一种类环形制造技术

一种类环形

【技术实现步骤摘要】
一种类环形MEMS陀螺仪及其制作方法


[0001]本专利技术涉及惯性技术和微机电系统
，尤其涉及一种
MEMS
陀螺仪及其制作方法
。

技术介绍

[0002]微机械谐振陀螺仪随着微机电系统
(MEMS)
技术的成熟而取得了不断进展，因具有体积小
、
功耗低
、
易集成
、
成本低等优势被广泛应用于惯性导航系统
、
姿态控制
、
航空航天
、
军事
、
汽车和消费电子等领域
。MEMS
陀螺仪的研究和发展已成为微纳
的热点和重要方向，其结构设计也已经从早期的框架式
、
音叉式逐步向微半球形
、
环形等过渡
。
其中环形结构陀螺仪是当前灵敏度较高的
MEMS
陀螺仪，并且加工工艺相对简单，但加工过程中引入的一些缺陷会极大地影响器件的性能
。
另外为了进一步提高灵敏度就需要提高品质因子，降低能量损耗
。
其中热弹性阻尼被认为是微谐振器内部主要的耗散机制，是因为振动结构的各个部分之间缺乏热平衡而引起的内在损失
。
由于工艺误差以及热弹性阻尼引起的能量耗散不容易控制和消除，所以通过降低制造缺陷以及提高品质因子来改善陀螺仪的灵敏度性能是当前需要解决的技术难题
。
而提高陀螺仪品质因子主要通过改善谐振器件结构参数达到理想效果，但是谐振器件结构众多，这种方法只能针对特定结构设计
。
因此，过程繁琐复杂，增加设计成本，并且产品制造的良率较低
。
[0003]现阶段，对于振动环型结构陀螺仪，制造误差引起的频率失配和热弹性阻尼引起的能量耗散不容易控制，所以导致制造出的谐振器件实际性能与设计时的理想值偏差较大，并且产品制造的良率较低，使得器件最终无法在实际中得以应用
。

技术实现思路

[0004]为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种
MEMS
陀螺仪及其制作方法，以降低制造缺陷，提高
MEMS
陀螺仪的灵敏度
。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种
MEMS
陀螺仪，包括：
[0006]一种类环形
MEMS
陀螺仪，包括：
[0007]第一基板，该第一基板上形成有谐振结构
、
电极组件，以及用于支撑所述谐振结构的支撑锚点；
[0008]第二基板，该第二基板上形成有凹槽，从而使所述第一基板和第二基板键合后，形成容纳所述谐振结构的真空腔；
[0009]其特点在于，所述谐振结构由复数个悬浮环与复数个悬浮梁构成，所述悬浮环是由复数个悬浮环长方体首尾衔接而成的线性多边形，各悬浮环由所述第一基板的中心沿轴线由内向往分布，相邻悬浮环的各悬浮环长方体之间由所述悬浮梁相连，最内圈悬浮环的各悬浮环长方体与位于中央的支撑锚点之间由所述悬浮梁相连，最外圈悬浮环的各悬浮环长方体与位于两侧的支撑锚点之间由所述悬浮梁相连，所述悬浮梁是由四个长方体首尾顺次衔接围成
、
且内开口的横断面呈菱形
。
[0010]优选的，所述悬浮梁的宽度为5‑
10um
，角度为
30
‑
55
°
。
[0011]优选的，所述凹槽的底部凹面处形成有薄膜吸气剂
。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种
MEMS
陀螺仪的制作方法，包括：
[0013]提供一第一基板和第二基板；
[0014]在第一基板形成支撑锚点
、
谐振结构和电极引线；
[0015]在第二基板形成带吸气剂的盖板；
[0016]将第一基板的电极引线面与第二基板的凸起面进行键合，并形成密封了谐振结构的真空腔；最后通过硅通孔制作将电极引出去
。
其中，所述谐振结构与所述电极组件形成电容；
[0017]与现有技术相比，本专利技术的主要优势有：
[0018](1)
其结构采用与工艺更适配的全线性结构，可减少在制版和光刻过程中产生的结构误差；
[0019](2)
通过悬浮梁采用菱形辐条设计，减小了结构刚度和谐振频率，可提高品质因子使其在同类型的陀螺仪中处于领先水平；
[0020](3)
通过优化辐条宽度和菱形的角度可减少频率失配，对于需要高度对称和模式匹配的频率调制和速率积分陀螺仪具有借鉴意义
。
[0021](4)
本专利技术制作过程简单
、
容易操作
。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例中提供的
MEMS
陀螺仪的俯视图
。
[0023]图2是本专利技术实施例中提供的
MEMS
陀螺仪的侧面结构示意图
。
[0024]图3是本专利技术实施例中提供的
MEMS
陀螺仪的流程示意图
。
[0025]图中：
100
‑
基底，
110
‑
埋氧层，
120
‑
顶硅，
130
‑
电极，
200
‑
盖板，
210
‑
吸气剂，
301
‑
支撑锚点，
302
‑
悬浮梁，
303
‑
悬浮环，
400
‑
电极组件，
4001
‑
外侧电极，
4002
‑
内侧电极
。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术所要解决的技术问题
、
技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明
。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术
。
[0027]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上
。
当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上
。
[0028]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量
。
由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征
。
在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定
。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种类环形
MEMS
陀螺仪，包括：第一基板，该第一基板上形成有谐振结构
、
电极组件，以及用于支撑所述谐振结构的支撑锚点；第二基板，该第二基板上形成有凹槽，从而使所述第一基板和第二基板键合后，形成容纳所述谐振结构的真空腔；其特征在于，所述谐振结构由复数个悬浮环与复数个悬浮梁构成，所述悬浮环是由复数个悬浮环长方体首尾衔接而成的线性多边形，各悬浮环由所述第一基板的中心沿轴线由内向往分布，相邻悬浮环的各悬浮环长方体之间由所述悬浮梁相连，最内圈悬浮环的各悬浮环长方体与位于中央的支撑锚点之间由所述悬浮梁相连，最外圈悬浮环的各悬浮环长方体与位于两侧的支撑锚点之间由所述悬浮梁相连，所述悬浮梁是由四个长方体首尾顺次衔接围成
、
且内开口的横断面呈菱形
。2.
根据权利要求1所述的类环形
MEMS
陀螺仪，其特征在于，所述悬浮梁的宽度为5‑
10um
，锐角角度为
30
‑
55
°
。3.
根据权利要求1所述的类环形
MEMS
陀螺仪，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：许杨，陈建霖，王诗男，王楠，古元冬，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：