[发明专利]一种四质量块硅微机电陀螺结构的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四质量硅微机电陀螺结构加工方法，特别是具有不等高梳齿结构和需圆片级封装的硅微机电陀螺结构的加工方法。

背景技术

微机电陀螺的研究始于20世纪80年代。1985年，Drape实验室首先开始研制微机电陀螺，其性能由1994年的漂移为4000°/h到2000年的漂移优于10°/h。2002年，美国喷气实验室开发了一种用于飞行器的硅微陀螺，性能指标1°/h。目前，正在向0.1°/h甚至更高的精度方向发展。由于具有体积小、质量轻、可靠性高、功耗低、可批量生产和测量范围大等优点，微陀螺在制导炮弹、小型卫星和航天器、汽车防滑刹车系统、安全气囊展开和自动调整系统等军事和民用方面得到广泛的应用。

目前，MEMS器件多采用硅材料，它具有优良的机械和电气特性。为提高硅微机电陀螺的性能指标，本专利中涉及的微机电陀螺结构为四质量块微机电陀螺。下面具体说明四质量微机电陀螺的结构特征。

图1表示四质量硅微机电陀螺100三维结构示意图。本发明中的微机电陀螺100包括上封帽20、敏感结构10和下封帽30三部分构成，呈典型的“三明治”结构，上封帽20和下封帽30关于敏感结构10对称。

上述敏感结构10主要包括敏感结构质量块11、支撑梁12、梳齿结构13、锚点14、中心支撑点17和连接结构16等结构。敏感结构10的厚度为60～80μm。

上述敏感结构质量块11共有4个，4个敏感结构质量块11以中心支撑点17为中心沿圆周均匀布置。敏感结构质量块11呈弧形，弧度为60°，且每个质量块的面积、厚度均相同。在相邻敏感结构质量块11之间设置驱动定轮连接块15。

上述4个敏感结构质量块11分别通过4个支撑梁12与中心支撑点17相连，其中支撑梁12宽度约为20～30μm。

上述梳齿结构13包括定齿13a和动齿13b，其中动齿13b位于于敏感结构质量块11上，定齿13a位于驱动定轮连接块15上，动齿13b与定齿13a的宽度为3～5μm，平面尺寸精度控制在±0.5μm以内，侧壁垂直度控制90°±1°，且两者交错分布，间隙约为3～5μm。

上述上封帽20共有13个引线孔22，其中引线孔22a、引线孔22b、引线孔22c和引线孔22d主要用于给上封帽质量块21、下极板质量块31施加电信号；引线孔22e用于向敏感结构10施加电信号；引线孔22f、引线孔22g、引线孔22h和引线孔22i用于向定齿13a施加电信号。

上述敏感结构质量块11与上封帽质量块21、下极板质量块31存在一定的电容间隙，通常为2～3μm。

图2a～图2b为不等高梳齿结构示意图。图2a为定齿13a和动齿13b的二维截面图，其中定齿13a和动齿13b之间存在一定的间隙G，一般为2～3μm。定齿13a高度为T，动齿的高度为T1，其中动齿13b的顶部与底部的高度与定齿的相应位置的高度差分别为ΔT2。图2b为定齿13a和动齿13b的侧面示意图，可以看出相邻的定齿13a和动齿13b存在一定的重叠区域18。