[发明专利]基于微型力矩器的石英挠性加速度计及其制造方法

权利要求书

1.一种基于微型力矩器的石英挠性加速度计，其特征在于，所述加速度计包括石英挠性摆片（1），所述石英挠性摆片（1）的上下侧均依次放置有经多极充磁的永磁薄膜（2）、电容极板（3）和硅基线圈（4），从而使得所述石英挠性加速度计形成为以石英挠性摆片（1）为对称中心、上下两侧对称的推挽式结构，整个加速度计呈扁平形状；

其中，所述电容极板（3）为单侧蒸镀Au金属层的硅片，硅片厚度不小于永磁薄膜（2）的厚度，硅片中心开设镂空部，镂空部径向尺寸大于永磁薄膜径向尺寸；

石英挠性摆片（1）上侧、下侧的电容极板（3）的金属层与石英挠性摆片的摆舌两侧的金属层构成差分电容，检测摆舌运动位置；

所述永磁薄膜（2）分别键合在石英摆片的摆舌两侧构成检测质量块；永磁薄膜（2）和硅基线圈（4）共同构成微型反馈力矩器，为加速度计提供电磁反馈力矩；

所述永磁薄膜（2）包括若干充磁单元，相邻充磁单元的N极和S极交替排列；所述硅基线圈（4）为内嵌金属导线的硅片；所述硅基线圈（4）包含若干绕制单元，且绕制单元与永磁薄膜（2）的充磁单元一一对应。

2.如权利要求1所述的基于微型力矩器的石英挠性加速度计，其特征在于，所述永磁薄膜（2）为经过多极充磁的NdFeB或SmCo永磁薄膜。

3.如权利要求1所述的基于微型力矩器的石英挠性加速度计，其特征在于，所述永磁薄膜（2）尺寸为8×8×0.5mm³。

4.如权利要求1或2所述的基于微型力矩器的石英挠性加速度计，其特征在于，所述永磁薄膜（2）包括若干充磁单元，相邻充磁单元的N极和S极交替排列，形成棋盘状永磁薄膜的磁化图案。

5.如权利要求4所述的基于微型力矩器的石英挠性加速度计，其特征在于，每个充磁单元的厚度为500μm、径向尺寸为800μm。

6.如权利要求1所述的基于微型力矩器的石英挠性加速度计，其特征在于，所述硅基线圈（4）为内嵌金属导线的硅片，其中金属导线为双层平面螺旋结构。

7.如权利要求6所述的基于微型力矩器的石英挠性加速度计，其特征在于，所述硅基线圈（4）包含在硅片上制备的若干绕制单元，且绕制单元与永磁薄膜（2）的充磁单元一一对应，相邻绕制单元的绕线方向呈顺时针/逆时针交替排列；每一绕制单元共有8匝线圈，呈双层分布在硅片的上、下两侧，每侧4匝；同一层的绕制线圈呈边长渐变的同心、正方螺旋形状；上、下层之间的线圈由中心点穿通相连。

8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的基于微型力矩器的石英挠性加速度计的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：

S1.微纳加工制备石英挠性摆片（1）；

S2.制备多极充磁的永磁薄膜（2）；

S3.微纳加工制备电容极板（3）；

S4.微纳加工制备硅基线圈（4）；

S5.集成石英挠性摆片（1）、永磁薄膜（2）、电容极板（3）和硅基线圈（4），形成基于微型力矩器的石英挠性加速度计。

9.如权利要求8所述的基于微型力矩器的石英挠性加速度计的制备方法，其特征在于，S2制备多极充磁的永磁薄膜，具体是：

S2.1：采用线切割和研磨工艺将永磁块体材料制备成永磁薄膜；

S2.2：使用充磁机在室温下将永磁薄膜沿平面法向磁化，完成单方向充磁；

S2.3：将磁化后的永磁薄膜在充磁机中调转180°；

S2.4：使用激光发生器，调节激光斑点尺寸，将激光斑点逐一照射在需要反向充磁的永磁薄膜区域上，利用激光局部加热永磁薄膜，完成激光加热区域的反相充磁，而激光未照射/加热区域仍保持S2.2中的充磁方向，实现永磁薄膜的多极充磁。

10.如权利要求8所述的基于微型力矩器的石英挠性加速度计的制备方法，其特征在于，S4使用微纳加工制备硅基线圈（4），具体是：

S4.1：正面光刻、腐蚀硅片，背面光刻、腐蚀硅片，形成双面带有若干个同心、正方螺旋形状沟槽的硅片；

S4.2：光刻、刻蚀硅片，将硅片双面的同心、正方螺旋形状沟槽的中心处贯通连接；

S4.3：电镀Cu填充硅片露出的沟槽和中心贯通处；

S4.4：研磨硅片，去除表面多余金属Cu，实现硅基线圈（4）的制备。