[发明专利]一种组装式半球谐振微陀螺仪及其加工工艺

说明书

本发明公开一种组装式半球谐振微陀螺仪，属于微机电和惯性导航领域，上层玻璃衬底、外围锚点结构和下层玻璃衬底由上而下依次设置，在上层玻璃衬底的底面的中心设有圆形凹槽，外围锚点结构为中空的框型结构，圆形凹槽和外围锚点结构的中空区域相连通形成腔体，在该腔体的中心设置半球壳谐振子；在上层玻璃衬底上等间距设置十六个电极，每个电极均分别与相对应的十六个电极孔相连，电极孔设置在上层玻璃衬底中；本发明还公开了一种组装式半球谐振微陀螺仪加工工艺。本发明的一种组装式半球谐振微陀螺仪实现了封装，缩减了生产周期，提高了产生效率；本发明的半球壳谐振子和均布式电极的加工工艺简单，尺寸较小，生产成本较低，适合批量化生产。

技术领域

本发明属于微机电和惯性导航领域，具体涉及一种组装式半球谐振微陀螺仪及其加工工艺。

背景技术

半球型谐振陀螺仪作为一种惯性姿态测量器件，具有很高的测量精度，超强的稳定性和可靠性，良好的抗冲击振动性及温度特性，独特的关机抗辐射能力，超长的寿命，启动时间短等突出优点，被惯性技术界认为是一种在21世纪先进的捷联惯导系统中最理想的元件。

2014年，美国佐治亚理工大学的P.Shao等人在其最新的论文中介绍了一种利用3D-HARPSS工艺制作的自校准大电容电极的半球壳，半球壳的直径为1200μm，厚度为1μm并且半球壳谐振陀螺仪的闭环敏感标度因数达到8.75 mv/°/S。

半球谐振子的成型至今为止一直是制约其发展的瓶颈，查阅资料，到目前为止，只有美国和俄罗斯制造出比较好的成品，其它国家仅处于研究阶段或制造的产品性能较低。而且上述的利用3D-HARPSS工艺制作半球壳谐振陀螺仪的工艺复杂，并且半球壳的支撑面积是由牺牲层SiO₂的残留面积决定的，因此使用HF超临界干燥法刻蚀牺牲层释放半球壳时，HF的浓度和刻蚀的时间非常关键，控制难度较大，可能造成支撑面积过大或者过小，严重影响了陀螺仪的工作性能。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种组装式半球谐振微陀螺仪，本发明的另一目的在于提供一种组装式半球谐振微陀螺仪的加工工艺，半球壳谐振子的加工工艺简单，并且释放半球壳时，不存在支撑面积难以控制的问题。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种组装式半球谐振微陀螺仪，包括半球壳谐振子、外围锚点结构、上层玻璃衬底、下层玻璃衬底、电极、圆形凹槽、电极孔、焊盘、金属电极区和金属引线；所述的上层玻璃衬底、外围锚点结构和下层玻璃衬底由上而下依次设置，在上层玻璃衬底的底面的中心设有圆形凹槽，外围锚点结构为中空的框型结构，圆形凹槽和外围锚点结构的中空区域相连通形成腔体，在该腔体的中心设置半球壳谐振子；在上层玻璃衬底上等间距设置十六个电极，每个电极均分别与相对应的十六个电极孔相连，电极孔设置在上层玻璃衬底中；在下层玻璃衬底上设有对应半球壳谐振子的电极孔；在上层玻璃衬底上的四周等间距设置有焊盘，焊盘为方形且为十六个，焊盘通过金属引线与相应的上层玻璃衬底中的电极孔相连；在下层玻璃衬底上设有金属电极区，圆形金属键合区通过金属引线与下层玻璃衬底中电极孔相连。

所述的半球壳谐振子通过支撑柄键合在下层玻璃衬底上。

所述的电极孔与下层玻璃衬底底面的方形金属焊盘相连。

所述的半球壳谐振子的直径为1200~1500μm，厚度为1~5μm。

所述的半球壳谐振子和电极之间的间隙为5~20μm。

该组装式半球谐振微陀螺仪的整体尺寸为3000μm×3000μm×1200μm。

一种组装式半球谐振微陀螺仪的加工工艺，包括以下步骤：

1）形成键合区、焊盘和信号引线