[发明专利]一种基于二维光子晶体腔体结构的新型MOEMS双轴陀螺仪及其加工方法

说明书

本发明公开了一种基于二维光子晶体腔体结构的新型MOEMS双轴陀螺仪及其加工方法，陀螺仪由上至下依次包括玻璃盖帽、器件层和玻璃衬底，玻璃盖帽包括金属引线、电极和通光孔；器件层包括外框架、位于外框架中心的驱动质量块、驱动检测组件、X轴检测组件、Y轴检测组件、第一、第二驱动电极支撑柱、第一、第二驱动检测电极支撑柱，玻璃衬底包括金属引线和电极。驱动检测组件用于对驱动质量块施加静电力和驱动检测；X轴检测组件和Y轴检测组件分别沿X轴和Y轴方向对称分布于驱动质量块周围，用于检测X轴和Y轴方向的角速度输出。本发明加工工艺简单、成本低且便于批量生产，在单个器件内实现了对双轴的角速度的测量，有着良好的市场前景。

技术领域

本发明涉及微机电和惯性导航领域，具体涉及一种基于二维光子晶体腔体结构的新型MOEMS双轴陀螺仪及其加工方法。

背景技术

微惯性陀螺仪是测量角速度的重要器件，具有体积小、成本低、高可靠性等优点，非常适合应用于机器人、车辆、小型无人机的姿态测量和导航中。

目前，市面上多流行微机械陀螺仪，微机械陀螺仪精度较差，受温度湿度影响比较明显，很难应用于高精度测量系统中。

近些年来，新型MOEMS陀螺仪逐渐开始出现，因其测量精度高、受外界因素影响较小、加工工艺简单而受到欢迎。

发明内容

发明目的：为克服现有技术不足，本发明旨在提供一种基于二维光子晶体腔体结构的新型MOEMS双轴陀螺仪及其加工方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于二维光子晶体腔体结构的新型MOEMS双轴陀螺仪，由上至下依次包括玻璃盖帽、器件层和玻璃衬底，玻璃盖帽和玻璃衬底与器件层通过阳极键合，且玻璃盖帽和玻璃衬底与器件层均电连接；器件层包括支撑外框架、驱动质量块、驱动检测组件、X轴检测组件、Y轴检测组件、第一驱动电极支撑柱、第二驱动电极支撑柱、第一驱动检测电极支撑柱和第二驱动检测电极支撑柱，驱动质量块位于外框架中心位置，驱动检测组件对称分布于驱动质量块上下表面，第一驱动电极支撑柱、第二驱动电极支撑柱、第一驱动检测电极支撑柱和第二驱动检测电极支撑柱分布于驱动质量块四周；驱动检测组件一方面用于使驱动质量块沿Z轴上下振动，另一方面用于检测驱动质量块振动式电容量的变化，实现驱动检测功能；X轴检测组件沿X轴对称分布于驱动质量块两侧，用于检测光强的变化，从而得到X轴方向的角速度输出；Y轴检测组件沿Y轴对称分布于驱动质量块两侧，用于检测光强的变化，从而得到Y轴方向角速度的输出。

可选的，驱动检测组件包括第一驱动平板电容、第一驱动检测平板电容、第二驱动平板电容和第二驱动检测平板电容，第一驱动平板电容和第二驱动平板电容对称设置于驱动质量块上下表面中心位置，第一驱动检测平板电容和第二驱动检测平板电容为框体结构，分别设置于第一驱动平板电容和第二驱动平板电容外围的驱动质量块上；第一驱动平板电容通过玻璃盖帽上的第一金属引线和第一驱动电极与第一驱动电极支撑柱电连接，第二驱动平板电容通过玻璃衬底上的第三金属引线和第二驱动电极与第二驱动电极支撑柱电连接，第一驱动检测平板电容通过第二金属引线和第一驱动检测电极与第一驱动检测电极电连接，第二驱动检测平板电容通过第四金属引线和第二驱动检测电极与第二驱动检测电极支撑柱电连接。

可选的，X轴检测组件包括X轴第一敏感质量块、X轴第一敏感检测二维光子晶体腔体结构、X轴第二敏感质量块和X轴第二敏感检测二维光子晶体腔体结构，其中X轴第一敏感质量块和X轴第二敏感质量块沿X方向通过第二悬臂梁结构对称连接于驱动质量块两侧，且通过第一悬臂梁结构与支撑外框架连接；且X轴第一敏感质量块与支撑外框架之间设有X轴第一敏感检测二维光子晶体腔体结构，X轴第二敏感质量块与支撑外框架之间设有X轴第二敏感检测二维光子晶体腔体结构；另外，X轴第一敏感质量块和X轴第二敏感质量块均分别通过第一悬臂梁结构与锚点连接。