[发明专利]一种基于热膨胀流的MEMS三轴陀螺及其加工方法

权利要求书

1.一种基于热膨胀流的MEMS三轴陀螺，其特征在于：主要包括上密封层、下基底层、中间检测层；所述中间检测层上有“十”字检测腔及位于检测腔内的金属电阻桥加热元件和金属电阻桥热敏元件；

上密封层和下基底层将“十”字检测腔的气体介质与外界隔离，形成一个密封的工作系统；“十字”检测腔高度与上密封层中凹槽的深度为总的腔体高度z，100μm≤z≤1000μm；

定义检测腔的十字两臂方向分别为X，Y方向，检测腔的高度方向为Z向；

四个金属电阻桥加热元件对称悬置于十字检测腔四臂的根部，且各金属电阻桥加热元件与相应的十字检测腔四臂垂直，即四个金属电阻桥加热元件为X或Y向；

四个金属电阻桥加热元件的通电方式为周期性间歇性通电，即加热元件的一个工作周期包括脉冲电压激励时间与断电间隔时间；

金属电阻桥热敏元件包括检测X轴角速度的金属电阻桥热敏元件、检测Y轴角速度的金属电阻桥热敏元件、检测Z轴角速度的金属电阻桥热敏元件；检测X轴角速度的金属电阻桥热敏元件为两个，对称悬置于“十”字检测腔Y向两臂上，且与Y向臂垂直；检测Y轴角速度的金属电阻桥热敏元件为两个，对称悬置于“十”字检测腔X向两臂上，且与X向臂垂直；检测Z轴角速度的金属电阻桥热敏元件为八个；“十”字检测腔的四个十字臂末端两侧分别悬置一个金属电阻桥热敏元件，且与对应臂平行；

金属电阻桥热敏元件的通电方式均为恒流电；

四个金属电阻桥加热元件的悬置高度一致，均为z1；检测X轴角速度的金属电阻桥热敏元件、检测Y轴角速度的金属电阻桥热敏元件、检测Z轴角速度的金属电阻桥热敏元件的悬置高度一致，均为z2，必须满足：z1<z2，即加热元件与热敏元件之间存在高度差，且该高度差范围为50～100微米。

2.一种如权利要求1所述的基于热膨胀流的MEMS三轴陀螺，其特征在于：每个所述金属电阻桥加热元件包括3个串联的“电阻块”，每个“电阻块”包括3根并联的Pt金属电阻线。

3.一种如权利要求1所述的基于热膨胀流的MEMS三轴陀螺，其特征在于：每个所述检测Z轴角速度的金属电阻桥热敏元件由3根串联的Pt金属电阻线组成。

4.一种如权利要求1所述的基于热膨胀流的MEMS三轴陀螺，其特征在于：每个所述检测X轴角速度或检测Y轴角速度的金属电阻桥热敏元件包括2个串联的“电阻块”，每个“电阻块”为3根串联的Pt金属电阻线。

5.如权利要求1-4任一项所述的基于热膨胀流的MEMS三轴陀螺的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在硅基材料上刻蚀出检测层的阶梯结构，以悬置不同高度的金属电阻桥加热元件和金属电阻桥热敏元件；

步骤二：在硅基材料上制备金属电阻桥，形成加热元件与热敏元件；

步骤三：继续在硅基材料上刻蚀出陀螺的“十”字检测腔，刻蚀时，不刻透硅基材料，余留一定厚度作为下基底层，从而完成检测腔的制备与金属电阻桥的悬空；

步骤四：在另一硅基材料上利用刻蚀技术加工出陀螺的上密封层；

步骤五：通过键合工艺，将上密封层与检测层进行粘合，实现检测腔体的密封；

步骤六：对加工出来的结构进行封装，形成基于热膨胀流的MEMS陀螺。