固体波动陀螺仪结构及其制备方法技术

一种固体波动陀螺仪结构及其制备方法，涉及微机电和惯性导航技术领域。该固体波动陀螺仪结构包括阵列设置的多个陀螺仪；每个陀螺仪包括具有金属线路的基底、中心键合于基底上的环形谐振子、位于基底上且位于环形谐振子内侧的N个第一控制电极，以及位于基底上且位于环形谐振子外侧的N个第二控制电极，N个第一控制电极分别和N个第二控制电极一一对应且均与金属线路电连接，以分别与环形谐振子配合形成2N个电容器，N为大于或等于8的整数。该固体波动陀螺仪结构能够提高检测精度。陀螺仪结构能够提高检测精度。陀螺仪结构能够提高检测精度。

【技术实现步骤摘要】
固体波动陀螺仪结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微机电和惯性导航
，具体而言，涉及一种固体波动陀螺仪结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]陀螺仪是惯性导航系统的基础部件，其性能直接决定了惯性导航系统的可靠性与准确度，对惯性导航技术的发展起着至关重要的作用。在目前的小型化局部地域高科技战场上，复杂而多变的战场环境迫切需要大量的小型化、轻型化、智能化军事装备与战术武器。其中，基于MEMS(Micro Electro
‑
Mechanical System，微机电系统)技术的微陀螺仪采用微纳批量制造技术加工，其成本、尺寸、功耗都很低，而且环境适应性、工作寿命、可靠性、集成度与传统技术相比有极大的提高，因而MEMS微陀螺已经成为近些年来MEMS技术广泛研究和应用开发的一个重要方向。
[0003]目前，常用的陀螺仪的工作原理如下：当没有角速度输入时，陀螺仪的谐振子在驱动模态下工作，陀螺仪的输出为零。当有角速度输入时，陀螺仪的谐振子在检测模态下工作，陀螺仪实时测出输入角速度。然而，现有的陀螺仪由于其谐振子的几何结构所限，普遍存在灵敏度较低的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种固体波动陀螺仪结构及其制备方法，该固体波动陀螺仪结构能够提高检测精度。
[0005]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0006]本专利技术的一方面，提供一种固体波动陀螺仪结构，该固体波动陀螺仪结构包括阵列设置的多个陀螺仪；每个陀螺仪包括具有金属线路的基底、中心键合于基底上的环形谐振子、位于基底上且位于环形谐振子内侧的N个第一控制电极，以及位于基底上且位于环形谐振子外侧的N个第二控制电极，N个第一控制电极分别和N个第二控制电极一一对应且均与金属线路电连接，以分别与环形谐振子配合形成2N个电容器，N为大于或等于8的整数。该固体波动陀螺仪结构能够提高检测精度。
[0007]可选地，环形谐振子包括振动圆环、锚点结构以及连接于振动圆环和锚点结构之间的多个振动弹性梁，其中，锚点结构位于振动圆环的中心，且锚点结构键合于基底上；第一控制电极位于振动圆环和锚点结构之间，多个振动弹性梁一一对应的嵌设于多个第一控制电极内。
[0008]可选地，振动弹性梁包括8个，且8个所述振动弹性梁以所述锚点结构为中心呈放射状与所述振动圆环相连接。
[0009]可选地，相邻的两个振动弹性梁之间的夹角为45
°
。
[0010]可选地，振动弹性梁包括第一直梁、第二直梁和连接第一直梁和第二直梁的框架梁，框架梁呈封闭的多边形结构；第一直梁远离框架梁的一端和振动圆环连接，第二直梁远
离框架梁的一端和锚点结构连接，每个振动弹性梁用于将每个第一控制电极分隔为相互间隔的三部分。
[0011]可选地，框架梁的形状为六边形。
[0012]可选地，陀螺仪包括四个，四个陀螺仪呈2
×
2形式排布。
[0013]可选地，N等于8，相对应的第一控制电极和第二控制电极形成电极组，以得到八组电极组；其中，两组电极组为驱动组，两组电极组为驱动检测组，两组电极组为检测组，两组电极组为检测反馈组；驱动组、检测反馈组、驱动检测组和检测组呈交替排布，且两两之间的夹角均相等。
[0014]可选地，基底的材料为玻璃；和/或，环形谐振子、第一控制电极以及第二控制电极的材料为硅。
[0015]本专利技术的另一方面，提供一种固体波动陀螺仪结构的制备方法，该固体波动陀螺仪结构的制备方法包括：在基底上涂覆第一光刻胶层，并通过曝光、显影工艺在第一光刻胶层上形成露出基底的第一窗口；在第一窗口内溅射金属，以在基底上形成金属线路；去除第一光刻胶层，以得到第一器件；在硅晶圆上涂覆第二光刻胶层，并通过曝光、显影工艺在第二光刻胶层上形成露出硅晶圆的第二窗口；通过第二窗口刻蚀硅晶圆，以形成第一凹槽；去除第二光刻胶层，以得到第二器件；将第一器件具有金属线路的一面与第二器件具有第一凹槽的一面对准，并将第二器件的中心键合于第一器件的基底上；在第二器件远离第一器件的一面涂覆第三光刻胶层，并通过曝光、显影工艺在第三光刻胶层上形成第三窗口；通过第三窗口进行深反应离子刻蚀，以在第二器件上形成环形谐振子、位于环形谐振子内侧且与金属线路电连接的N个第一控制电极、位于环形谐振子外侧且与金属线路电连接的N个第二控制电极，N个第一控制电极分别和N个第二控制电极一一对应，以分别与环形谐振子配合形成2N个电容器，N为大于或等于8的整数；分别制备多个陀螺仪，并将多个陀螺仪阵列设置以得到固体波动陀螺仪结构。
[0016]本专利技术的有益效果包括：
[0017]本申请提供的固体波动陀螺仪结构包括阵列设置的多个陀螺仪；每个陀螺仪包括具有金属线路的基底、中心键合于基底上的环形谐振子、位于基底上且位于环形谐振子内侧的N个第一控制电极，以及位于基底上且位于环形谐振子外侧的N个第二控制电极，N个第一控制电极分别和N个第二控制电极一一对应且均与金属线路电连接，以分别与环形谐振子配合形成2N个电容器，N为大于或等于8的整数。本申请通过设置阵列设置的多个陀螺仪，这样，根据环形谐振子的振动特性与工作原理，当固体波动陀螺仪结构处于静止状态时，每个陀螺仪的每一个电容器都可以等效为静止的平行板电容器；当固体波动陀螺仪结构有角速度输入时，其处于激发态(结构的敏感轴垂直穿过固体波动陀螺仪的中心，可以分别给每个陀螺仪施加驱动力，以使固体波动陀螺仪在驱动模态下同时包含多种方向的振动，如图3)，这时，固体波动陀螺仪结构工作在谐振频率时，阵列设置的每个陀螺仪的环形谐振子将发生一定角度的运动，进而引发电容器的电容变化。如此，便可以根据每个陀螺仪的各电容器的变化分析测得每个陀螺仪的角速度，进而通过对多个陀螺仪测得的结果进行加权平均处理得到最终的角速度。本申请的这种测量方式相对采用单个陀螺仪测量角速度而言可以有效缩小测量误差，进而提高整个固体波动陀螺仪的测量精度和稳定性。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0019]图1为本专利技术实施例提供的固体波动陀螺仪结构的结构示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例提供的环形谐振子、第一控制电极和第二控制电极的爆炸图；
[0021]图3为本专利技术实施例提供的固体波动陀螺仪结构的环形谐振子的驱动模态示意图；
[0022]图4为本专利技术实施例提供的环形谐振子的结构示意图；
[0023]图5为本专利技术实施例提供的第一控制电极和第二控制电极的结构示意图；
[0024]图6为本专利技术实施例提供的固体波动陀螺仪结构的制备方法的流程示意图；
[0025]图7为本专利技术实施例提供的固体波动陀螺仪结构的制备方法的制备过程示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体波动陀螺仪结构，其特征在于，包括阵列设置的多个陀螺仪；每个所述陀螺仪包括具有金属线路的基底、中心键合于所述基底上的环形谐振子、位于所述基底上且位于所述环形谐振子内侧的N个第一控制电极，以及位于所述基底上且位于所述环形谐振子外侧的N个第二控制电极，N个所述第一控制电极分别和N个所述第二控制电极一一对应且均与所述金属线路电连接，以分别与所述环形谐振子配合形成2N个电容器，所述N为大于或等于8的整数。2.根据权利要求1所述的固体波动陀螺仪结构，其特征在于，所述环形谐振子包括振动圆环、锚点结构以及连接于所述振动圆环和所述锚点结构之间的多个振动弹性梁，其中，所述锚点结构位于所述振动圆环的中心，且所述锚点结构键合于所述基底上；所述第一控制电极位于所述振动圆环和所述锚点结构之间，多个所述振动弹性梁一一对应的嵌设于多个所述第一控制电极内。3.根据权利要求2所述的固体波动陀螺仪结构，其特征在于，所述振动弹性梁包括8个，且8个所述振动弹性梁以所述锚点结构为中心呈放射状与所述振动圆环相连接。4.根据权利要求3所述的固体波动陀螺仪结构，其特征在于，相邻的两个所述振动弹性梁之间的夹角为45
°
。5.根据权利要求2至4任意一项所述的固体波动陀螺仪结构，其特征在于，所述振动弹性梁包括第一直梁、第二直梁和连接所述第一直梁和所述第二直梁的框架梁，所述框架梁呈封闭的多边形结构；所述第一直梁远离所述框架梁的一端和所述振动圆环连接，所述第二直梁远离所述框架梁的一端和所述锚点结构连接，每个所述振动弹性梁用于将每个所述第一控制电极分隔为相互间隔的三部分。6.根据权利要求5所述的固体波动陀螺仪结构，其特征在于，所述框架梁的形状为六边形。7.根据权利要求1所述的固体波动陀螺仪结构，其特征在于，所述陀螺仪包括四个，四个所述陀螺仪呈2
×
2形式排布。8.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：许图，
申请(专利权)人：重庆天箭惯性科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：