[发明专利]一种可阵列环形耦合三轴全解耦微陀螺仪及其加工方法

说明书

本发明公开了一种可阵列环形耦合三轴全解耦微陀螺仪及其加工方法，微陀螺仪结构形式为四方对称结构，主要包括外环形驱动框架部分、内环型驱动耦合框架部分、敏感检测质量块部分以及相应的耦合折叠梁等。其中，所设计的四方对称结构中四个质量块及内部结构完全一致，每个质量块包含一个驱动传递框架，两个双自由度框架，两个检测框架及对应的耦合折叠梁，四个质量块的驱动传递框架通过外环及内环耦合连接，实现等幅差分驱动；检测框架通过耦合梁实现全解耦功能，从而达到较好的测量性能。加工工艺简单，能够达到较好的检测性能。

技术领域

本发明涉及微机电陀螺仪领域，特别是一种可阵列环形耦合三轴全解耦微陀螺仪及其加工方法。

背景技术

与传统陀螺仪相比，硅微机械陀螺仪具有体积小，重量轻，成本低，可靠性高，功耗小，可批量生产等优点，可广泛用于航空、汽车、医疗、摄影、电子消费等领域，具有广阔的应用前景。目前研究应用较为广泛的是单轴陀螺仪，它只能敏感检测一个方向的角速度输入，而三轴陀螺仪则可以同时敏感三个方向的角速度输入。

在三轴陀螺仪的研制方面，目前某公司等已经有了商业级的产品问世，但其较多三轴陀螺仪产品并非单片集成，而是由水平轴陀螺仪、Z轴陀螺仪组装而成，其精度极限有限，目前已经到了进一步提高的瓶颈期。某公司设计了一种单片集成的三轴陀螺仪产品，其结构尺寸仅为3.2×3.2毫米，但是它并没有实现各驱动、检测方向的完全解耦，因此难以达到较高性能。某大学设计了一种振动环式硅微陀螺仪，理论上可以实现三个方向的角速度测量，但是其结构与加工工艺复杂，难以达到较好的性能，因此还需要进一步研究提高。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种可阵列环形耦合三轴全解耦微陀螺仪。

本发明的另一个目的是提供一种所述陀螺仪的加工方法。

技术方案：本发明所述的陀螺仪，由上至下依次包括：器件结构层A、金属引线层和玻璃衬底层B，器件结构层包括驱动固定梳齿A01、驱动活动梳齿A02、内部耦合环 A03、质量块A04、外部耦合环A05和驱动电极A06，其中，驱动固定梳齿A01包含内环驱动固定梳齿A01-1及外环驱动固定梳齿A01-2，驱动活动梳齿A02包含内环驱动活动梳齿A02-1及外环驱动活动梳齿A02-2，四个质量块A04包括两个位于X方向的质量块A04-X及两个位于Y方向的质量块A04-Y。

沿外部耦合环外部周围均匀分布四个驱动电极A06，且两个位于X轴方向，两个位于Y轴方向；每个驱动电极均通过外环驱动固定梳齿A01-2和外环驱动活动梳齿A02-2 与外部耦合环连接，其中，外环驱动固定梳齿A01-2固定连接到驱动电极A06上，外环驱动活动梳齿A02-2固定连接到外部耦合环上；沿内部耦合环内部一周均匀分布四个驱动电极A06，且两个位于X轴方向，两个位于Y轴方向；每个驱动电极均通过内环驱动固定梳齿A01-1和内环驱动活动梳齿A02-1与内部耦合环连接，其中，内环驱动固定梳齿A01-1固定连接到驱动电极A06上，内环驱动活动梳齿A02-1固定连接到内部耦合环上；沿X轴方向，在外部耦合环和内部耦合环之间对称设置两个X方向质量块 A04-X，且每个X方向质量块A04-X分别与外部耦合环和内部耦合环连接；沿Y轴方向，在外部耦合环和内部耦合环之间对称设置两个Y方向质量块A04-Y，且每个Y方向质量块A04-Y分别与外部耦合环和内部耦合环连接；器件结构层A通过锚点A10与玻璃衬底层B的键合点键合连接，金属引线层的信号引线生长在玻璃衬底层上，器件结构层A的电极与金属引线层的信号引线连接。