[发明专利]单质量块三轴MEMS陀螺及其制备方法

权利要求书

1.一种单质量块三轴MEMS陀螺，其特征在于，包括自下而上依次键合的底板（1）、空腔结构层（2）、质量块与悬臂梁结构层（3）和顶板（4）；

所述底板（1）包括底板基板（11）、底板基板底面相对于其中心对称分布的4组底电容输出电极（12）、底板基板顶面相对于其中心对称分布的4组底电容下电极（13）、环绕于底板基板顶面四边的底板键合环（14）和8个贯穿底板基板的底板金属通孔（15）；

所述空腔结构层（2）包括空腔基板（21）、贯穿空腔基板中部的圆柱体形空腔（22）和环绕于空腔基板顶面四边的空腔基板键合环（23）；

所述质量块与悬臂梁结构层（3）包括圆柱体形质量块（31），质量块底面相对于其中心对称分布的4个底电容上电极（32），贯穿质量块中央的质量块金属通孔（33）、4个S形悬臂梁（34）、悬臂梁固支边框（35）和覆盖质量块顶面、各个悬臂梁顶面和悬臂梁固支边框顶面的接地电极（36）；

所述顶板（4）包括顶板基板（41），顶板基板底面中部的顶板空腔（42）、覆盖顶板基板底面四边的接地引出电极（43）、顶板基板顶面四边相对于其中心对称分布的4个接地输出电极（44）和4个贯穿顶板基板的顶板金属通孔（45）；

所述空腔结构层（2）的底面四边与底板（1）顶面的底板键合环（15）金硅键合，所述悬臂梁固支边框（35）的底面与空腔结构层（2）顶面的空腔基板键合环（23）金硅键合，各个S形悬臂梁悬置于空腔（22）之上并使质量块（31）悬置于空腔（22）之中，所述顶板（4）底面的接地引出电极（43）与悬臂梁固支边框（35）顶面的接地电极（36）金金键合，最终形成一个气密封闭结构。

2.根据权利要求1所述的单质量块三轴MEMS陀螺，其特征在于，所述底板基板（11）为正方形截面的基板，相应地，底板键合环（14）为内方外方截面的矩形环；

每组底电容输出电极包含2个并列设置的底电容输出电极（12），每个底电容输出电极包括内侧的梯形部分（121）和外侧的矩形部分（122）；

每组底电容下电极包含2个并列设置的底电容下电极（13），每个底电容下电极包括内侧的扇形部分（131）和外侧的梯形部分（132）；

每个底电容输出电极（12）的梯形部分（122）正对1个底电容下电极（13）的梯形部分（132）并由1个底板金属通孔（15）相连。

3.根据权利要求1所述的单质量块三轴MEMS陀螺，其特征在于，所述空腔基板（21）为正方形截面的厚基板，相应地，所述空腔基板键合环（23）为内方外方截面的矩形环。

4.根据权利要求1所述的单质量块三轴MEMS陀螺，其特征在于，所述底电容上电极（32）为扇形电极，1个底电容上电极（32）与对应的1组底电容下电极（13）的扇形部分（131）全等同形；

所述质量块金属通孔（33）连接质量块（3）底面的4个底电容上电极（32）与质量块顶面的接地电极（36）；

每个S形悬臂梁（34）包括若干个径向臂（341）和若干个横向臂（342）以及1个内侧径向支撑臂（343）和1个外侧径向支撑臂（344），其中：

各个径向臂（341）的长度大于各个横向臂（342）的长度，各个内侧径向支撑臂（343）和各个外侧径向支撑臂（344）的长度大于正交相连的1个径向臂和1个横向臂的径向总长度；各个径向臂（341）和各个横向臂（342）的宽度相同，各个内侧径向支撑臂（343）和各个外侧径向支撑臂（344）的宽度不小于各个径向臂（341）和各个横向臂（342）的宽度；各个径向臂（341）和横向臂（342）以及各个内侧径向支撑臂（343）和外侧径向支撑臂（344）的厚度相同且不大于各个径向臂（341）和各个横向臂（342）的宽度；

所述各个S形悬臂梁（34）中的内侧径向支撑臂（343）、若干个径向臂（341）、若干个横向臂（342）、外侧径向支撑臂（344）依次相连，其中的径向臂和横向臂依次相间连接；所述4个S形悬臂梁（34）的内侧径向支撑臂（343）的外端对称连接于质量块（3）四侧上端的正中，其顶面与质量块（3）的顶面平齐，所述4个S形悬臂梁（34）的外侧径向支撑臂（344）的外端分别连接于悬臂梁固支边框（35） 4个边的内侧，其顶面与悬臂梁固支边框（35）的顶面平齐；

所述悬臂梁固支边框（35）为内方外方截面的中空框架。