[发明专利]集成双维电极的带非常规边缘的微三维轴对称振动传感器

说明书

本发明公开了集成双维电极的带非常规边缘的微三维轴对称振动传感器，包括微壳体谐振子、双维电极和基底，微壳体谐振子包括壳体、单端柱和非常规边缘，单端柱位于壳体的内部中心轴处，单端柱的底部与非常规边缘的底部齐平，双维电极包括平面电极和非平面电极，平面电极用于感应微壳体谐振子的径向运动，非平面电极用于感应微壳体谐振子的轴向运动，且非平面电极位于非常规边缘的下方，基底中嵌有导电通孔，基底的背面设有导电引出层，单端柱的底部通过导电粘附层与导电通孔连接，且导电通孔通过导电引出层引出。本发明解决了微壳体谐振陀螺中电容较小的问题以及如何有利于陀螺的控制和检测的问题。

技术领域

本发明属于微电子机械系统(MEMS)领域，具体涉及了一种三维振动传感器。

背景技术

为实现高性能微壳体谐振陀螺，中国发明专利申请“微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备方法”(专利公开号：CN 105540530 A)提出了一种嵌入式硅电极，这种电极嵌入在复合结构基底中，驱动和检测微壳体谐振子，但电极与微壳体谐振子的面积较小，导致电容较小，如果增大电容，则需减小电极与微壳体谐振子的间距，但这种设计提高了后续封装的难度，尤其对于MEMS器件的封装，封装的真空度较难达到10^-2Pa-10^-5Pa，间距减小到1um后需要很高的真空度，因此设计时倾向于增大面积；“微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备方法”中的电容取决于壳体边缘的厚度，而厚度由于工作频率的限制，一般在300um以下，这就大大降低了面积，并且陀螺的控制和检测需要多个电极，一般为16个或20个等4的倍数个，当电极数量较多时，单个电极与微壳体谐振子的电容进一步减小。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供集成双维电极的带非常规边缘的微三维轴对称振动传感器，解决微壳体谐振陀螺中电容较小的问题以及如何有利于陀螺的控制和检测的问题。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

集成双维电极的带非常规边缘的微三维轴对称振动传感器，包括微壳体谐振子、双维电极和基底，所述微壳体谐振子包括壳体、单端柱和非常规边缘，所述单端柱位于壳体的内部中心轴处，单端柱的底部与非常规边缘的底部齐平，所述双维电极包括平面电极和非平面电极，所述平面电极用于感应微壳体谐振子的径向运动，所述非平面电极用于感应微壳体谐振子的轴向运动，且非平面电极位于非常规边缘的下方，所述基底中嵌有导电通孔，基底的背面设有导电引出层，单端柱的底部通过导电粘附层与导电通孔连接，且导电通孔通过导电引出层引出。

基于上述技术方案的优选方案，所述非常规边缘的底面与非平面电极平行，且非常规边缘的底面的投影位于非平面电极的内边沿和外边沿之间，非常规边缘的底面与非平面电极形成电容。

基于上述技术方案的优选方案，所述非平面电极为柱状电极，且所述柱状电极包括至少一层工作电极，各层工作电极同轴设置但直径不同，每层工作电极包括4n个均匀排布的子电极，n取正整数。

基于上述技术方案的优选方案，所述非平面电极还包括隔离电极，用于将每层工作电极中相邻的子电极隔开。

基于上述技术方案的优选方案，当非平面电极包括m层工作电极时，在相邻层工作电极之间设有环形激励电极，m≥2。

基于上述技术方案的优选方案，所述非常规边缘的内、外两侧面中至少有一侧为光滑柱面；当非常规边缘仅内侧面为光滑柱面时，所述平面电极仅包括位于微壳体谐振子内侧的内电极，非常规边缘的内侧面与内电极形成电容；当非常规边缘仅外侧面为光滑柱面时，所述平面电极仅包括位于微壳体谐振子外侧的外电极，非常规边缘的外侧面与外电极形成电容；当非常规边缘的内、外两侧面均为光滑柱面时，所述平面电极包括位于微壳体谐振子内侧的内电极和位于微壳体谐振子外侧的外电极，非常规边缘的内侧面与内电极形成电容，非常规边缘的外侧面与外电极形成电容。