[发明专利]采用隔振框架解耦的硅微陀螺及其制作方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到微电子机械系统领域，特指一种采用隔振框架解耦的硅微陀螺。 

背景技术

和传统的陀螺相比，硅微陀螺具有体积小、重量轻、价格低等优点，广泛应用于飞行器稳定控制、武器系统导航制导、微卫星姿态控制等领域。振动式硅微陀螺由于没有旋转部件成为微陀螺的主要结构形式，随着MEMS技术的发展，现在国际上各种各样的硅微机械陀螺层出不穷。它们的共同特点是有相互垂直的两个振动方向，即振动激励方向和哥氏力作用下的敏感振动方向。 

振动式微机械陀螺的工作原理是驱动微陀螺的惯性质量在驱动轴向产生振动，如果有敏感轴向的输入角速度，受到哥氏力的作用，惯性质量将在检测轴向产生振动，测量得到该振动信号就能够从中解调出输入角速度。从信号检测方式可分为压电式、压阻式、电容式、热对流式等。电容式硅微陀螺由于具有精度高、温度敏感系数低、功耗低、动态范围宽和微机械结构简单等特点而被广泛应用。 

制造误差和内部残余应力会导致微陀螺驱动模态和检测模态之间的交叉耦合，产生正交误差，影响微陀螺的性能。设计解耦结构可以减小微陀螺模态之间的交叉耦合，提高微陀螺的性能。目前已有的解耦硅微陀螺主要采用为驱动模态和检测模态分别设计独立支撑梁的方法解耦，如加州大学Irvine分校设计的解耦微陀螺(Cenk Acar and Andrei M Shkel，“Structurally decoupled micromachined gyroscopes with post-release capacitance enhancement”in J.Micromech.Microeng.15，2005，pp：1092-1101)，Said EmreAlper、Tayfun Akin等人设计的解耦微陀螺(Said Emre Alper and Tayfun Akin.A Single-Crystal Silicon Symmetrical and Decoupled MEMS Gyroscope on an Insulating Substrate.JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS，VOL.14，NO.4，AUGUST 2005，pp：707-717)和王元山、王寿荣等人设计的解耦微陀螺(王元山，王寿荣，许宜申.一种解耦的微机械陀螺研究.中国惯性技术学报，第14卷第4期，2006年8月，pp：56-58)。这些解耦微陀螺结构虽然分离了驱动模态和检测模态的支撑梁，但是没有完全分开两个模态的惯性质量，在有输入角速度时，惯性质量块既有驱动模态振动，又有哥氏力导致的检测模态振动，容易产生振动耦合，影响微陀螺的性能。 

发明内容

本发明要解决的问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、加工工艺简单、易于批量生产、产品品质高的采用隔振框架解耦的硅微陀 螺。 

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种采用隔振框架解耦的硅微陀螺，其特征在于：它包括第一基板和位于第一基板上方的第二基板，所述第一基板上设有两个检测电极，所述第二基板包括可沿驱动方向振动的两个结构相同且对称布置的驱动质量块、可沿检测方向振动的两个结构相同且对称布置的检测质量块、驱动电极以及隔振框架组件，所述两个检测质量块位于第一基板上两个检测电极的上方，隔振框架组件位于第二基板的中部，隔振框架组件的两端分别通过弹性梁与两个驱动质量块和两个检测质量块相连。 

所述隔振框架组件包括隔振框架和框架支撑梁，框架支撑梁固定于隔振框架的内部，所述隔振框架的外侧分别通过弹性梁与第一驱动质量块、第二驱动质量块、第一驱动质量块和第二驱动质量块相连。 

所述第二基板的中部通过中间锚点固定于第一基板的上方，所述隔振框架组件中的框架支撑梁通过刚性梁与中间锚点相连。 

所述两个驱动质量块、两个检测质量块以及隔振框架组件上均开设有阻尼孔。 

一种采用隔振框架解耦的硅微陀螺的制作方法，其特征在于步骤为： 

(a)选用绝缘材料玻璃基板或表面具有热氧化层的硅片作为第一基板，在第一基板上表面通过蒸镀或溅射的工艺方法形成铝材料的两个检测电极以及检测电极引线； 

(b)选用低阻双面抛光硅片作为第二基板，利用干法刻蚀工艺在第二基板下表面生成驱动电极锚点和中间锚点； 

(c)利用干法刻蚀工艺对第二弹性梁和框架支撑梁进行减薄； 

(d)将第一基板的上表面与第二基板的下表面进行对准键合；