[实用新型]双轴MEMS陀螺仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，简称MEMS)的加工技术，特别是涉及一种双轴MEMS陀螺仪。

背景技术

微机电系统(MEMS)是对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术，它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统，它是用微电子技术和微加工技术相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统，其中微加工技术包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA(LIGA是德文Lithographie、Galanoformung和Abformung的三个词，即光刻、电铸和注塑的缩写)和晶片键合等技术。

MEMS惯性传感器是应用微机电系统(MEMS)技术研发出来的典型微传感器。随着MEMS技术的日益发展，MEMS惯性传感器(包括加速度计和陀螺仪)的性能指标越来越高，以其尺寸小、价格便宜的优势在工业、医疗以及其他消费电子产品的各个层面都发挥着巨大的作用。

在MEMS陀螺仪中，振动式硅微机械陀螺仪是最常见的一种陀螺仪，这种陀螺仪利用哥式效应检测角速度的大小，其基本工作原理是：首先使检测质量块沿驱动方向做线振动或角振动，进入驱动模态；当沿敏感轴方向有角速度输入时，在检测轴方向就会出现哥式力，迫使检测质量块沿检测方向有位移产生。输入角速度和哥式力的大小成正比关系，因此通过检查哥式力引起的位移变化量就可以直接得到输入角速度的信息。驱动方向、检测方向和敏感轴方向在空间中成垂直关系，例如垂直平面的Z轴陀螺仪的驱动方向为平面内X轴方向，而检测方向为平面内Y轴方向。

目前借助常用的MEMS加工手段，在硅片上形成平面内的可动质量块和驱动/检测电极比较容易实现，因此目前市场上较为普遍的是Z轴陀螺仪。通常通过垂直封装的方式实现双轴或多轴陀螺仪，但这种方法实现的双轴或多轴陀螺仪的尺寸较大，并且封装成本较高。因此，为了实现具有较高性价比的单芯片双轴MEMS陀螺仪，人们进行了各种方法的尝试，但是都没有突破性技术。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种双轴MEMS陀螺仪，其分别加工三个晶圆，并使用晶圆键合的办法，在对MEMS结构进行气密性封装的同时，实现了平面内驱动/检测电极以及垂直平面方向的驱动/检测电极，从而实现了双轴陀螺仪结构，制造成本低且性能高。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种双轴MEMS陀螺仪，其特征在于，双轴MEMS陀螺仪包括底部晶圆、顶部晶圆和MEMS晶圆，底部晶圆上有第一层氧化硅和底部空腔，第一层氧化硅上依次设有第一层金属和第二层氧化硅，第二层氧化硅上有第二层金属密封环和第二层金属导电块，顶部晶圆上有顶部空腔和第三层氧化硅，MEMS晶圆与顶部晶圆键合在一起，第二层金属密封环、第二层金属导电块与MEMS晶圆键合在一起。

优选地，所述底部空腔的形状为梯形。

优选地，所述MEMS晶圆上有MEMS结构，MEMS结构包括MEMS器件的质量块和弹簧，MEMS器件的质量块通过弹簧与周围的MEMS晶圆连接，质量块的侧面和下面均有电极结构。

优选地，所述双轴MEMS陀螺仪结构包括XY双轴陀螺仪，XZ双轴陀螺仪或者YZ双轴陀螺仪。

优选地，所述双轴MEMS陀螺仪为一种MEMS惯性传感器。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型双轴MEMS陀螺仪通过分别加工三个晶圆并对其进行晶圆键合，最终形成了具有气密性封装的双轴陀螺仪结构。本实用新型可以实现单芯片的XY双轴MEMS陀螺仪，或XZ双轴MEMS陀螺仪，或YZ双轴MEMS陀螺仪。同时，本实用新型所述双轴陀螺仪的面积小，制造成本低，性能高，并且可以批量生产。

附图说明

图1为本实用新型底部晶圆上成底部空腔步骤的示意图。

图2为本实用新型底部晶圆形成第一层金属下电极和连线步骤的示意图。

图3为本实用新型底部晶圆形成第二金属密封环和导电块步骤的示意图。

图4为本实用新型顶部晶圆形成顶部空腔步骤的示意图。

图5为本实用新型形成第一组合晶圆步骤的示意图。

图6为本实用新型形成MEMS结构步骤的示意图。

图7为本实用新型第二组合晶圆与底部晶圆键合步骤的示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。