[发明专利]一种单片集成六自由度微惯性测量单元及其加工方法

权利要求书

1.一种单片集成六自由度微惯性测量单元，其特征在于：包括键合安装于玻璃基底中心位置的主单元结构，所述主单元结构呈正方形，包括三轴加速度计单元和三轴陀螺仪单元；

所述三轴陀螺仪单元包括四个结构相同的正方形框架，所述正方形框架分别两两对称设置于主单元结构四个侧边的中间位置，且各个正方形框架之间通过耦合折叠梁相互连接；正方形框架内侧边上连接有Z轴检测结构，正方形框架外侧边上连接有驱动结构，所述位于主单元结构X轴方向的两个正方形框架内部设有Y轴检测结构，位于主单元结构Y轴方向的两个正方形框架内部设有X轴检测结构；

所述三轴加速度计单元包括位于主单元结构中心位置的中心质量块，以及分别安装于主单元结构四个顶角处的扭摆式质量块；所述中心质量块呈正方形，中心质量块的四侧边上均设有第一加速度检测梳齿组件；所述扭摆式质量块关于主单元结构的中心呈中心对称，包括一组非对称的子质量块以及安装子质量块两外侧的第二加速度检测梳齿组件。

2.根据权利要求1所述的单片集成六自由度微惯性测量单元，其特征在于：所述驱动结构包括活动驱动梳齿和固定驱动梳齿，所述活动驱动梳齿通过U型梁连接于正方形框架的外侧边，固定驱动梳齿固定于玻璃基底且各个固定驱动梳齿的电极通过引线相连接，所述活动驱动梳齿与固定驱动梳齿之间构成变面积式电容检测。

3.根据权利要求1所述的单片集成六自由度微惯性测量单元，其特征在于：所述Z轴检测结构包括Z轴活动检测梳齿和Z轴固定检测梳齿，所述Z轴活动检测梳齿设置于活动梳齿架，活动梳齿架通过U型梁连接于正方形框架内侧边，Z轴固定检测梳齿固定于玻璃基底，所述Z轴活动检测梳齿与Z轴固定检测梳齿构成变间距式电容检测。

4.根据权利要求1所述的单片集成六自由度微惯性测量单元，其特征在于：所述X轴检测结构与Y轴检测结构的结构相同且均通过工字型梁与正方形框架内部的边框相连，包括检测框、置于检测框内部的角速度固定检测梳齿，以及设置于检测框内侧边上的角速度活动检测梳齿，角速度固定检测梳齿与角速度活动检测梳齿构成变面积式电容检测。

5.根据权利要求1所述的单片集成六自由度微惯性测量单元，其特征在于：所述第一加速度检测梳齿组件包括第一梳齿架、第一加速度活动检测梳齿和第一加速度固定检测梳齿；所述第一梳齿架通过T型解耦梁固定于中心质量块外侧边，且各个梳齿架之间依次连接有U型梁；所述第一加速度活动检测梳齿两两对称设置于第一梳齿架，所述第一加速度固定检测梳齿通过支撑锚点键合于玻璃基底，且第一加速度固定检测梳齿与第一加速度活动检测梳齿高度相等构成变面积式电容检测。

6.根据权利要求1所述的单片集成六自由度微惯性测量单元，其特征在于：将所述主单元结构划分为四个象限，位于第一象限和第三象限以及第二象限和第四象限的两组扭摆式质量块分别关于主单元结构的中心呈中心对称，且第一象限的扭摆式质量块绕主单元结构中心顺时针旋转90°后与第四象限的扭摆式质量块重合，两个非对称的子质量块之间设有扭杆且可绕扭杆转动；所述第二加速度检测梳齿组件包括设置于子质量块外侧边的第二加速度活动检测梳齿和固定于玻璃基底的第二加速度固定检测梳齿，所述第二加速度活动检测梳齿与第二加速度固定检测梳齿高度不等构成变面积式电容检测。

7.根据权利要求1所述的单片集成六自由度微惯性测量单元，其特征在于：所述主单元结构由单晶硅制成，所述玻璃基底由硼硅酸盐玻璃制成。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的单片集成六自由度微惯性测量单元的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)对单晶硅原材料进行清洗，然后在单晶硅的背面涂胶，利用第一块掩膜板光刻，并利用ICP刻蚀工艺刻蚀出锚点，去除光刻胶；

(2)将步骤(1)所得单晶硅结构层的背面再次涂胶，利用第二块掩膜光刻板，并采用ICP刻蚀工艺刻蚀出所有检测结构中梳齿的凹槽，去除光刻胶；

(3)将步骤(2)所得单晶硅结构层的正面涂胶，利用第三块掩膜光刻板，并采用ICP工艺刻蚀出所有检测结构中梳齿的凹槽，凹槽深度与步骤(2)中的凹槽深度相同，去除光刻胶；

(4)清洗基底硼硅酸盐玻璃，并在硼硅酸盐玻璃上涂光刻胶，利用第四块掩膜板刻蚀得到所要设置电极和信号引线的图案；

(5)将步骤(3)所得单晶硅结构层与制作好键合锚点、电极和信号引线的硼硅酸盐玻璃采用阳极键合技术进行键合；

(6)将步骤(5)中所得单晶硅的正面涂胶，利用第五块掩膜光刻板，并采用ICP工艺直到单晶硅结构层上的深槽完全刻通然后停止，释放结构，然后去除光刻胶。