一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀及其制備方法，包括：單晶硅基底、中心固定支撐柱、微型半球諧振子、外電極、外電極金屬焊接板、玻璃基底、金屬引線、圓形焊線盤、外電極金屬連接柱內(nèi)電極和種子層。本發(fā)明結(jié)合MEMS體硅加工工藝和表面硅加工工藝進行制作；本發(fā)明可提供不同的驅(qū)動、檢測方式及不同的工作模式，可工作在需要復(fù)雜控制的系統(tǒng)中；本發(fā)明可利用內(nèi)電極和外電極分別進行驅(qū)動和檢測，減小驅(qū)動電極和檢測電極之間的寄生電容，提高檢測精度；本發(fā)明為內(nèi)電極和外電極提供了金屬引線及圓形焊線盤，便于信號施加和信號提取。
【專利說明】一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機電【技術(shù)領(lǐng)域】的微型半球諧振陀螺儀，具體地，涉及一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]陀螺儀是一種能夠檢測載體角度或角速度的慣性器件，在姿態(tài)控制和導(dǎo)航定位等領(lǐng)域有著非常重要的作用。隨著國防科技和航空、航天工業(yè)的發(fā)展，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)對于陀螺儀的要求也向低成本、小體積、高精度、多軸檢測、高可靠性、能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境的方向發(fā)展。因此，MEMS微陀螺的重要性不言而喻。特別地，微型半球諧振陀螺儀作為MEMS微陀螺的一個重要研究方向，已經(jīng)成為該領(lǐng)域的一個研究熱點。
[0003]經(jīng)過現(xiàn)有技術(shù)的文獻搜索發(fā)現(xiàn)，美國喬治亞理工學(xué)院L D.Sorenson.等人在其論文“3-D MICROMACHINED HEMISPHERICAL SHELL RESONATORS WITH INTEGRATED CAPACITIVETRANSDUCERS”中介紹了一種底部單端固定的微型半球諧振陀螺儀，其支撐面積是由犧牲層的殘留面積決定的，犧牲層的殘留面積大小是由濕法刻蝕的時間、刻蝕溶液的濃度等決定的。然而，該陀螺儀僅設(shè)計了八個外電極作為驅(qū)動、檢測和控制電極，較少的電極數(shù)量限制了其在復(fù)雜控制系統(tǒng)中的應(yīng)用；該陀螺儀的八個外電極均位于單晶硅基底的表面，驅(qū)動、檢測及控制電極之間存在一定的寄生電容及信號干擾，限制了其檢測精度；該陀螺儀并未設(shè)計引線及焊線盤，不利于信號施加和信號提取。
[0004]基于此，迫切需要提出一種新的陀螺儀結(jié)構(gòu)，使其避免或減小上述影響因素，同時擴展其應(yīng)用范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀及其制備方法，所述微陀螺儀結(jié)合MEMS體硅加工工藝和表面硅加工工藝進行制作，是一種新穎的加工工藝；可提供不同的驅(qū)動、檢測方式及不同的工作模式，可工作在需要復(fù)雜控制的系統(tǒng)中。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀，包括:單晶硅基底，中心固定支撐柱，微型半球諧振子，外電極，外電極金屬焊接板，玻璃基底，金屬引線，圓形焊線盤，外電極金屬連接柱，內(nèi)電極以及種子層；其中:所述中心固定支撐柱的一端與所述單晶硅基底連接、另一端與所述微型半球諧振子連接；所述外電極設(shè)置于所述單晶硅基底的下表面，并均勻地分布在所述微型半球諧振子的周圍；所述外電極金屬焊接板位于所述外電極的下表面，并與所述外電極金屬連接柱相連；所述種子層位于所述玻璃基底的上表面；所述金屬引線位于所述種子層的上表面，所述金屬引線的一端與所述圓形焊線盤連接、另一端與所述外電極金屬連接柱或所述內(nèi)電極相連；所述圓形焊線盤位于所述種子層的上表面；所述內(nèi)電極設(shè)置于所述種子層的上表面，并位于所述微型半球諧振子的內(nèi)腔；所述外電極金屬連接柱的下表面與所述種子層相連、上表面與所述外電極金屬焊接板相連，并均勻地分布在所述內(nèi)電極的外側(cè)。所述微陀螺儀利用靜電驅(qū)動的方式激勵微型半球諧振子進行工作，其驅(qū)動模態(tài)和檢測模態(tài)相互匹配。
[0007]優(yōu)選地，所述內(nèi)電極采用八個均勻分布式內(nèi)電極或環(huán)形一體式內(nèi)電極，所述八個均勻分布式內(nèi)電極均勻地分布在所述微型半球諧振子的內(nèi)腔。
[0008]優(yōu)選地，所述單晶硅基底的材料為高阻硅，高阻硅材料用于減小不同外電極之間的信號干擾。
[0009]優(yōu)選地，所述中心固定支撐柱的材料為二氧化硅。
[0010]優(yōu)選地，所述微型半球諧振子的材料為摻雜金剛石或摻雜多晶硅，是微陀螺儀的主要振動體。
[0011]優(yōu)選地，所述外電極的材料為硼離子摻雜硅，用于微陀螺儀的驅(qū)動、檢測及控制。
[0012]優(yōu)選地，所述外電極金屬焊接板的材料為鉻、銅。
[0013]優(yōu)選地，所述金屬引線的材料為金屬鎳，一部分用于連接所述圓形焊線盤與所述內(nèi)電極，另一部分用于連接所述圓形焊線盤與所述外電極金屬連接柱。
[0014]優(yōu)選地，所述圓形焊線盤的材料為金屬鎳，用于信號施加和信號提取。
[0015]優(yōu)選地，所述外電極金屬連接柱分為兩層，下層的材料為金屬鎳，位于所述種子層的上表面；上層的材料為鉛錫，通過鉛錫焊的方式與所述外電極金屬焊接板相連。
[0016]優(yōu)選地，所述內(nèi)電極的材料為金屬鎳，用于微陀螺儀的驅(qū)動、檢測及控制。
[0017]優(yōu)選地，所述種子層的材料為鉻、銅，用于電鍍金屬引線、圓形焊線盤、外電極金屬連接柱及內(nèi)電極。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀的制備方法，包括如下步驟:
[0019]第一步、對單晶硅基底進行清洗、涂膠、光刻、顯影、硼離子注入、濺射、去膠工藝，以在單晶硅基底上得到硼離子摻雜硅材料的外電極以及鉻、銅材料的外電極金屬焊接板；
[0020]第二步、在第一步的基礎(chǔ)上進行涂膠、光刻、顯影、硅的各向同性刻蝕、去膠，以在單晶硅基底上得到半球形凹槽；
[0021]第三步、在第二步的基礎(chǔ)上沉積二氧化硅，為制作微型半球諧振子及微小電極間隙提供犧牲層；
[0022]第四步、在第三步的基礎(chǔ)上沉積摻雜金剛石或摻雜多晶硅，并進行化學(xué)機械拋光，以制作微型半球諧振子；
[0023]第五步、在第四步的基礎(chǔ)上利用BOE溶液刻蝕二氧化硅犧牲層并控制刻蝕時間，以釋放微型半球諧振子，將殘余部分作為中心固定支撐柱；
[0024]第六步、在玻璃基底上濺射鉻、銅種子層，為后續(xù)電鍍金屬引線、圓形焊線盤、外電極金屬連接柱、內(nèi)電極做準備；
[0025]第七步、在第六步的基礎(chǔ)上涂膠、光刻、顯影、電鍍鎳、去膠，以制作金屬引線及圓形焊線盤；
[0026]第八步、在第七步的基礎(chǔ)上涂膠、光亥IJ、顯影、電鍍鎳、電鍍鉛錫、去膠，以制作外電極金屬連接柱；
[0027]第九步、在第八步的基礎(chǔ)上涂膠、光刻、顯影、電鍍鎳、去膠，以制作金屬鎳材料的內(nèi)電極；
[0028]第十步、在第九步的基礎(chǔ)上進行離子束刻蝕，以去除不需要的鉻、銅種子層；
[0029]第十一步、在第五步和第十步的基礎(chǔ)上倒置玻璃基底，對準外電極金屬焊接板和外電極金屬連接柱，通過鉛錫焊連接外電極金屬焊接板和外電極金屬連接柱。
[0030]優(yōu)選地，第一步中，在所述單晶硅基底上得到厚度為10 μ m-50 μ m的硼離子摻雜娃材料所述外電極，以及厚度為50nm-300nm的鉻、銅材料所述外電極金屬焊接板。
[0031]優(yōu)選地，第二步中，在所述單晶硅基底上得到半徑為300μπι-700μπι的所述半球形凹槽。
[0032]優(yōu)選地，第三步中，沉積厚度為I μ m-5 μ m的所述二氧化硅犧牲層。
[0033]優(yōu)選地，第四步中，得到厚度為I μ m-5 μ m的所述微型半球諧振子。
[0034]優(yōu)選地，第五步中，得到半徑為15 μ m-35 μ m的所述中心固定支撐柱。
[0035]優(yōu)選地，第六步中，在所述玻璃基底上得到厚度為50nm-300nm的所述鉻、銅種子層。
[0036]優(yōu)選地，第七步中，在所述鉻、銅種子層上電鍍厚度為I μ m-5 μ m的金屬鎳材料所述金屬引線及所述圓形焊線盤。
[0037]優(yōu)選地，第八步中，電鍍厚度為3 μ m-?ο μ m的金屬鎳及厚度為2 μ m-10 μ m的金屬鉛錫，以制作厚度為5 μ m-20 μ m的所述外電極金屬連接柱。
[0038]優(yōu)選地，第九步中，制作高度為20 μ m-70 μ m的金屬鎳材料所述內(nèi)電極。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0040](I)所述微陀螺儀是結(jié)合MEMS體硅加工工藝和表面硅加工工藝進行制作的，是一種新穎的加工工藝；
[0041](2)所述微陀螺儀可提供不同的驅(qū)動、檢測方式及不同的工作模式，在不減小電極面積的情況下，增加了電極數(shù)量，可使所述微陀螺儀工作在需要復(fù)雜控制的系統(tǒng)中；
[0042](3)所述微陀螺儀可利用內(nèi)電極和外電極分別進行驅(qū)動和檢測，減小驅(qū)動電極和檢測電極之間的寄生電容，提高檢測精度；
[0043](4)所述微陀螺儀為內(nèi)電極和外電極提供了金屬引線及圓形焊線盤，便于信號施加和信號提取。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0045]圖1 (a)-圖1 (k)為本發(fā)明一較優(yōu)實施例的制備流程圖；
[0046]圖2(a)-圖2(c)為本發(fā)明一較優(yōu)實施例的三維結(jié)構(gòu)圖；
[0047]圖3(a)-圖3(b)為本發(fā)明另一實施例的三維結(jié)構(gòu)圖；
[0048]圖中:1為單晶娃基底,2為中心固定支撐柱,3為微型半球諧振子,4為外電極,5為外電極金屬焊接板，6為玻璃基底，7為金屬引線，8為圓形焊線盤，9為外電極金屬連接柱，10為內(nèi)電極，11為種子層。

【具體實施方式】
[0049]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0050]實施例1
[0051]如圖2(a)-圖2(c)所示，本實施例提供一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀，包括:
[0052]一個單晶硅基底I ;
[0053]一個中心固定支撐柱2;
[0054]一個微型半球諧振子3 ；
[0055]八個均勻分布式外電極4 ；
[0056]八個外電極金屬焊接板5 ；
[0057]一個玻璃基底6 ；
[0058]十六個金屬引線7;
[0059]十六個圓形焊線盤8;
[0060]八個外電極金屬連接柱9 ；
[0061]八個均勻分布式內(nèi)電極10 ；
[0062]一個種子層11 ；
[0063]其中:所述中心固定支撐柱2的一端與所述單晶硅基底I連接、另一端與所述微型半球諧振子3連接；所述外電極4設(shè)置于所述單晶硅基底I的下表面，并均勻地分布在所述微型半球諧振子3的周圍；所述外電極金屬焊接板5位于所述外電極4的下表面，并與所述外電極金屬連接柱9通過鉛錫焊的方式相連；所述種子層11位于所述玻璃基底6的上表面；所述金屬引線7位于所述種子層11的上表面，且所述金屬引線7的一端與所述圓形焊線盤8連接、另一端與所述外電極金屬連接柱9或所述內(nèi)電極10相連；所述圓形焊線盤8位于所述種子層11的上表面；所述內(nèi)電極10設(shè)置于所述種子層11的上表面，并均勻地分布在所述微型半球諧振子3的內(nèi)腔；所述外電極金屬連接柱9的下表面與所述種子層11相連、上表面與所述外電極金屬焊接板5相連，并均勻地分布在所述內(nèi)電極10的外側(cè)。
[0064]本實施例中，所述單晶硅基底I的材料為高阻硅，高阻硅材料可減小不同外電極4之間的信號干擾。
[0065]本實施例中，所述中心固定支撐柱2的材料為二氧化硅。
[0066]本實施例中，所述微型半球諧振子3的材料為摻雜金剛石或摻雜多晶硅，是微型半球諧振陀螺儀的主要振動體。
[0067]本實施例中，所述外電極4的材料為硼離子摻雜硅，用于微型半球諧振陀螺儀的驅(qū)動、檢測及控制。
[0068]本實施例中，所述外電極金屬焊接板5的材料為鉻、銅。
[0069]本實施例中，所述金屬引線7的材料為金屬鎳，從附圖中可以看出，金屬引線有多個，其中一部分用于所述圓形焊線盤8與所述內(nèi)電極10的連接，另一部分用于所述圓形焊線盤8與所述外電極金屬連接柱9的連接。
[0070]本實施例中，所述圓形焊線盤8的材料為金屬鎳，用于信號施加和信號提取。
[0071]本實施例中，所述外電極金屬連接柱9分為兩層，下層的材料為金屬鎳，位于所述種子層11的上表面；上層的材料為鉛錫，通過鉛錫焊的方式與所述外電極金屬焊接板5相連。
[0072]本實施例中，所述內(nèi)電極10的材料為金屬鎳，用于微型半球諧振陀螺儀的驅(qū)動、檢測及控制。
[0073]本實施例中，所述種子層11的材料為鉻、銅，用于電鍍金屬引線7、圓形焊線盤8、外電極金屬連接柱9及內(nèi)電極10。
[0074]本實施例中，所述微陀螺儀可工作在角速率模式下，在所述外電極金屬連接柱9連接的所述圓形焊線盤8上施加交流驅(qū)動信號，在所述微型半球諧振子3上施加直流偏置信號，所述外電極4通過靜電力使所述微型半球諧振子3工作在所需的驅(qū)動模態(tài)下，驅(qū)動模態(tài)的振動幅值和頻率保持不變；當(dāng)垂直于基體方向存在外加角速度時，檢測模態(tài)的振動幅值會發(fā)生變化，該振動幅值的大小與外加角速度的大小成正比，同時引起部分所述外電極4與所述微型半球體諧振子3之間的電容發(fā)生變化；通過采集這部分所述外電極4上的信號變化可以計算檢測模態(tài)振動幅值的大小，進而計算外加角速度的大小。
[0075]本實施例中，所述微陀螺儀也可以采集所述內(nèi)電極10上的信號變化計算檢測模態(tài)振動幅值的大小，進而計算外加角速度的大小，從而減小所述外電極4之間的寄生電容，提聞檢測精度。
[0076]本實施例中，所述微陀螺儀可以在所述內(nèi)電極10上施加交流驅(qū)動信號，并在所述外電極4或所述內(nèi)電極10上采集檢測信號，提供不同的驅(qū)動、檢測及控制方式。
[0077]本實施例中，所述微陀螺儀可以通過所述內(nèi)電極10上的信號變化判斷所述微陀螺儀的工作狀態(tài)，在非正常工作狀態(tài)下，通過控制算法在部分所述內(nèi)電極10上施加控制信號，可調(diào)節(jié)微陀螺儀的工作狀態(tài)，從而使微陀螺儀正常工作。
[0078]本實施例中，所述微陀螺儀也可工作在力平衡模式和全角度模式下，力平衡模式可直接檢測外加角速度的大小，全角度模式可直接檢測外加旋轉(zhuǎn)角度的大小。
[0079]實施例2
[0080]如圖1 (a)_圖1 (k)所示，本實施例提供一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀的制備方法，包括如下步驟:
[0081]第一步、如圖1(a)所示，對單晶硅基底進行清洗、涂膠、光刻、顯影、硼離子注入、濺射、去膠工藝，以在單晶硅基底I上得到厚度為10 μ m-50 μ m的硼離子摻雜硅材料的外電極4以及厚度為50nm-300nm的鉻、銅材料的外電極金屬焊接板5 ；
[0082]第二步、如圖1(b)所示，在第一步的基礎(chǔ)上進行涂膠、光刻、顯影、硅的各向同性亥IM、去膠，以在單晶硅基底I上得到半徑為300 μ m-700 μ m的半球形凹槽；
[0083]第三步、如圖1 (C)所示，在第二步的基礎(chǔ)上沉積厚度為I μ m-5 μ m的二氧化硅，為制作微型半球諧振子3及微小電極間隙提供犧牲層；
[0084]第四步、如圖1(d)所示，在第三步的基礎(chǔ)上沉積摻雜金剛石或摻雜多晶硅，并進行化學(xué)機械拋光，以制作厚度為I P m-5 μ m的微型半球諧振子3 ；
[0085]第五步、如圖1(e)所示，在第四步的基礎(chǔ)上利用BOE溶液刻蝕二氧化硅犧牲層并控制刻蝕時間，以釋放微型半球諧振子3，將殘余部分作為半徑為15 μ m-35 μ m的中心固定支撐柱2 ；
[0086]第六步、如圖1 (f)所示，在玻璃基底6上濺射厚度為50nm-300nm的鉻、銅種子層11，為后續(xù)電鍍金屬引線7、圓形焊線盤8、外電極金屬連接柱9、內(nèi)電極10做準備；
[0087]第七步、如圖1(g)所示，在第六步的基礎(chǔ)上涂膠、光刻、顯影、電鍍鎳、去膠，以制作厚度為I U m-5 μ m的金屬引線7及圓形焊線盤8 ；
[0088]第八步、如圖1(h)所示，在第七步的基礎(chǔ)上涂膠、光亥Ij、顯影、電鍍厚度為3μπι-10μπι的金屬鎳、電鍍厚度為2μπι-10μπι的金屬鉛錫、去膠，以制作厚度為5 μ m-20 μ m的外電極金屬連接柱9 ；
[0089]第九步、如圖l(i)所示，在第八步的基礎(chǔ)上涂膠、光刻、顯影、電鍍鎳、去膠，以制作高度為20 μ m-70 μ m的金屬鎳材料的內(nèi)電極10。
[0090]第十步、如圖1 (j)所示，在第九步的基礎(chǔ)上進行離子束刻蝕，以去除不需要的鉻、銅種子層11;
[0091]第H^一步、如圖l(k)所示，在第五步和第十步的基礎(chǔ)上倒置玻璃基底6，對準外電極金屬焊接板5和外電極金屬連接柱9，并通過鉛錫焊連接外電極金屬焊接板5和外電極金屬連接柱9。
[0092]本實施例所述的微陀螺儀采用靜電驅(qū)動的方式激勵微型半球諧振子3進行工作，其驅(qū)動模態(tài)和檢測模態(tài)相互匹配。
[0093]實施例3
[0094]與實施例1和實施例2基本相同，所不同的是:
[0095]如圖3(a)、圖3(b)所示，本實施例制備的微陀螺儀:所述的內(nèi)電極10是環(huán)形一體式電極。
[0096]本實施例中，所述微陀螺儀中的所述內(nèi)電極10只能提供單一控制信號，無法施加驅(qū)動信號和提取檢測信號。
[0097]本實施例中，所述微陀螺儀可在所述內(nèi)電極10上施加環(huán)形控制信號，從而使所述微陀螺儀工作在全角度模式下，直接檢測外加旋轉(zhuǎn)角度的大小。
[0098]當(dāng)然在其他實施例中，具體部件的數(shù)目也可以適當(dāng)變化，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是很容易實現(xiàn)的。
[0099]本發(fā)明結(jié)合了 MEMS體硅加工工藝和表面硅加工工藝進行制作，是一種新穎的加工工藝；本發(fā)明中的微陀螺儀可提供不同的驅(qū)動、檢測方式及不同的工作模式，可工作在需要復(fù)雜控制的系統(tǒng)中；本發(fā)明中的微陀螺儀可利用內(nèi)電極和外電極分別進行驅(qū)動和檢測，減小驅(qū)動電極和檢測電極之間的寄生電容，提高檢測精度；本發(fā)明中的微陀螺儀內(nèi)電極和外電極提供了金屬引線及圓形焊線盤，便于信號施加和信號提取。
[0100]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀，其特征在于，包括:單晶硅基底，中心固定支撐柱，微型半球諧振子，外電極，外電極金屬焊接板，玻璃基底，金屬引線，圓形焊線盤，夕卜電極金屬連接柱，內(nèi)電極以及種子層；其中:所述中心固定支撐柱的一端與所述單晶硅基底連接、另一端與所述微型半球諧振子連接；所述外電極設(shè)置于所述單晶硅基底的下表面，并均勻地分布在所述微型半球諧振子的周圍；所述外電極金屬焊接板位于所述外電極的下表面，并與所述外電極金屬連接柱相連；所述種子層位于所述玻璃基底的上表面；所述金屬引線位于所述種子層的上表面，所述金屬引線的一端與所述圓形焊線盤連接、另一端與所述外電極金屬連接柱或所述內(nèi)電極相連；所述圓形焊線盤位于所述種子層的上表面；所述內(nèi)電極設(shè)置于所述種子層的上表面，并位于所述微型半球諧振子的內(nèi)腔；所述外電極金屬連接柱的下表面與所述種子層相連、上表面與所述外電極金屬焊接板相連，并均勻地分布在所述內(nèi)電極的外側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀，其特征在于，所述內(nèi)電極采用八個均勻分布式內(nèi)電極或環(huán)形一體式內(nèi)電極，所述八個均勻分布式內(nèi)電極均勻地分布在所述微型半球諧振子的內(nèi)腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀，其特征在于，所述單晶硅基底的材料為高阻硅，所述中心固定支撐柱的材料為二氧化硅；所述微型半球諧振子的材料為摻雜金剛石或摻雜多晶硅；所述外電極的材料為硼離子摻雜硅，用于微陀螺儀的驅(qū)動、檢測及控制；所述外電極金屬焊接板的材料為鉻、銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀，其特征在于，所述金屬引線的材料為金屬鎳，用于所述圓形焊線盤與所述內(nèi)電極的連接，以及用于所述圓形焊線盤與所述外電極金屬連接柱的連接；所述圓形焊線盤的材料為金屬鎳，用于信號施加和信號提取。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀，其特征在于，所述外電極金屬連接柱分為兩層，下層的材料為金屬鎳，位于所述種子層的上表面；上層的材料為鉛錫，通過鉛錫焊的方式與所述外電極金屬焊接板相連；所述內(nèi)電極的材料為金屬鎳，用于微陀螺儀的驅(qū)動、檢測及控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀，其特征在于，所述種子層的材料為鉻、銅，用于電鍍金屬引線、圓形焊線盤、外電極金屬連接柱及內(nèi)電極。
7.—種根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 第一步、對單晶硅基底進行清洗、涂膠、光刻、顯影、硼離子注入、濺射、去膠工藝，以在單晶硅基底上得到硼離子摻雜硅材料的外電極以及鉻、銅材料的外電極金屬焊接板； 第二步、在第一步的基礎(chǔ)上進行涂膠、光刻、顯影、硅的各向同性刻蝕、去膠，以在單晶硅基底上得到半球形凹槽； 第三步、在第二步的基礎(chǔ)上沉積二氧化硅，為制作微型半球諧振子及微小電極間隙提供犧牲層； 第四步、在第三步的基礎(chǔ)上沉積摻雜金剛石或摻雜多晶硅，并進行化學(xué)機械拋光，以制作微型半球諧振子； 第五步、在第四步的基礎(chǔ)上利用BOE溶液刻蝕二氧化硅犧牲層并控制刻蝕時間，以釋放微型半球諧振子，將殘余部分作為中心固定支撐柱； 第六步、在玻璃基底上濺射鉻、銅種子層，為后續(xù)電鍍金屬引線、圓形焊線盤、外電極金屬連接柱、內(nèi)電極做準備； 第七步、在第六步的基礎(chǔ)上涂膠、光刻、顯影、電鍍鎳、去膠，以制作金屬引線及圓形焊線盤； 第八步、在第七步的基礎(chǔ)上涂膠、光刻、顯影、電鍍鎳、電鍍鉛錫、去膠，以制作外電極金屬連接柱； 第九步、在第八步的基礎(chǔ)上涂膠、光刻、顯影、電鍍鎳、去膠，以制作金屬鎳材料的內(nèi)電極； 第十步、在第九步的基礎(chǔ)上進行離子束刻蝕，以去除不需要的鉻、銅種子層； 第十一步、在第五步和第十步的基礎(chǔ)上倒置玻璃基底，對準外電極金屬焊接板和外電極金屬連接柱，通過鉛錫焊連接外電極金屬焊接板和外電極金屬連接柱。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀的制備方法，其特征在于，第一步中，在所述單晶硅基底上得到厚度為10μ---50μπ?的硼離子摻雜硅材料所述外電極，以及厚度為50nm-300nm的鉻、銅材料所述外電極金屬焊接板；第二步中，在所述單晶硅基底上得到半徑為300μπι-700μπι的所述半球形凹槽；第三步中，沉積厚度為1μ m-5 μ m的所述二氧化硅犧牲層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀的制備方法，其特征在于，第四步中，得到厚度為I μ m-5 μ m的所述微型半球諧振子；第五步中，得到半徑為15μπι-35μπι的所述中心固定支撐柱；第六步中，在所述玻璃基底上得到厚度為50nm-300nm的所述鉻、銅種子層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9任一項所述的一種內(nèi)外雙電極式微型半球諧振陀螺儀的制備方法，其特征在于，第七步中，在所述鉻、銅種子層上電鍍厚度為I μ m-5 μ m的金屬鎳材料作為所述金屬引線及所述圓形焊線盤；第八步中，電鍍厚度為3 μ m-?ο μ m的金屬鎳及厚度為2μ m-10 μ m的金屬鉛錫，以制作厚度為5 μ m-20 μ m的所述外電極金屬連接柱；第九步中，制作高度為20 μ m-70 μ m的金屬鎳材料作為所述內(nèi)電極。
【文檔編號】G01C19/56GK104165623SQ201410389616
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】張衛(wèi)平, 唐健, 劉亞東, 汪濙海, 成宇翔, 孫殿竣, 邢亞亮, 陳文元 申請人:上海交通大學(xué)