雙端音叉角速度傳感器芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及角速度檢測(cè)技術(shù)，具體涉及一種雙端音叉角速度傳感器芯片，屬于慣性傳感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]角速度傳感器為慣性傳感器的一種，具有軍民兩用性?；贛EMS(微電子機(jī)械系統(tǒng)）工藝制作的微機(jī)械陀螺具有體積小、成本低、可靠性高和適合大批量生產(chǎn)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，特別適合于對(duì)精度要求不高但對(duì)價(jià)格、體積和功耗要求嚴(yán)格的領(lǐng)域。硅微機(jī)械陀螺和石英微機(jī)械陀螺是最為常見(jiàn)也是國(guó)際上研究最為熱點(diǎn)的兩類微型陀螺，二者各具特色，在軍民領(lǐng)域并行發(fā)展。
[0003]音叉結(jié)構(gòu)是較為常用的一種石英微機(jī)械陀螺芯片結(jié)構(gòu)，有單端音叉和雙端音叉兩種，代表公司為日本的NDK(Nihon Dempa Kogyo)和美國(guó)的BEI。單端音叉將驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)結(jié)構(gòu)均制作于同一對(duì)梁上面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于微型化，但驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)的正交耦合較為明顯，且驅(qū)動(dòng)電極和檢測(cè)電極的面積較小，靈敏度較低，零位及頻差調(diào)節(jié)復(fù)雜。雙端音叉石英微機(jī)械陀螺將驅(qū)動(dòng)音叉和檢測(cè)音叉分開(kāi)獨(dú)立設(shè)置，正交耦合小，零位及頻差調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，且驅(qū)動(dòng)電極和檢測(cè)電極的面積大，靈敏度高，多應(yīng)用于精度要求相對(duì)較高的系統(tǒng)。
[0004]現(xiàn)有的雙端音叉石英微機(jī)械陀螺芯片驅(qū)動(dòng)音叉截面均為矩形結(jié)構(gòu)，電場(chǎng)激勵(lì)效率低，限制了芯片靈敏度的提高。為了提高器件的靈敏度，美國(guó)BEI公司將批量化生產(chǎn)的STD8芯片結(jié)構(gòu)近似等比例放大后開(kāi)發(fā)出高靈敏度的625芯片結(jié)構(gòu)，其靈敏度的提高是建立在犧牲體積和成本的基礎(chǔ)上。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種體積小、靈敏度高且適合批量制作的雙端音叉角速度傳感器芯片。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：
[0007]雙端音叉角速度傳感器芯片，包括驅(qū)動(dòng)梁、檢測(cè)梁、中間塊、兩固定塊和兩連接橋，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)梁和檢測(cè)梁分別為兩塊，驅(qū)動(dòng)梁、檢測(cè)梁的長(zhǎng)度方向均沿Y向設(shè)置并位于同一平面;兩驅(qū)動(dòng)梁的一端部分別連接于中間塊同一側(cè)，兩檢測(cè)梁的一端部分別連接于中間塊與驅(qū)動(dòng)梁相對(duì)的另一側(cè);其中一驅(qū)動(dòng)梁與其中一檢測(cè)梁位于同一直線上，另一驅(qū)動(dòng)梁與另一檢測(cè)梁位于同一直線上;兩連接橋的一端連接于中間塊X向兩側(cè)，兩連接橋的另一端分別與固定塊連接；
[0008]所述驅(qū)動(dòng)梁的正面和背面至少一個(gè)面上設(shè)有沿長(zhǎng)度方向的凹槽，該凹槽的開(kāi)口方向與驅(qū)動(dòng)梁的振動(dòng)方向垂直，在凹槽的內(nèi)壁以及驅(qū)動(dòng)梁的兩側(cè)壁分別覆蓋有用于連接激勵(lì)電源的電極，兩根驅(qū)動(dòng)梁通過(guò)與激勵(lì)電源不同極性的連接使之沿X方向作相反振動(dòng)；
[0009]所述檢測(cè)梁的側(cè)壁覆蓋有平行分開(kāi)的敏感電極，用于收集Z向平面外振動(dòng)所引起的檢測(cè)梁表面的壓電電荷。
[0010]所述連接橋的厚度小于中間塊和固定塊的厚度。
[0011]所述凹槽由兩側(cè)平行的深凹槽和位于兩個(gè)深凹槽之間且與兩個(gè)深凹槽連為一體的淺凹槽構(gòu)成，凹槽上的電極覆蓋兩側(cè)深凹槽和淺凹槽。
[0012]所述驅(qū)動(dòng)梁、檢測(cè)梁、中間塊、固定塊和連接橋在同一塊基材上一體制作而成，該基材為具有壓電效應(yīng)的石英晶體。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:與同等尺寸的矩形截面雙端音叉角速度傳感器芯片結(jié)構(gòu)相比，在驅(qū)動(dòng)音叉的正面和背面設(shè)置沿長(zhǎng)度方向凹槽的雙端音叉角速度傳感器芯片結(jié)構(gòu)，凹槽內(nèi)壁以及驅(qū)動(dòng)梁兩側(cè)壁的激勵(lì)電極有效作用間距更小，在同等激勵(lì)電壓條件下，音叉內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度和音叉的激勵(lì)振幅更高，相同角速度引起的哥式力更大，芯片靈敏度更尚O
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖I是使用本實(shí)用新型的實(shí)施例I的雙端音叉角速度傳感器芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是圖I的A-A剖視圖.
[0016]圖3是圖I的B-B剖視圖。
[0017]圖4是圖I的C-C剖視圖。
[0018]圖5是使用本實(shí)用新型的實(shí)施例2的雙端音叉角速度傳感器芯片的驅(qū)動(dòng)音叉剖視圖。
[0019]圖6是使用本實(shí)用新型的實(shí)施例3的雙端音叉角速度傳感器芯片的驅(qū)動(dòng)音叉剖視圖。
[0020]其中：I-雙軸角速度傳感器;2-驅(qū)動(dòng)梁;3-檢測(cè)梁;4-中間塊;5-固定塊;6_連接橋；IOa?IOd-驅(qū)動(dòng)梁激勵(lì)電極；11-凹槽，I Ia-淺凹槽，I Ib-深凹槽；12a?12d-檢測(cè)梁敏感電極。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述;應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本實(shí)用新型，而不是為了限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0022]實(shí)施例I
[0023]圖I是使用本實(shí)用新型的實(shí)施例I的雙端音叉角速度傳感器芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I的A-A剖視圖；圖3是圖I的B-B剖視圖；圖4是圖I的C-C剖視圖。如圖I -圖4所示:本實(shí)用新型提供的雙端音叉角速度傳感器芯片I，包括兩驅(qū)動(dòng)梁2、兩檢測(cè)梁3、中間塊4、兩固定塊5和兩連接橋6。所述驅(qū)動(dòng)梁2、檢測(cè)梁3的長(zhǎng)度方向均沿Y向設(shè)置并位于同一平面。兩驅(qū)動(dòng)梁2的一端部分別連接于中間塊4同一側(cè)（S卩Y向同一側(cè)），兩檢測(cè)梁3的一端部分別連接于中間塊4與驅(qū)動(dòng)梁相對(duì)的另一側(cè)（S卩Y向另一側(cè)）;其中一驅(qū)動(dòng)梁與其中一檢測(cè)梁位于同一直線上，另一驅(qū)動(dòng)梁與另一檢測(cè)梁位于同一直線上。兩連接橋6的一端連接于中間快4X向兩側(cè)(圖示左右側(cè)），兩連接橋6的另一端分別與固定塊5連接。為突出結(jié)構(gòu)形狀，圖I中未示出表面電極圖形。
[0024]見(jiàn)圖2，所述驅(qū)動(dòng)梁2的正面和背面設(shè)有沿長(zhǎng)度方向的凹槽11，該凹槽11的開(kāi)口方向與驅(qū)動(dòng)梁2的振動(dòng)方向垂直，在凹槽11的內(nèi)壁以及驅(qū)動(dòng)梁2的兩側(cè)壁覆蓋有四部分激勵(lì)電極IOa?10d，通過(guò)將激勵(lì)電極IOa?IOd與外部激勵(lì)電源連接使兩個(gè)驅(qū)動(dòng)梁2沿X方向作彎曲反向振動(dòng)。
[0025]所述檢測(cè)梁3的兩側(cè)壁分別覆蓋有平行分開(kāi)的敏感電極12a?12d，用于收集Z向平面外振動(dòng)所引起的檢測(cè)梁3表面的壓電電荷。
[0026]有Y軸方向角速度輸入時(shí)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)梁2產(chǎn)生Z方向哥式力并激勵(lì)驅(qū)動(dòng)梁2作Z向平