一种振环型MEMS陀螺仪及其制作方法与流程

本发明涉及惯性技术和微机电系统，尤其涉及一种振环型mems陀螺仪及其制作方法。

背景技术：

1、陀螺仪作为一个惯性传感器，其基于科里奥利原理，通过振动元件测量角度或角速度的运动，被称为科里奥利振动陀螺仪。与以往的机械转子陀螺仪相比，它减少了对旋转部件的依赖，简化了结构形状。与mems技术相结合，还具有高数量、低成本、小尺寸、轻质量、低功耗的优点，是陀螺仪小型化的理想选择。另外，mems环形陀螺仪具有对称结构、较高的机械灵敏度、更好的抗冲击性和较低的温度灵敏度。因此，环形陀螺仪被认为是高性能mems陀螺仪的候选对象。

2、目前振环陀螺仪往往采用平行板电容器作为换能器，但是在其工作过程中会存在非线性的电压-作用力，导致输出的信号不稳定。此外，平行板电容器可移动的距离仅为极板间距的三分之一，如果超过这一限度，电压-作用力关系将成指数变化。若增大极板间距则会导致静电力的减弱，这对mems传感器与驱动器的设计很不利。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种振环型mems陀螺仪及其制作方法，以获得线性的电压-作用力的关系。

2、第一方面，本发明提供一种振环型mems陀螺仪，包括：

3、基底以及形成在所述基底上的第一锚点、多个第二锚点、梳齿电容组件以及谐振结构；

4、多个所述第二锚点环绕所述第一锚点，每个所述第二锚点通过所述谐振结构与所述梳齿电容组件的一端连接，所述梳齿电容组件的另一端与所述第一锚点连接，所述梳齿电容组件的梳齿包括交替分布的定齿和动齿，所述梳齿电容组件的齿长方向与所述谐振结构的移动方向一致。

5、与现有技术相比，本发明提供的振环型mems陀螺仪中使用的电容组件为梳齿电容组件，该梳齿电容组件的一端通过谐振结构与每个第二锚点连接，另一端与第一锚点连接，梳齿电容组件的的齿长方向与谐振结构的移动方向一致。基于此，在谐振结构拉伸和压缩的过程中，梳齿电容组件的梳齿之间也会随之产生相对位移，相对位移越大，产生的电容变化越明显，提高了梳齿电容组件的感测灵敏度。相对与平行板电容器来说，梳齿电容组件无需增大梳齿间距就可以产生较大的相对位移，且可以通过改变梳齿之间的交错面积从而达到改变电容量的目的，此外，梳齿电容组件的电容量对梳齿之间产生的横向的相对位移的导数为常数，所以梳齿电容组件的感测线性度好。利用梳齿电容组件进行工作时，可以获得线性的电压-作用力关系。

6、第二方面，本发明提供了一种本发明技术方案提供一种振环型mems陀螺仪的制作方法，包括：

7、提供一第一基板和第二基板；

8、在第一基板上形成键合材料层；

9、在第二基板形成第一锚点、多个定齿和多个第二锚点；

10、将第一基板的键合材料层与第二基板的第一锚点、多个定齿和多个第二锚点进行键合；

11、在键合后的第二基板上形成谐振结构和多个动齿；

12、其中，多个定齿与多个动齿构成梳齿电容组件。

13、与现有技术相比，本发明提供的振环型mems陀螺仪的制作方法的有益效果与第一方面提供的振环型mems陀螺仪的有益效果相同。

技术特征：

1.一种振环型mems陀螺仪，其特征在于，包括：基底以及形成在所述基底上的第一锚点、多个第二锚点、梳齿电容组件以及谐振结构；

2.根据权利要求1所述的振环型mems陀螺仪，其特征在于，所述梳齿电容组件具有多个梳齿结构，多个所述梳齿结构环绕所述第一锚点间隔分布，每个所述梳齿结构中梳齿总数量大于等于2。

3.根据权利要求1所述的振环型mems陀螺仪，其特征在于，每个所述定齿的底部与所述基底连接，每个所述动齿的底部与基底具有间隔。

4.根据权利要求1所述的振环型mems陀螺仪，其特征在于，每个所述动齿的一端与所述谐振结构连接，每个所述定齿的一端与第一锚点连接。

5.根据权利要求3所述的振环型mems陀螺仪，其特征在于，所述定齿的数量为m个，所述动齿的数量为n个，m大于等于1，n大于等于1。

6.根据权利要求2所述的振环型mems陀螺仪，其特征在于，所述多个梳齿结构包括用于在静电力的驱动下进行振动的第一类梳齿结构和用于检测所述mems陀螺仪在旋转时产生的模态变化的第二类梳齿结构。

7.根据权利要求1所述的振环型mems陀螺仪，其特征在于，所述多个第二锚点的底部与所述第一锚点的底部具有键合材料层。

8.一种基于权利要求1~7任一项所述的振环型mems陀螺仪的制作方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的振环型mems陀螺仪的制作方法，其特征在于，所述键合材料层用到的金属材料包括金、铝、钛、硅化铂、硅化钛中的至少一种。

10.根据权利要求8所述的振环型mems陀螺仪的制作方法，其特征在于，所述第二基板的材料为单晶硅和多晶硅中的至少一种。

技术总结
本发明公开一种振环型MEMS陀螺仪及其制作方法，涉及惯性技术和微机电系统技术领域，以解决振环MEMS陀螺仪无法获得线性的电压‑作用力的问题。该MEMS陀螺仪包括基底以及形成在基底上的第一锚点、多个第二锚点、梳齿电容组件以及谐振结构；多个第二锚点环绕第一锚点，每个第二锚点通过谐振结构与梳齿电容组件的一端连接，梳齿电容组件的另一端与第一锚点连接，梳齿电容组件的齿长方向与谐振结构的移动方向一致。本发明提供的振环型MEMS陀螺仪及其制作方法用于获得具有线性的电压‑作用力的MEMS陀螺仪。

技术研发人员：王子栋,孔庆凯,王清坤,辛宏伟
受保护的技术使用者：北京中科海芯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12