[發明專利]環形硅陀螺儀結構及其制作工藝和硅陀螺儀傳感器

有效

• 申請號: 202011001721.6
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112212850B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 龐慰;孫小東;張孟倫
• 申請（專利權）人: 諾思（天津）微系統有限責任公司
• 主分類號: G01C19/5747
• 分類號: G01C19/5747;G01C19/5769
• 代理公司: 北京漢智嘉成知識產權代理有限公司 11682
• 代理人: 姜勁;谷惠敏

1.一種環形硅陀螺儀結構，其特征在于，包括支撐柱、彈性梁、硅環和多個壓電結構；

支撐柱垂直于硅環所在平面，支撐柱的第一端連接于硅環的圓心處，并且支撐柱的外壁通過多個彈性梁與硅環的內側壁連接，其中，硅環的厚度大于其寬度；

硅環周向均勻設有多個安裝位，安裝位的內側壁和/或外側壁設有壓電結構，壓電結構包括沿硅環徑向疊加設置的第一電極層、壓電層和第二電極層，第一電極層與硅環的內側壁或外側壁連接。

2.根據權利要求1所述的環形硅陀螺儀結構，其特征在于，硅環的內側壁或外側壁的周向設有8N個均勻分布的壓電結構，其中，N為自然數。

3.根據權利要求2所述的環形硅陀螺儀結構，其特征在于，硅環的內側壁或外側壁的周向設有8個均勻分布的壓電結構，所述8個均勻分布的壓電結構中，包含第一至第四壓電結構以及其他壓電結構，其中：

第一壓電結構與第二壓電結構的中線位于第一直線，第三壓電結構與第四壓電結構的中線位于第二直線，第一直線與第二直線垂直；

第一壓電結構與第二壓電結構用于驅動硅環振動；

第三壓電結構與第四壓電結構用于檢測硅環振動；

其他壓電結構用于檢測角速度信號。

4.根據權利要求1所述的環形硅陀螺儀結構，其特征在于，支撐柱、彈性梁、硅環的材質為單晶硅；

第一電極層和第二電極層的材質為金、鈦、鋁、鉬中的一種或多種；

壓電層的材質為鋯鈦酸鉛壓電陶瓷、氮化鋁或氧化鋅。

5.根據權利要求1所述的環形硅陀螺儀結構，其特征在于，多個彈性梁以支撐柱為圓心呈發散狀分布，每個彈性梁的端部設有兩個具有間隔的連接腳，彈性梁通過連接腳與硅環的內壁連接；

其中，硅環上位于兩個連接腳之間的位置為安裝位。

6.一種環形硅陀螺儀制作工藝，其特征在于，應用于制作權利要求1至5任一項所述的環形硅陀螺儀結構，包括以下步驟：

將硅片刻蝕成環形陀螺儀所需的硅環，該硅環的厚度大于其寬度；

采用濺射工藝在硅環上制作層疊結構，其中，該層疊結構包括沿硅環徑向疊加設置的第一電極層、壓電層和第二電極層；

保留硅環外側壁和/或內側壁的層疊結構作為環形陀螺儀的壓電結構，其余的層疊結構采用光刻或刻蝕工藝切除。

7.一種硅陀螺儀傳感器，其特征在于，包括封裝外殼和如權利要求1至5中任一項所述的環形硅陀螺儀結構，支撐柱的第二端與封裝外殼固定連接。