[发明专利]一种减少振动式硅微陀螺模态耦合误差的激光修形方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到微机电系统中的加工技术领域，特指一种用于硅微机械陀螺制作的可减少硅微陀螺振动结构加工误差引起的模态耦合误差的激光修形方法。

背景技术

振动式硅微机械陀螺仪具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高、易于和电路集成等优势，已广泛应用于通讯设备、汽车安全与导航、机器人及航空航天、游戏机等领域。振动式硅微机械陀螺仪通常以薄片单晶硅为材料，采用湿法刻蚀、干法刻蚀等半导体加工工艺制作而成，其结构尺寸可以小到亚微米级。

由于振动式硅微机械陀螺仪的制作基本上是采用一次成型的方式，所以在加工过程中，掩膜、光刻、刻蚀等工艺产生的加工误差均会累积到振动式硅微机械陀螺仪的结构中去，使得微陀螺在无角速度输入的情况下，其驱动模态的振动能量也会耦合到检测模态，从而产生模态耦合误差，进而严重影响到微陀螺的性能。已有研究表明，在模态耦合误差中正交耦合误差是最主要的成分，所以减少正交误差也就成了降低模态耦合误差的主要手段。为了消除模态耦合误差对微陀螺性能的影响，目前主要有两种途径：一是通过设计解耦的振动结构来消除模态耦合误差。但设计解耦的微陀螺会增加结构复杂程度，同时微结构制作过程中存在无法避免的加工误差，所以该途径也只能部分减少模态耦合误差。二是通过同步解调的方法消除正交误差以减少模态耦合误差的影响。但同步解调的前提是参考信号必须与哥氏力信号同频同相，而在实际工作系统中，很难保证参考信号与哥氏力信号完全同相，所以经同步解调后在角速度信号中会叠加一个误差信号，该误差信号构成了微陀螺零偏的一部分，而严重制约微陀螺性能的提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作简便、能减少模态耦合误差、提高硅微陀螺工作性能的减少振动式硅微陀螺模态耦合误差的激光修形方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种减少振动式硅微陀螺模态耦合误差的激光修形方法，其步骤为：

（1）信号测试：对于实际加工的硅微陀螺芯片，测试硅微陀螺芯片的驱动信号V_d和模态耦合误差信号V_m，并确定两信号的峰峰值大小及两信号之间的相位关系；

（2）确定激光修形的类型：在完成步骤（1）的信号测试后，如果模态耦合误差信号V_m的峰峰值大于预设值a，则在硅微陀螺芯片的支撑梁上进行粗修形；若模态耦合误差信号V_m的峰峰值大于预设值b且小于预设值a，则在质量块上进行精确修形；若驱动信号V_d的峰峰值小于预设值b，则不需进行修形；

（3）确定修形的位置：在完成步骤（1）的信号测试后，当为非完全对称式结构时，如果模态耦合误差信号V_m的相位超前驱动信号V_d 的相位85°～95°，则选择硅微陀螺芯片振动结构中质量块摆动中心线左侧进行激光修形；若模态耦合误差信号V_m的相位滞后驱动信号V_d 的相位85°～95°，则选择硅微陀螺芯片振动结构中质量块摆动中心线右侧进行激光修形；当为完全对称式结构时，如果模态耦合误差信号V_m的相位与驱动信号V_d 的相位超前-5°～5°，则选择硅微陀螺芯片振动结构中质量块摆动中心线左侧进行激光修形；如果模态耦合误差信号V_m的相位与驱动信号V_d 的相位滞后-5°～5°，则选择硅微陀螺芯片振动结构中质量块摆动中心线右侧进行激光修形；

（4）根据步骤（2）和步骤（3）得到的类型和位置进行激光修形。

作为本发明的进一步改进：

所述步骤（4）的具体流程为：

（4.1） 激光器参数的调节：所述步骤（2）中若确定为粗修，则需要增大激光器的功率；若确定为精确修形则降低激光器的功率；

（4.2） 激光修形的实施：设定好激光器的工作参数后，按照所述步骤（3）确定的修形位置在硅微陀螺振动结构上进行材料的去除；