[发明专利]一种抗高冲击的微机电陀螺

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，涉及微机电陀螺结构。

背景技术

微机电系统（MEMS）是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成的系统，尺寸通常在毫米或微米级。其中微机械陀螺是利用科氏效应来检测转动物体角速度的一种惯性传感器。微机械陀螺采用硅微加工工艺，具有体积小、质量轻、功耗低、易于批量生成的特点，在武器制导、航空航天、汽车、生物医学器械、消费品电子等领域具有极其广泛的应用前景。

MEMS陀螺可能在制造、安装、使用过程中会受到各种环境冲击。例如器件偶然跌落在硬物上所引起的高冲击，可能导致器件损坏。当器件应用在如航空航天、武器制导等存在高强度冲击的场合时，微机械陀螺的抗冲击性就更显重要。国内从20世纪90年代开始进行微机械陀螺的研究工作，并相继取得了一定的研究成果。典型成果如中国科学院上海微系统与信息技术研究所在2001年左右研制的栅结构振动式微机械陀螺、振子框架式微机械陀螺、基于滑膜阻尼效应的音叉式微机械陀螺。但国内对MEMS器件的抗冲击设计的研究较少，且主要集中于微加速度计的研究。国外在抗高冲击微陀螺方面采取严格的技术封锁政策。基于此，有必要对抗高冲击微机械陀螺进行研发，以使其可应用于存在高强度冲击的民用或军用场合，进行角速度检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微机电陀螺，具有抗高强度冲击的能力，可以应用于存在高强度冲击的民用或军用场合。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种抗高冲击的微机电陀螺，包括左右对称设置的两个单框式结构，所述两个单框式结构经由中间耦合梁连接，每个单框式结构均包括驱动质量框、设于所述驱动质量框内部的检测质量框以及连接所述驱动质量框和所述检测质量框的检测弹性梁，每个单框式结构还包括三锚点折叠梁和弹性限位结构，所述驱动质量框和锚点之间经由八组三锚点折叠梁连接，所述每个驱动质量框的外部左右两侧沿水平方向分别成对设置弹性限位结构，每个驱动质量框外部上下两侧沿竖直方向单向设置一组弹性限位结构，所述每个检测质量框内部四侧分别设置一组弹性限位结构。

所述单框式结构中，每个驱动质量框的外部上下两侧沿竖直方向成对布置八组三锚点折叠梁，所述驱动质量框上下两侧每边上的四组三锚点折叠梁中，其中两组三锚点折叠梁位于该侧边的两端，另外两组三锚点折叠梁在该侧边关于驱动质量框的中心轴对称布置；

优选的，所述驱动质量框上下两侧每边上的四组三锚点折叠梁分别位于该单侧边的第一等分点、第二等分点、第四等分点以及第五等分点位置上。

所述三锚点折叠梁为轴对称结构，包括位于左右两侧的U型梁以及位于中间的T型梁，所述两组U型梁靠近所述T型梁的一侧分别与所述T型梁的两翼缘相连，所述两组U型梁远离所述T型梁的一侧与锚点连接，所述T型梁的梁肋与驱动质量框连接。

所述单框式结构中，驱动质量框、驱动质量框上下侧边第一等分点、第二等分点和第四等分点上的六组三锚点折叠梁、检测质量框以及检测弹性梁上均溅射铝线，且检测电磁回路由位于驱动质量框上下侧边第二等分点和第四等分点上的四组三锚点折叠梁、检测弹性梁以及检测质量框水平方向上的铝线构成，驱动电磁回路由位于驱动质量框上下侧边第一等分点上的两组三锚点折叠梁及驱动质量框上的铝线构成。

进一步的，位于同一等分点处的上下两组三锚点折叠梁中，铝线溅射于同一侧的U型梁上。

所述弹性限位结构包括凹槽、位于凹槽上方的弹性限位凸台以及位于弹性限位凸台左右两侧的刚性限位凸台，所述弹性限位凸台和所述两个刚性限位凸台用于连接锚点，且弹性限位凸台和刚性限位凸台到驱动质量框的距离不同，且弹性限位凸台和刚性限位凸台到检测质量框的距离也不同。

所述弹性限位结构为直接在锚点上刻蚀加工获得。

所述检测弹性梁为T形结构，检测弹性梁的两翼缘端分别与驱动质量框的内侧相连接，梁肋端与所述检测质量框的外侧连接。

所述驱动质量框和检测质量框均为中空的框式结构。

所示检测质量框的中空部分的内部为键合区，所述键合区内设有多条沟槽。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：