接板通过所述顶部引线与外界进行电气连通；所述单晶硅基底、所述半球壳式谐振子、所述圆柱形支撑柱、所述导通电极、所述玻璃基底、所述交叉连接线以及所述单晶硅盖板的中心对称轴重入口 O2.根据权利要求1所述的半球形微陀螺封装结构，其特征在于，所述半球壳式谐振子和所述圆柱形支撑柱的材料为掺杂多晶硅或掺杂金刚石；所述半球壳式谐振子通过所述圆柱形支撑柱固定在所述导通电极上。3.根据权利要求1所述的半球形微陀螺封装结构，其特征在于，所述信号电极和所述导通电极的材料为掺杂硅，所述信号电极和所述导通电极分别镶嵌在所述单晶硅基底的顶部和底部；所述信号电极均匀分布在所述半球壳式谐振子的周围，不同信号电极的形状和大小相同，与所述半球壳式谐振子的距离也相同；所述导通电极呈圆柱形结构，其上下两端分别连接所述圆柱形支撑柱和所述交叉连接线，为所述半球壳式谐振子和所述引线焊接板提供电气连通。4.根据权利要求1所述的半球形微陀螺封装结构，其特征在于，所述玻璃基底上设有一圆环形凹槽，该凹槽的内侧壁和外侧壁分别向内倾斜和向外倾斜，倾斜角度相同。5.根据权利要求1所述的半球形微陀螺封装结构，其特征在于，所述交叉连接线的材料为钛、铜，位于所述玻璃基底的上表面；所述交叉连接线的中心为一圆环，与所述导通电极直接电气连接，所述交叉连接线通过四个矩形连接线由圆环向外延伸至所述玻璃基底的四个角上，矩形连接线的外沿与所述引线焊接板相连，每个引线焊接板均有相应的底部引线与之相连；底部信号依次通过所述底部引线、所述引线焊接板、所述交叉连接线、所述导通电极、所述圆柱形支撑柱电气连接至所述半球壳式谐振子。6.根据权利要求1所述的半球形微陀螺封装结构，其特征在于，所述单晶硅盖板位于所述单晶硅基底的正上方，所述单晶硅盖板的底部设有一圆形凹槽，圆形凹槽位于所述半球壳式谐振子的正上方，圆形凹槽的外侧壁位于所述半球壳式谐振子的外侧；所述单晶硅盖板设有八个圆柱形通孔，所述圆柱形通孔由所述单晶硅盖板的顶部贯穿至底部，位于所述信号电极的上方，所述圆柱形通孔的内侧与所述信号电极的外侧相接。7.根据权利要求6所述的半球形微陀螺封装结构，其特征在于，所述单晶硅盖板的圆柱形通孔被所述隔离层、所述种子层、所述导通层填满，由外向里依次为所述隔离层、所述种子层、所述导通层，且这三层的下端均与所述信号电极相接；所述隔离层的材料为二氧化硅，所述种子层的材料为钛、铜，所述导通层的材料为铜。8.根据权利要求1所述的半球形微陀螺封装结构，其特征在于，所述通孔焊接板为圆形，分为上下两层，下层与所述单晶硅盖板相接，上层位于下层的上方；所述通孔焊接板位于所述单晶硅盖板的圆柱形通孔的正上方，每个通孔对应一个所述通孔焊接板，每个通孔焊接板对应一个所述顶部引线；顶部信号依次通过所述顶部引线、所述通孔焊接板、所述导通层电气连接至所述信号电极。9.如权利要求1-8任一项所述的半球形微陀螺封装结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: 第一步、清洗所述单晶硅基底，在单晶硅基底正面生长二氧化硅层并进行图形化，通过硼离子注入工艺制备掺杂电极；生长氮化硅层并进行图形化，通过HNA刻蚀、热磷酸腐蚀在所述单晶硅基底上制备半球形凹槽； 第二步、在第一步的基础上于单晶硅基底正面生长二氧化硅层，在二氧化硅层底部开圆形口，形成带缺口的牺牲层；生长掺杂多晶硅薄膜或掺杂金刚石薄膜，图形化后去除半球形凹槽以外的薄膜材料并暴露出二氧化硅层，形成所述半球壳式谐振子及所述圆柱形支撑柱； 第三步、在第二步的基础上对所述单晶硅基底背面进行图形化处理，通过硼离子掺杂工艺在所述圆柱形支撑柱下方位置制备所述导通电极； 第四步、在第三步的基础上利用BHF溶液对二氧化硅层结构进行腐蚀，从所述单晶硅基底上释放所述半球壳式谐振子，形成所述半球形微陀螺； 第五步、准备玻璃基底并进行图形化，通过湿法腐蚀在所述玻璃基底上表面制作环形凹槽； 第六步、在第五步的基础上于玻璃基底上表面对所述玻璃基底进行图形化，通过溅射钛、铜薄膜制作所述交叉连接线以及所述引线焊接板； 第七步、准备单晶硅盖板，通过图形化处理及深硅刻蚀工艺在所述单晶硅盖板上制作圆形凹槽； 第八步、在第七步的基础上通过图形化及深硅刻蚀工艺制作通孔，在所述单晶硅盖板表面生长二氧化硅层，腐蚀除通孔内壁以外的二氧化硅，形成所述隔离层； 第九步、在第八步的基础上通过溅射工艺在所述隔离层内壁制作所述种子层，通过电镀工艺在所述种子层内壁制作所述导通层； 第十步、在第九步的基础上依次通过溅射、图形化及RIE刻蚀、电镀金属铜工艺在所述单晶硅盖板的圆柱形通孔一端制作所述通孔焊接板； 第十一步、在第六步及第十步的基础上分别在所述引线焊接板及所述通孔焊接板上制作所述底部引线及所述顶部引线，结合第四步制作的半球形微陀螺通过硅-玻璃键合工艺将所述单晶硅基底及所述玻璃基底键合，同时通过硅-硅键合工艺将所述单晶硅基底及所述单晶硅盖板键合，最终形成半球形微陀螺的封装结构。10.根据权利要求9所述的半球形微陀螺封装结构的制备方法，其特征在于，第一步中，在所述单晶硅基底上得到深度为10-50 μm的所述信号电极以及半径为350-650 ym的半球形凹槽。11.根据权利要求9所述的半球形微陀螺封装结构的制备方法，其特征在于，第二步中，在所述单晶硅基底上依次生长厚度为1-10 μ m的二氧化硅层以及厚度为1-10 μ m的掺杂多晶硅薄膜或掺杂金刚石薄膜，所述圆柱形支撑柱的半径为20-50 μπι。12.根据权利要求9所述的半球形微陀螺封装结构的制备方法，其特征在于，第三步中，所述导通电极的半径为50-100 μ m。13.根据权利要求9所述的半球形微陀螺封装结构的制备方法，其特征在于，第六步中，所述钛、铜薄膜的厚度为50-200nm ;第七步中，所述圆形凹槽的半径为430-730 μm。14.根据权利要求9所述的半球形微陀螺封装结构的制备方法，其特征在于，第八步中，所述通孔的半径为10-40 μ m，所述隔离层的厚度为0.5-4 μ m ;第九步中，所述种子层厚度为100-500nm ;第十步中，所述通孔焊接板厚度为2_20 ym。
【专利摘要】本发明提供了一种半球形微陀螺封装结构及其制备方法，包括：单晶硅基底、均匀分布信号电极、半球壳式谐振子、圆柱形支撑柱、导通电极、玻璃基底、交叉连接线、引线焊接板、底部引线、单晶硅盖板、隔离层、种子层、导通层、通孔焊接板、顶部引线。本发明采用背部导通电极和交叉连接线实现半球壳式谐振子的电气连接，避免在半球壳式谐振子上直接焊接导线而引起结构的不对称；将单晶硅盖板覆盖在单晶硅基底上端，可保护半球壳式谐振子及信号电极不被破坏，同时可在单晶硅基底和单晶硅盖板之间形成高真空区域，实现微陀螺的片上密封；将通孔结构和信号电极相连，便于从封装结构外部对微陀螺进行信号施加和信号提取；本发明制作方便，可靠性高。
【IPC分类】G01C19/567, G01C19/5684
【公开号】CN104913773
【申请号】CN201510288003
【发明人】张卫平, 唐健, 刘亚东, 邢亚亮, 孙殿竣, 汪濙海, 陈文元
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月29日