the third mass, the central ring 130 of the sensor, as explained above.
Les The figures 9a à 9c Figures 9a to 9c décrivent les étapes supplémentaires d'un procédé de réalisation du capteur qui permettent d'obtenir des épaisseurs différentes pour la réalisation des parties mécaniques. describe the further steps of the sensor manufacturing process which allow to obtain different thicknesses for achieving the mechanical parts. Cela peut être avantageux, par exemple, pour ajuster la rigidité des ressorts décrits précédemment. This can be advantageous, for example, to adjust the stiffness of the springs described above.
Pour obtenir deux épaisseurs différentes dans la couche épaisse où l'on réalise les parties mécaniques, après l'étape 850 de la To obtain two different thicknesses in the thick film where it performs the mechanical parts, after step 850 of figure 8 Figure 8 , on dépose et on délimite en surface, à l'étape 910, un masque dur 912 par lithographie et gravure d'un matériau approprié, par exemple de l'oxyde de silicium. Is deposited and the surface is delimited, at step 910, a hard mask 912 by lithography and etching of a suitable material, for example silicon oxide. La résine 914 sert de protection pour les parties du mécanisme dont l'épaisseur ne doit pas être réduite, lors d'une première étape 920 de gravure profonde des motifs 922. Lors d'une seconde étape de gravure profonde 930, après enlèvement du masque résine 914, on termine la gravure profonde à travers le masque dur 912 avec arrêt sur les couches d'oxyde 832 et 814 comme à l'étape 860 de la The resin 914 serves as protection for the parts of the mechanism, the thickness should not be reduced, in a first step 920 of deep etching of the patterns 922. In a second step of deep etching 930, after removing the mask resin 914, deep etching is completed through the hard mask 912, stopping on the oxide layers 832 and 814 as in step 860 of figure 8 Figure 8 . . On obtient ainsi, dans cet exemple, deux épaisseurs différentes des parties mécaniques. Is thus obtained, in this example, two different thicknesses of the mechanical parts. Plus de deux épaisseurs peuvent évidemment être réalisées en répétant les étapes précédentes. More than two thicknesses may of course be performed by repeating the above steps.
Dans la description précédente des procédés de réalisation d'un capteur selon l'invention il est seulement fait référence à l'utilisation de couches de silicium. In the foregoing description of a sensor embodiment of methods according to the invention it is only refers to the use of silicon layers. Cependant, pour la couche mince 812, tout matériau de type conducteur ou semi-conducteur présentant, lorsque les jauges sont piézorésistives, des propriétés piézorésistives peut être utilisé. However, for the thin film 812, any conductive type semiconductor material or having, when gauges are piezo-resistive, piezoresistive properties may be used. Outre le silicium (Si) on peut utiliser, par exemple, un composé silicium/germanium (SiGe). In addition to silicon (Si) can be used, for example, a silicon compound / germanium (SiGe). Ces matériaux peuvent être utilisés sous une forme mono ou poly cristalline. These materials may be used in a mono or poly crystalline form. Pour la couche épaisse 842, tout type de matériau conducteur ou semi-conducteur peut aussi être potentiellement employé. To the thick layer 842, any type of conductor or semiconductor material may also be potentially employed. La couche épaisse peut être déposée par tout type de moyen de dépôt employé en microélectronique et pas seulement par épitaxie comme indiqué ci-dessus. The thick layer may be deposited by any type of deposition means used in microelectronics and not only by epitaxial growth as described above. Les matériaux utilisés pour la couche mince et la couche épaisse peuvent être différents. The materials used for the thin layer and the thick layer may be different.
Le matériau de protection de la couche mince et celui de la couche sacrificielle sous la couche mince indiqués ci-dessus est le plus souvent de l'oxyde de silicium (SiO 2 ). The thin layer of protective material and that of the sacrificial layer under the thin film mentioned above is usually silicon oxide (SiO 2). D'autres matériaux peuvent être utilisés. Other materials may be used. Ceux-ci doivent pouvoir être gravés de manière sélective par rapport aux matériaux des couches minces et épaisses et, préférentiellement, la gravure profonde des couches épaisses et fines doit être sélective par rapport à ce matériau sacrificiel. They must be able to be selectively etched relative to the materials of the thin and thick layers and, preferably, the deep etching of thin and thick layers must be selective with respect to the sacrificial material.
Comme on le voit sur les As seen on figures 8 figures 8 et and 9 9 , la couche mince 812 peut être utilisée non seulement pour réaliser les jauges piézorésistives comme expliqué précédemment mais aussi, optionnellement pour former d'autres moyens/organes électriquement conducteurs du capteur. The thin layer 812 may be used not only to achieve the piezoresistive gauges as explained above but also, optionally to form other means / electrically conductive members of the sensor. La couche 812 peut ainsi être employée. The layer 812 may be used as well.
comme un niveau électriquement conducteur passant sous les parties mobiles ; as an electrically conductive level passing beneath the moving parts;
comme électrode capacitive horizontale pouvant servir à la mise en oeuvre d'un circuit électronique de contre-réaction ou pour l'ajustage de la fréquence de résonance des masses sismiques ou pour permettre une détection capacitive hors plan. as horizontal capacitive electrode usable for the implementation of an electronic circuit against feedback or for adjusting the resonance frequency of the seismic masses or to permit capacitive sensing out of plane.
Les The figures10a et 10b figures10a and 10b envisagent des variantes de mise en oeuvre d'un capteur inertiel selon l'invention sur la base des remarques suivantes : considering implementation variants of an inertial sensor according to the invention based on the following observations:
première et seconde masses sismiques, c'est-à-dire les couronnes extérieure 110 et intermédiaire 120 peuvent optionnellement être confondues en une même couronne 210 formant l'élément d'excitation. first and second seismic masses, that is to say the outer rings 110 and via 120 may optionally be combined in the same ring 210 forming the excitation element. On utilise des ressorts extérieurs souples à la fois dans le plan et hors du plan ou on n'ancre pas cette couronne directement au substrat comme montré sur la Using flexible outer springs both in the plane and out of plane or is not anchor the ring directly to the substrate as shown in figure 10a Figure 10a ou la masse 210 est soutenue par l'intermédiaire des ressorts 190 qui la lient uniquement à la masse de détection 130. Cette masse unique 210 acquiert alors trois degrés de liberté en rotation selon les axes X, Y et Z. Les seuls points d'ancrage restants sont ceux de la couronne centrale 130. or mass 210 is supported via springs 190 which bind only to the detection mass 130. This unique mass 210 acquires three degrees of freedom in rotation about the axes X, Y and Z. The only points remaining anchor are those of the central ring 130.
Cette solution peut s'appliquer pour un seul axe de détection X ou Y. II suffit dans ce cas de bloquer un des degrés de liberté suivant, respectivement, Y ou X. Comme montré sur la This solution can be applied to a single detection axis X or Y. It is sufficient in this case to block one of the following degrees of freedom, respectively, Y or X. As shown in figure 10b Figure 10b , on peut bloquer un mode de détection en substituant aux ressorts d'ancrage de la couronne centrale 130, décrits précédemment, des ressorts faits de poutre en torsion 220. , It may block a detection mode by replacing the anchor springs the central ring 130, described above, springs made of torsion beam 220.
Les jauges de détection sont avantageusement connectées à la troisième masse, la couronne centrale 130, au plus près du plan vertical (suivant 2) contenant l'axe de rotation de cette masse de façon à ce qu'elles soient le plus possible soumises à des contraintes en tension/compression et le moins possible à des contraintes de flexion. Sensing gauges are advantageously connected to the third mass, the central ring 130, closer to the vertical plane (next 2) containing the axis of rotation of the mass so that they are as much as possible subject to constraints in tension / compression and to minimize bending stresses.
Les jauges de contrainte 142 sont avantageusement réalisées en même temps que les connexions permettant de sortir leurs contacts et en même temps que de possibles électrodes de contre-réaction électrostatique. The strain gauges 142 are advantageously made at the same time that the connections for outputting contacts and at the same time as possible electrode electrostatically against feedback.
Comme déjà mentionné aux As already mentioned the figures 9 figures 9 , il peut être intéressant d'amincir localement certaines parties mécaniques : par exemple les ressorts verticaux pour réduire leur raideur. , It may be advantageous to thin locally certain mechanical parts, for example the vertical springs to reduce their stiffness.
Les The figures 11a à 11f 11a to 11f décrivent une variante à trois axes de détection de l'invention. describe a variant of the invention in three sensing axes.
Comme expliqué notamment dans les As explained in particular in figures 1 à 4 Figures 1 to 4 , la première masse 110 des trois masses d'un capteur inertiel selon l'invention fournit un mouvement dans le plan XY et n'a pas de mouvement hors plan. , The first mass 110 of the three masses of an inertial sensor according to the invention provides a movement in the XY plane and is not out of plane movement. On peut donc y accoler, comme montré sur la So one can add to it, as shown in figure 11a Figure 11a , une masse additionnelle 310 qui sera mise en vibration, par exemple, selon Y. On lui laisse aussi un degré de liberté selon X. Elle sera capable de ressentir une force de Coriolis générée par une rotation autour de l'axe Z. , An additional mass 310 which will be vibrated, for example, according to Y. It also leaves a degree of freedom according to X. It will be able to sense a Coriolis force generated by a rotation about the axis Z.
Cette force de Coriolis peut être mesurée par toute sorte de méthodes de détection en particulier à l'aide de jauges piézorésistives suspendues comme décrit précédemment pour la détection selon les axes X et/ou Y. This Coriolis force can be measured by any kind of detection methods in particular with suspended piezoresistive gauges as described above for detection along the X and / or Y.
La structure de base à trois masses comprenant une masse n'ayant de degré de liberté qu'en excitation, et donc pas de mouvement hors plan, est particulièrement avantageuse lorsqu'on cherche à réaliser une structure pouvant mesurer 3 axes, étant donné qu'en utilisant cette première masse pour la partie excitation de la mesure selon Z, on minimise les risques de couplage mécanique entre les axes X/Y d'une part et Z d'autre part. The basic structure three masses comprising a mass having no degree of freedom in excitation and therefore no movement out of plane, is particularly advantageous when seeking to achieve a structure capable of measuring three axes, given that using the first mass for excitation of the measuring device according Z, minimizes the risk of mechanical coupling between the axes X / Y and Z on the one hand on the other.
Les The figures 11b et 11c Figures 11b and 11c montrent un agencement d'une jauge de détection piézorésistive 142 des mouvements 312 engendrés par les forces de Coriolis subies par la masse 310 dont les mouvements d'excitation sont appliqués dans une direction orthogonale 314. La détection des mouvements se fait autour d'un pivot 320. La partie 322 constitue un bras d'amplification des mouvements à détecter. show an arrangement of a piezoresistive sensing gauge 142 movement 312 generated by Coriolis forces experienced by the mass 310 whose movements are applied excitation in an orthogonal direction 314. The motion detection is made about a pivot 320. The part 322 constitutes an amplification arm movements to be detected.
Ainsi ajouté, le module de détection de l'axe Z est très sensible aux accélérations selon X. Pour pallier ce problème, on réalise, comme le montre la Thus added, the Z axis detection module is very sensitive to accelerations along X. To overcome this problem there is provided, as shown in figure 11a Figure 11a , une mesure différentielle avec une masse en deux parties 310 excitées en opposition de phase puisque de part et d'autre du disque 110. Ceci permet de distinguer la contribution de la force de Coriolis (en opposition de phase) de l'accélération (mouvement des deux masses identiques). , A differential measurement with a mass in two parts 310 excited in phase opposition since both sides of the disc 110. This makes it possible to distinguish the contribution of the Coriolis force (in phase opposition) of the acceleration (movement of two identical masses). Les deux parties de la masse 310 sont avantageusement symétriques suivant l'axe Z par ailleurs avantageusement axe de symétrie des autres masses dont la masse de détection 130. The two parts of the mass 310 are preferably symmetrical along the Z axis also advantageously axis of symmetry of other masses which the mass detection 130.
Dans cet exemple de mise en oeuvre, les mouvements d'excitation en opposition de phase sont situés à l'opposé du disque. In this exemplary implementation, the excitation movements in phase opposition are located opposite the disk. Disposées comme montré sur les Arranged as shown figures 11b et 11c Figures 11b and 11c , les deux parties de la masse de la partie sensible à l'axe Z sont actionnées en opposition de phase. The two parts of the mass of the sensitive part to the Z axis are driven in phase opposition. On peut distinguer la contribution de l'accélération (jauges déformées en opposition de phase) de celle de la force de Coriolis (jauges déformées en phase). We can distinguish the contribution of the acceleration (gauges deformed in opposite phase) from that of the Coriolis force (gauges deformed in phase).
Pour rendre chaque structure moins sensible aux accélérations, on peut réaliser, comme le montrent les To make each less sensitive to accelerations structure can be realized, as shown in figures 11d figures 11d , , 11e et 11f 11e and 11f , une « fausse » double masse sur chaque partie afin de contrebalancer la force d'accélération sur la masse de détection et d'équilibrer la structure selon l'axe X. Dans ces deux cas, les deux parties de la masse 310 de détection suivant Z comportent chacune deux masses 330. Une seule portion de masse 332 est alors en mouvement d'excitation (l'autre est ancrée par des points d'ancrage 100). , A "false" dual mass on each part in order to counteract the acceleration force on the sensing mass and to balance the structure along the axis X. In both cases, both sides of the weight 310 following detection Z each comprise two masses 330. One mass portion 332 is then excitation movement (the other is anchored by anchor points 100). La sensibilité aux accélérations décroît d'autant plus que le bras d'amplification 322 contenant les jauges de détection 142 est rigide. The acceleration sensitivity decreases even more than the amplification arm 322 containing the sensor gauges 142 is rigid.
Dans cet exemple de mise en oeuvre on pourra observer la présence de certains effets parasites dont les effets peuvent cependant être éliminés : In this example implementation can be observed the presence of some parasitic effects, the effects can still be eliminated:
le mouvement en excitation n'est pas parfaitement linéaire (mouvement en rotation d'un disque sur un angle cependant faible), ceci a pour conséquence qu'une partie du mouvement va pouvoir se transmettre selon X et perturber la mesure. the excitation movement is not perfectly linear (rotational movement of a disc on a low angle, however), this has the consequence that a part of the movement will be able to transmit along X and disturb the measurement. Cependant, comme cette contribution est à une fréquence double de celle du signal de Coriolis elle peut être aisément filtrée. However, as this contribution is to double the frequency of the Coriolis signal can be easily filtered.
Une autre conséquence est la présence d'une force centrifuge proportionnelle au carré de la vitesse. Another consequence is the presence of a centrifugal force proportional to the square of the speed. Comme elle apporte aussi une contribution à fréquence double elle peut aussi être filtrée dans les mêmes conditions. As it also brings a double frequency contribution it can also be filtered in the same conditions.
La structure est équilibrée au repos (sans mouvement d'excitation), toutefois, lorsque l'une des masses est excitée, la position de son centre de gravité par rapport au pivot va se déplacer et les deux moments issus des forces d'accélération sur les deux masses 330 ne se compensent plus exactement. The structure is balanced at rest (without excitation motion), however, when one of the masses is energized, the position of its pivot in relation to the center of gravity will move and the two moments from acceleration forces on the two masses 330 will compensate more precisely. Ceci apportera une contribution proportionnelle au déplacement, qui sera cependant en quadrature avec le signal de Coriolis (proportionnel à la vitesse) et pourra donc être démodulée du signal de Coriolis. This will make a proportional contribution to the movement, which will however be in quadrature with the Coriolis signal (proportional to speed) and can therefore be demodulated Coriolis signal.
Micro-capteur inertiel de mouvement de rotation pour la détection d'un mouvement rotationnel autour d'un axe dit de rotation (X), comportant une partie mobile par rapport à une partie fixe, la partie mobile comprenant : inertial micro-sensor of rotary movement for detecting rotational movement about an axis of said rotation (X), comprising a movable portion relative to a fixed part, the movable part comprising:
- une masse d'excitation (110, 210) configurée pour subir un mouvement d'oscillation autour d'un axe dit d'excitation (Z) par des moyens d'excitation de sorte à générer une force de Coriolis induite par le mouvement rotationnel, - an excitation mass (110, 210) configured to undergo an oscillating motion about an axis of said excitation (Z) of the excitation means so as to generate a Coriolis force induced by the rotational movement ,
- une masse de détection (130) cinématiquement reliée à la masse d'excitation par des moyens de liaison configurés pour transmettre au moins en partie la force de Coriolis et pour ne pas transmettre au moins en partie le mouvement d'oscillation autour de l'axe d'excitation (Z), et ayant un degré de liberté en rotation autour d'un axe (Y) dit d'oscillation, perpendiculaire à l'axe de rotation (X), - a sensing mass (130) kinematically connected to the ground excitation by connecting means configured to transmit at least part of the Coriolis force and not to transmit at least part of the oscillating movement around the excitation axis (Z), and having a degree of freedom in rotation about an axis (Y) said oscillation perpendicular to the axis of rotation (X),
- des moyens de détection configurés pour mesurer la force de Coriolis transmise à la masse de détection (130), - detection means configured to measure the Coriolis force transmitted to the sensing mass (130)
caractérisé en ce que les moyens de détection comportent au moins une jauge de contrainte suspendue entre la masse de détection (130) et une partie d'ancrage solidaire de la partie fixe et en ce que la au moins une jauge de contrainte est reliée à la masse de détection (130) à un niveau de hauteur, suivant l'axe d'excitation (Z), différent de celui de l'axe d'oscillation (Y) de la masse de détection (130). characterized in that the detection means comprise at least one strain gauge suspended between the sensing mass (130) and an anchor portion secured to the fixed portion and in that the at least one strain gauge is connected to the sensing mass (130) at a level of height, according to the excitation axis (Z) different from the oscillation axis (Y) of the sensing mass (130).
Micro-capteur selon la revendication précédente dans lequel au moins une jauge de contrainte est une jauge piezorésistive (142). Microwave sensor according to the preceding claim wherein at least one strain gauge is a piezoresistive gauge (142).
Micro-capteur selon l'une des revendications précédentes dans lequel la partie fixe comporte un substrat à partir duquel est réalisée tout ou partie de la partie mobile, la jauge de contrainte s'étendant dans un plan parallèle au plan du substrat, dans une direction parallèle à l'axe de rotation (X). Microwave sensor according to one of the preceding claims wherein the fixed part comprises a substrate from which is formed all or part of the movable portion, the strain gauge extending in a plane parallel to the substrate plane, in a direction parallel to the axis of rotation (X).
Micro-capteur selon la revendication précédente dans lequel la masse de détection (130) est superposée à la partie fixe suivant l'axe d'excitation (Z) et comporte une face interne en vis-à-vis d'une face de la partie fixe, la jauge de contrainte (142) étant localisée dans le prolongement de la face interne. Microwave sensor according to the preceding claim wherein the sensing mass (130) is superimposed to the fixed part along the excitation axis (Z) and has an internal face in facing relation to a face of the part fixed, the strain gauge (142) being located in the extension of the inner face.
Micro-capteur selon l'une des revendications précédentes comportant une masse mobile intermédiaire (120) reliée à la masse d'excitation (110, 210) de sorte à subir au moins partiellement le mouvement d'oscillation autour de l'axe d'excitation (Z) et la force de Coriolis, reliée à la masse de détection (130) de sorte à transmettre au moins partiellement la force de Coriolis et à être mobile en rotation solidairement de la masse de détection (130) suivant son axe d'oscillation (Y). Microwave sensor according to one of the preceding claims comprising an intermediate movable mass (120) connected to the excitation mass (110, 210) so as to undergo at least partially the movement of oscillation about the excitation axis (Z) and the Coriolis force, connected to the sensing mass (130) so as to at least partially transmit the Coriolis force and to be rotatable integrally with the sensing mass (130) along its axis of oscillation (Y).
Micro-capteur selon l'une des revendications précédentes dans lequel la jauge de contrainte est suspendue à la partie d'ancrage solidaire de la partie fixe par l'intermédiaire d'un contact électrique individuel. Microwave sensor according to one of the preceding claims wherein the strain gauge is suspended from the anchor portion secured to the fixed part via a single electrical contact.
Micro-capteur selon l'une des revendications précédentes dans lequel la masse de détection (130) comporte un trou (147) au droit duquel est suspendue la au moins une jauge de contrainte. Microwave sensor according to one of the preceding claims wherein the sensing mass (130) comprises a hole (147) to the right which is suspended the at least one strain gauge.
Micro-capteur selon la revendication précédente dans lequel la masse de détection (130) présente une symétrie axiale suivant l'axe d'excitation (Z), le trou (147) étant localisé au centre de la masse de détection (130). Microwave sensor according to the preceding claim wherein the sensing mass (130) has an axial symmetry along the excitation axis (Z), the hole (147) being located in the center of the sensing mass (130).
Micro-capteur selon la revendication précédente dans lequel la masse de détection (130) comporte une série de poutres comportant au moins une poutre (140) faisant saillie vers l'intérieur du trou (147) et à laquelle est reliée la jauge de contrainte. Microwave sensor according to the preceding claim wherein the sensing mass (130) comprises a series of beams comprising at least one beam (140) projecting inwardly of the hole (147) and which is connected to the strain gauge.
Micro-capteur selon la revendication précédente dans lequel la poutre (140) est orientée suivant l'axe d'oscillation (Y) de la masse de détection (130). Microwave sensor according to the preceding claim wherein the beam (140) is oriented along the oscillation axis (Y) of the sensing mass (130).
Micro-capteur selon la revendication précédente dans lequel la masse de détection (130) comporte une deuxième jauge de contrainte reliée à la poutre (140) en symétrie de la première jauge de contrainte par rapport à l'axe d'oscillation (Y) de la masse de détection (130). Microwave sensor according to the preceding claim wherein the sensing mass (130) includes a second strain gauge connected to the beam (140) in symmetry to the first strain gauge with respect to the oscillation axis (Y) the sensing mass (130).
Micro-capteur selon l'une des trois revendications précédentes dans lequel la série de poutres comporte une deuxième poutre (140) pour former une paire de poutres (140) et comprenant au moins une jauge de contrainte reliée à la deuxième poutre (140), ladite deuxième poutre (140) et ladite au moins une jauge (142) étant symétriques respectivement de la première poutre (140) et de la au moins une jauge de contrainte reliée à la première poutre, selon l'axe de symétrie de la masse de détection (130). Microwave sensor according to one of the three preceding claims wherein the set of beams comprises a second beam (140) to form a pair of beams (140) and comprising at least one strain gauge connected to the second beam (140), said second beam (140) and said at least one gauge (142) being respectively symmetrical of the first beam (140) and the at least one strain gauge connected to the first beam along the axis of symmetry of the mass detecting (130).
Micro-capteur selon l'une des revendications précédentes dans lequel la masse d'excitation (110, 210) et l'élément de détection (130) sont configurées pour générer et transmettre une deuxième force de Coriolis induite par un mouvement rotationnel autour d'un deuxième axe de rotation (Y) perpendiculaire à l'axe de rotation (X), le micro-capteur comportant des deuxièmes moyens de détection configurés pour mesurer la deuxième force de Coriolis transmise à la masse de détection (130), la masse de détection (130) ayant un degré de liberté en rotation autour d'un deuxième axe (X) dit d'oscillation. Microwave sensor according to one of the preceding claims wherein the excitation mass (110, 210) and the sensing element (130) are configured to generate and transmit a second Coriolis force induced by a rotational movement about a second rotational axis (Y) perpendicular to the axis of rotation (X), the micro-sensor comprising second detection means configured to measure the second Coriolis force transmitted to the sensing mass (130), the mass detecting (130) having a degree of freedom in rotation about a second axis (X) of said oscillation.
Micro-capteur selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 5 dans lequel la masse intermédiaire (120) a un degré de liberté en rotation autour du deuxième axe (X) dit d'oscillation. Microwave sensor according to the preceding claim in combination with claim 5 wherein the intermediate body (120) has a degree of freedom in rotation about the second axis (X) of said oscillation.
Micro-capteur selon l'une des deux revendications précédentes en combinaison avec l'une des revendications 9 à 12, dans lequel la masse de détection (130) comporte une deuxième série de poutres (140) tournée de 90° par rapport à la première série de poutres (140) autour du point d'intersection des premier et deuxième axes d'oscillation (X,Y) de la masse de détection 130 et dans lequel les deuxièmes moyens de détection comportent des jauges piézo résistives tournées de 90° par rapport aux jauges piézo résistives des premiers moyens de détection autour du point d'intersection des premier et deuxième axes d'oscillation (X,Y) de la masse de détection 130. Microwave sensor according to one of the two preceding claims in combination with one of claims 9 to 12, wherein the sensing mass (130) comprises a second set of beams (140) rotated 90 ° with respect to the first series of beams (140) around the point of intersection of the first and second oscillation axes (X, Y) of the detection mass 130 and wherein the second detection means includes piezo resistive gauges rotated 90 ° with respect the piezo resistive gauges of the first sensing means around the point of intersection of the first and second oscillation axes (X, Y) of the detection mass 130.
Micro-capteur selon l'une des revendications précédentes dans lequel la masse d'excitation (110, 210) entoure la masse de détection (130). Microwave sensor according to one of the preceding claims wherein the excitation mass (110, 210) surrounding the sensing mass (130).
Micro-capteur selon l'une des revendications précédentes comportant : Microwave sensor according to one of the preceding claims comprising:
- une masse additionnelle (310) reliée à la masse d'excitation (110, 210) de sorte à présenter un mouvement de vibration suivant une direction perpendiculaire à l'axe d'excitation (Z) et de sorte à générer une force de Coriolis induite par un mouvement de rotation de la masse additionnelle (310) suivant l'axe d'excitation (Z), - an additional mass (310) connected to the excitation mass (110, 210) so as to have a vibration movement in a direction perpendicular to the excitation axis (Z) and so as to generate a Coriolis force induced by a rotational movement of the additional mass (310) along the excitation axis (Z),
- des moyens de détection additionnels configurés pour mesurer la force de Coriolis induite par un mouvement de rotation de la masse additionnelle (310) suivant l'axe d'excitation (Z). - additional detection means configured for measuring the Coriolis force induced by a rotation of the additional mass (310) along the excitation axis (Z).
Micro-capteur selon la revendication précédente dans lequel la masse additionnelle (310) présente deux parties réalisées symétriquement par rapport à l'axe d'excitation (Z), les moyens de détection additionnels coopérant avec les deux parties de la masse additionnelle (310) pour opérer une mesure différentielle de la force de Coriolis induite par le mouvement de rotation de la masse additionnelle suivant l'axe d'excitation (2). Microwave sensor according to the preceding claim wherein the additional mass (310) comprises two parts made symmetrically with respect to the excitation axis (Z), the additional detection means cooperating with the two parts of the additional mass (310) to operate a differential measurement of the Coriolis force induced by the rotational movement of the additional mass along the excitation axis (2).
Micro-capteur selon la revendication précédente dans lequel chaque partie de la masse additionnelle (310) comporte une portion (332) configurée pour subir le mouvement de vibration et une portion ancrée à la partie fixe de sorte à ne pas subir le mouvement de vibration, les deux parties étant reliées par un bras (322), les moyens de détection additionnels comportant au moins une jauge de contrainte sur chaque bras (322). Microwave sensor according to the preceding claim wherein each of the additional mass (310) comprises a portion (332) configured to undergo vibratory motion and a portion anchored to the fixed part so as not to undergo the vibration movement, the two parts being connected by an arm (322), the additional detection means comprising at least one strain gage on each arm (322).
Micro-capteur selon l'une des revendications précédentes consistant en un système micro électromécanique. Microwave sensor according to one of the preceding claims consisting of a micro electromechanical system.
Micro-capteur selon la revendication précédente dans lequel la au moins une jauge de contrainte comprend une strate de matériau électriquement conducteur ayant des propriétés piézo résistives. Microwave sensor according to the preceding claim wherein the at least one strain gauge comprises a layer of electrically conductive material having piezo resistive properties.
Micro-capteur selon la revendication précédente dans lequel la strate de matériau est obtenue par gravage dans une couche de matériau et dans lequel au moins un organe électriquement conducteur est aussi obtenu par gravage dans ladite couche de matériau. Microwave sensor according to the preceding claim wherein the layer of material is obtained by etching in a layer of material and wherein at least one electrically conductive member is also obtained by etching into said material layer.
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