[发明专利]MEMS陀螺仪及其制备封装方法

权利要求书

1.一种MEMS陀螺仪，其特征在于：包含检测外框、两个质量块、两个固定锚点、两个驱动单元、四个检测单元、若干一级弹性连接梁、二级弹性连接梁和耦合弹性连接梁；其中：

所述陀螺仪的平面结构沿X、Y方向中轴线中心轴对称；除检测单元外，其余结构均位于外框内部；

所述检测外框与两个固定锚点通过一级弹性连接梁连接，所述固定锚点位于Y方向中心轴线上；

所述两个质量块位于X方向中心轴线上，两个质量块之间通过耦合弹性连接梁连接，每个质量块外侧与检测外框之间通过二级弹性连接梁连接；

所述两个驱动单元位于质量块中心或边缘，四个检测单元位于外框外侧四角位置；

所述两个质量块、二级弹性连接梁、耦合弹性连接梁和驱动单元组成一个驱动谐振器；所述驱动谐振器的工作模式为两个质量块相对于检测外框面内沿X方向反向振荡运动；

所述检测外框、两个质量块、四个检测单元、若干一级弹性连接梁、二级弹性连接梁和耦合弹性连接梁结构组成一个科里奥利谐振器；所述科里奥利谐振器的工作模式为谐振器整体结构面内扭摆运动。

2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述驱动单元包括驱动电极和功能电极；所述功能电极是驱动检测电极、频率调谐电极和正交补偿电极中一种或多种组合；所述检测单元包括感应电极和频率调谐电极中的一种或多种组合。

3.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述电极包括可动电极板和固定电极板；所述可动电极板和固定电极板均为梳齿状；所述驱动电极和驱动检测电极为等间距梳齿状电极，所述感应电极、频率调谐电极和正交补偿电极均为变间距梳齿状电极。

4.根据权利要求3所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述感应电极设有四个，四个感应电极分别位于外框四角上且通过采用差分的形式进行电学信号输出：由于所述MEMS陀螺仪的对称性，位于检测外框其中一条对角线上的两个感应电极采用同相输出，位于检测外框另一条对角线上的两个感应电极反相输出，即可实现差分输出。

5.根据权利要求1至4中任一所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述检测外框为多边形；所述质量块为多边形。

6.根据权利要求书5所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：当检测外框为长方形时，检测单元中感应电极和频率调谐电极的梳齿状电极板与检测外框之间的角度在45至90度之间；当检测外框为八边形时，检测单元中感应电极和频率调谐电极的梳齿状电极板与检测外框垂直。

7.根据权利要求1-4或6所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述一级弹性连接梁、二级弹性连接梁和耦合弹性连接梁为U形梁、折叠梁或蟹脚梁中的任一种或多种组合。

8.一种制备封装如权利要求7所述MEMS陀螺仪的方法，其特征在于：采用圆片级真空封装的方法，所述陀螺仪是自下而上由衬底硅片、器件硅片和盖板硅片三层硅片键合组成，所述器件硅片用于制作MEMS陀螺仪器件结构，所述盖板硅片用于实现真空封装；包括以下步骤：

(1)采用深反应离子刻蚀的方法在衬底硅片正面刻蚀出带有支撑柱的凹腔结构；并采用热氧化或化学气相沉积的方法在衬底硅片正面和背面沉积一层氧化物；

(2)采用圆片级真空键合技术将器件硅片与衬底硅正面对准直接键合；

(3)在器件硅片上进行图案化光刻和刻蚀，刻蚀出陀螺仪的结构；

(4)在盖板硅片正面刻蚀出凹腔结构，通过热氧化或气相沉积的方法在正面和背面沉积一层氧化硅；将盖板硅片正面与器件硅片进行圆片级对准直接键合；

(5)在盖板硅片背面刻蚀出电极引出通孔，采用湿法腐蚀或深反应离子刻蚀技术在盖板硅片背面刻蚀出电极引出通孔，并在整个背面沉积一层氧化硅层；最后刻蚀掉电极引出通孔处的氧化硅；

(6)在盖板硅片背面沉积一层金属层，并将金属层进行图案化光刻和刻蚀，完成电学布线，并制作金属焊盘；制作完成MEMS陀螺仪器件结构的同时，实现了对器件的圆片级真空封装。