[發(fā)明專利]一種雙端音叉角速度傳感器芯片

在審

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• 申請日: 2015-12-08
• 公開（公告）號: CN105424021A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設計）人: 林丙濤;蔣昭興;翁邦英
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十六研究所
• 主分類號: G01C19/5747
• 分類號: G01C19/5747
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

技術領域

本發(fā)明涉及角速度檢測技術，具體涉及一種雙端音叉角速度傳感器芯片，屬于慣性傳感技術領域。

背景技術

角速度傳感器為慣性傳感器的一種，具有軍民兩用性。基于MEMS（微電子機械系統(tǒng)）工藝制作的微機械陀螺具有體積小、成本低、可靠性高和適合大批量生產等獨特優(yōu)勢，特別適合于對精度要求不高但對價格、體積和功耗要求嚴格的領域。硅微機械陀螺和石英微機械陀螺是最為常見也是國際上研究最為熱點的兩類微型陀螺，二者各具特色，在軍民領域并行發(fā)展。

音叉結構是較為常用的一種石英微機械陀螺芯片結構，有單端音叉和雙端音叉兩種，代表公司為日本的NDK（NihonDempaKogyo）和美國的BEI。單端音叉將驅動和檢測結構均制作于同一對梁上面，結構簡單易于微型化，但驅動模態(tài)和檢測模態(tài)的正交耦合較為明顯，且驅動電極和檢測電極的面積較小，靈敏度較低，零位及頻差調節(jié)復雜。雙端音叉石英微機械陀螺將驅動音叉和檢測音叉分開獨立設置，正交耦合小，零位及頻差調節(jié)簡單，且驅動電極和檢測電極的面積大，靈敏度高，多應用于精度要求相對較高的系統(tǒng)。

現(xiàn)有的雙端音叉石英微機械陀螺芯片驅動音叉截面均為矩形結構，電場激勵效率低，限制了芯片靈敏度的提高。為了提高器件的靈敏度，美國BEI公司將批量化生產的STD8芯片結構近似等比例放大后開發(fā)出高靈敏度的625芯片結構，其靈敏度的提高是建立在犧牲體積和成本的基礎上。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明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。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種雙端音叉角速度傳感器芯片，包括驅動梁、檢測梁、中間塊、兩固定塊和兩連接橋，其特征在于：所述驅動梁和檢測梁分別為兩塊，驅動梁、檢測梁的長度方向均沿Y向設置并位于同一平面；兩驅動梁的一端部分別連接于中間塊同一側，兩檢測梁的一端部分別連接于中間塊與驅動梁相對的另一側；其中一驅動梁與其中一檢測梁位于同一直線上，另一驅動梁與另一檢測梁位于同一直線上；兩連接橋的一端連接于中間塊X向兩側，兩連接橋的另一端分別與固定塊連接；

所述驅動梁的正面和背面至少一個面上設有沿長度方向的凹槽，該凹槽的開口方向與驅動梁的振動方向垂直，在凹槽的內壁以及驅動梁的兩側壁分別覆蓋有用于連接激勵電源的電極，兩根驅動梁通過與激勵電源不同極性的連接使之沿X方向作相反振動；

所述檢測梁的側壁覆蓋有平行分開的敏感電極，用于收集Z向平面外振動所引起的檢測梁表面的壓電電荷。

所述連接橋的厚度小于中間塊和固定塊的厚度。

所述凹槽由兩側平行的深凹槽和位于兩個深凹槽之間且與兩個深凹槽連為一體的淺凹槽構成，凹槽上的電極覆蓋兩側深凹槽和淺凹槽。

所述驅動梁、檢測梁、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的石英晶體。

本發(fā)明的有益效果是：與同等尺寸的矩形截面雙端音叉角速度傳感器芯片結構相比，在驅動音叉的正面和背面設置沿長度方向凹槽的雙端音叉角速度傳感器芯片結構，凹槽內壁以及驅動梁兩側壁的激勵電極有效作用間距更小，在同等激勵電壓條件下，音叉內部的電場強度和音叉的激勵振幅更高，相同角速度引起的哥式力更大，芯片靈敏度更高。

附圖說明

圖1是使用本發(fā)明的實施例1的雙端音叉角速度傳感器芯片的結構示意圖。

圖2是圖1的A-A剖視圖.

圖3是圖1的B-B剖視圖。

圖4是圖1的C-C剖視圖。

圖5是使用本發(fā)明的實施例2的雙端音叉角速度傳感器芯片的驅動音叉剖視圖。

圖6是使用本發(fā)明的實施例3的雙端音叉角速度傳感器芯片的驅動音叉剖視圖。

其中：1-雙軸角速度傳感器；2-驅動梁；3-檢測梁；4-中間塊；5-固定塊；6-連接橋；10a～10d-驅動梁激勵電極；11-凹槽，11a-淺凹槽，11b-深凹槽；12a～12d-檢測梁敏感電極。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述；應當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。

實施例1