[發明專利]一種組裝式半球諧振微陀螺儀及其加工工藝

有效

• 申請號: 201610013588.3
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105628013B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 夏敦柱;高海鈺
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C19/5691
• 分類號: G01C19/5691
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張華蒙

1.一種組裝式半球諧振微陀螺儀的加工工藝，其特征在于：該一種組裝式半球諧振微陀螺儀，包括半球殼諧振子、外圍錨點結構、上層玻璃襯底、下層玻璃襯底、電極、圓形凹槽、電極孔、焊盤、金屬電極區和金屬引線；所述的上層玻璃襯底、圍錨點結構和下層玻璃襯底由上而下依次設置，在上層玻璃襯底的底面的中心設有圓形凹槽，外圍錨點結構為中空的框型結構，圓形凹槽和外圍錨點結構的中空區域相連通形成腔體，在該腔體的中心設置半球殼諧振子；在上層玻璃襯底上等間距設置十六個電極，每個電極均分別與相對應的十六個電極孔相連，電極孔設置在上層玻璃襯底中；在下層玻璃襯底上設有對應半球殼諧振子的電極孔；在上層玻璃襯底上的四周等間距設置有焊盤，焊盤為方形且為十六個，焊盤通過金屬引線與相應的上層玻璃襯底中的電極孔相連；在下層玻璃襯底上設有金屬電極區，圓形金屬電極區通過金屬引線與下層玻璃襯底中電極孔相連；所述的半球殼諧振子通過支撐柄鍵合在下層玻璃襯底上；所述對應半球殼諧振子的電極孔與下層玻璃襯底底面的方形金屬焊盤相連；所述的半球殼諧振子的直徑為1200～1500μm，厚度為1～5μm；所述的半球殼諧振子和電極之間的間隙為5～20μm；該組裝式半球諧振微陀螺儀的整體尺寸為3000μm×3000μm×1200μm；包括以下步驟：

1)形成鍵合區、焊盤和信號引線

上層玻璃襯底底面光刻并用濕法刻蝕，形成圓形凹槽，在正面光刻膠并濕法刻蝕，形成電極孔通孔，重新涂膠，光刻并濕法刻蝕，形成焊盤槽和信號引線槽；在下層玻璃襯底正面涂光刻膠、光刻、濕法刻蝕，形成圓形鍵合區和引線槽，在反面涂覆光刻膠、光刻、曝光、顯影，濕法刻蝕，形成電極引線通孔；

在上、下層玻璃基底上光刻膠、光刻、曝光、顯影、濺射金屬鉻和金，形成鍵合區、焊盤和信號引線；

2)形成支撐柄、電極、外圍錨點結構和半球殼諧振子

清洗第一塊硅晶圓片，在硅晶圓片雙面熱生長SiO₂，涂光刻膠、光刻并刻蝕SiO₂，在中心區域刻蝕出圓形開口，使用SF₆等離子體各向同性刻蝕，形成半球型凹槽；在硅片背面涂覆光刻膠、光刻、曝光、顯影，利用ICP工藝刻蝕圓孔，使得中心孔穿透硅片，制作支撐柄；在硅晶圓片上熱生長SiO₂，LPCVD多晶硅，摻雜，退火，去除表面的多晶硅，得到半球殼諧振子；

清洗第二塊硅晶圓片，雙面熱生長SiO₂，在正面涂光刻膠，光刻、曝光、顯影，使用ICP技術刻蝕凹槽，并利用CMP將硅晶圓片減薄到指定的厚度；將第二塊晶硅圓片與上層玻璃基底進行硅-玻璃陽極鍵合；在第二塊晶硅圓片上LPCVD沉積SiO₂，光刻并使用ICP技術刻蝕，直到刻蝕到底部的深槽為止，形成電極和外圍錨點結構；

3)鍵合和封裝

將經過步驟2)加工過的第一塊硅晶圓片與帶有金屬電極和引線的下層玻璃基底進行陽極鍵合，并使用HF刻蝕掉SiO₂，使用同性刻蝕氣體SF6/XeF₂刻蝕，去除光刻膠；使用HF刻蝕SiO₂，釋放結構，將兩個結構層進行陽極鍵合，并進行真空封裝。

2.根據權利要求1所述的一種組裝式半球諧振微陀螺儀的加工工藝，其特征在于：步驟1)中，在圓形凹槽中沉積納米吸氣劑；以保證真空封裝的真空度；中陀螺儀的制作結合了MEMS體硅加工工藝、表面微加工工藝、玻璃刻蝕工藝和硅—玻璃陽極鍵合工藝。