[发明专利]一种采用多边形振动梁的蝶翼式微陀螺及其制备方法

权利要求书

1.一种采用多边形振动梁的蝶翼式微陀螺，包括硅电极基板（1）、硅盖板（3）以及带有振动梁的硅敏感结构（2），其特征在于：所述硅敏感结构（2）的振动梁为以用于制备硅敏感结构（2）的SOI硅片为原材料采用湿法腐蚀和干法刻蚀相结合制成的多边形振动梁（22），所述多边形振动梁（22）的主轴方位角不等于90°，所述多边形振动梁（22）的中部设有应力释放结构（24），所述应力释放结构（24）包括和多边形振动梁（22）交叉垂直布置的应力释放框（241），所述应力释放框（241）的中部设有沿应力释放框（241）的长度方向布置的应力释放长槽（242），所述应力释放长槽（242）的两侧各设有一对相对多边形振动梁（22）对称布置的应力释放短槽（243），且所述应力释放长槽（242）两侧的应力释放短槽（243）相对应力释放长槽（242）相互对称布置。

2.根据权利要求1所述的采用多边形振动梁的蝶翼式微陀螺，其特征在于：所述多边形振动梁（22）的横截面为六边形或五边形，所述多边形振动梁（22）的一侧的至少一端设有采用湿法腐蚀形成的斜壁、另一侧的两端均为采用干法刻蚀形成的直壁。

3.根据权利要求1～2中任意一项所述的采用多边形振动梁的蝶翼式微陀螺，其特征在于：所述硅敏感结构（2）包括固定框架（21），所述多边形振动梁（22）设于固定框架（21）中，所述固定框架（21）中还设有通过多边形振动梁（22）连接到固定框架（21）上的四件作为活动电容板的敏感质量块（23）。

4.根据权利要求3所述的采用多边形振动梁的蝶翼式微陀螺，其特征在于：所述固定框架（21）的中部位于多边形振动梁（22）的两侧各设有一个通孔区域，各通孔区域内均布置有一对敏感质量块（23），且四件敏感质量块（23）相对多边形振动梁（22）呈对称布置。

5.根据权利要求4所述的采用多边形振动梁的蝶翼式微陀螺，其特征在于：所述硅电极基板（1）上设有平面电极（11）以及与四件敏感质量块（23）一一对应且相对间隙设置的固定电容板（12），所述固定电容板（12）包括间隙布置的驱动电容板（121）和检测电容板（122），所述驱动电容板（121）和检测电容板（122）分别与平面电极（11）相连。

6.根据权利要求5所述的采用多边形振动梁的蝶翼式微陀螺，其特征在于：每一组固定电容板（12）包括一块检测电容板（122）和两块驱动电容板（121），且一块检测电容板（122）和两块驱动电容板（121）呈品字形分布，两块驱动电容板（121）对称布置于检测电容板（122）的同一侧，四块检测电容板（122）分别具有独立的平面电极（11），对应多边形振动梁（22）对称分布的两块驱动电容板（121）具有同一根平面电极。

7.根据权利要求6所述的采用多边形振动梁的蝶翼式微陀螺，其特征在于：所述敏感质量块（23）上设有多个均匀布置的导通小孔（231）。

8.一种权利要求1～7中任意一项所述采用多边形振动梁的蝶翼式微陀螺的制备方法，其特征在于实施步骤包括：

1）准备用于制作硅敏感结构（2）的第一SOI硅片；

2）对第一SOI硅片的衬底硅进行湿法腐蚀得到多边形振动梁结构；

3）准备用于制作硅电极基板（1）的第二SOI硅片；

4）对第二SOI硅片进行电极间隙深度的干法刻蚀，刻蚀出电极的锚点位置，制作出蝶翼式微陀螺的电极间隙；

5）对第二SOI硅片进一步进行干法刻蚀，直至埋氧层，干法刻蚀出蝶翼式微陀螺的电极结构、键合凸台、电极引线；

6）采用“硅-硅”低应力键合技术，将第一SOI硅片、第二SOI硅片键合实现固连；

7）去除键合后的第一SOI硅片的上层指定厚度；

8）采用高精度双面光刻图形对准技术，在键合后的第一SOI硅片上进行光刻，形成与步骤2）的多边形振动梁结构图像重叠的图案，进行干法刻蚀并将其刻穿，得到硅敏感结构（2）；

9）选用双抛硅片制备用于构成硅盖板（3）的封装盖帽；

10）根据蝶翼式硅微陀螺的硅敏感结构（2）的尺寸，针对封装盖帽刻蚀出真空密封的内部腔体，设定浆料键合环宽度以及玻璃浆料键合时与敏感结构和电极引线之间的距离，得到硅盖板（3）；

11）在硅盖板（3）的底部电极引线位置增加玻璃浆料，用于形成密封圈；

12）利用玻璃浆料键合技术，将硅盖板（3）与结构封装，最终实现蝶翼式微陀螺的圆片级真空封装。