一種雙端音叉角速度傳感器芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及角速度檢測技術(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。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]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(chǎn)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(lǐng)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(lǐng)域并行發(fā)展。
[0004]音叉結(jié)構(gòu)是較為常用的一種石英微機械陀螺芯片結(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)和美國的ΒΕΙ。單端音叉將驅(qū)動和檢測結(jié)構(gòu)均制作于同一對梁上面，結(jié)構(gòu)簡單易于微型化，但驅(qū)動模態(tài)和檢測模態(tài)的正交耦合較為明顯，且驅(qū)動電極和檢測電極的面積較小，靈敏度較低，零位及頻差調(diào)節(jié)復雜。雙端音叉石英微機械陀螺將驅(qū)動音叉和檢測音叉分開獨立設(shè)置，正交耦合小，零位及頻差調(diào)節(jié)簡單，且驅(qū)動電極和檢測電極的面積大，靈敏度高，多應(yīng)用于精度要求相對較高的系統(tǒng)。
[0005]現(xiàn)有的雙端音叉石英微機械陀螺芯片驅(qū)動音叉截面均為矩形結(jié)構(gòu)，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ΒΕΙ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。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)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。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種雙端音叉角速度傳感器芯片，包括驅(qū)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(qū)動梁和檢測梁分別為兩塊，驅(qū)動梁、檢測梁的長度方向均沿Υ向設(shè)置并位于同一平面;兩驅(qū)動梁的一端部分別連接于中間塊同一側(cè)，兩檢測梁的一端部分別連接于中間塊與驅(qū)動梁相對的另一側(cè);其中一驅(qū)動梁與其中一檢測梁位于同一直線上，另一驅(qū)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(cè)，兩連接橋的另一端分別與固定塊連接；
所述驅(qū)動梁的正面和背面至少一個面上設(shè)有沿長度方向的凹槽，該凹槽的開口方向與驅(qū)動梁的振動方向垂直，在凹槽的內(nèi)壁以及驅(qū)動梁的兩側(cè)壁分別覆蓋有用于連接激勵電源的電極，兩根驅(qū)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(cè)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。
[0009]所述連接橋的厚度小于中間塊和固定塊的厚度。
[0010]所述凹槽由兩側(cè)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(gòu)成，凹槽上的電極覆蓋兩側(cè)深凹槽和淺凹槽。
[0011]所述驅(qū)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(yīng)的石英晶體。
[0012]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(jié)構(gòu)相比，在驅(qū)動音叉的正面和背面設(shè)置沿長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)動梁兩側(cè)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(nèi)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。
[0013]
【附圖說明】
[0014]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(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是圖1的A-A剖視圖.圖3是圖1的B-B剖視圖。
[0016]圖4是圖1的C-C剖視圖。
[0017]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(qū)動音叉剖視圖。
[0018]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(qū)動音叉剖視圖。
[0019]其中:1-雙軸角速度傳感器;2-驅(qū)動梁;3-檢測梁;4-中間塊;5-固定塊;6_連接橋；10a?10d-驅(qū)動梁激勵電極；11-凹槽，11a-淺凹槽，lib-深凹槽；12a?12d-檢測梁敏感電極。
[0020]
【具體實施方式】
[0021]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述;應(yīng)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。
[0022]實施例1
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(jié)構(gòu)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。如圖1 -圖4所示:本發(fā)明提供的雙端音叉角速度傳感器芯片1，包括兩驅(qū)動梁2、兩檢測梁3、中間塊4、兩固定塊5和兩連接橋
6。所述驅(qū)動梁2、檢測梁3的長度方向均沿Y向設(shè)置并位于同一平面。兩驅(qū)動梁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))，兩檢測梁3的一端部分別連接于中間塊4與驅(qū)動梁相對的另一側(cè)(即Y向另一側(cè));其中一驅(qū)動梁與其中一檢測梁位于同一直線上，另一驅(qū)動梁與另一檢測梁位于同一直線上。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1中未示出表面電極圖形。
[0023]見圖2，所述驅(qū)動梁2的正面和背面設(shè)有沿長度方向的凹槽11，該凹槽11的開口方向與驅(qū)動梁2的振動方向垂直，在凹槽11的內(nèi)壁以及驅(qū)動梁2的兩側(cè)壁覆蓋有四部分激勵電極10a?10d，通過將激勵電極10a?lOd與外部激勵電源連接使兩個驅(qū)動梁2沿X方向作彎曲反向振動。
[0024]所述檢測梁3的兩側(cè)壁分別覆蓋有平行分開的敏感電極12a?12d，用于收集Z向平面外振動所引起的檢測梁3表面的壓電電荷。
[0025]有Y軸方向角速度輸入時，兩個驅(qū)動梁2產(chǎn)生Z方向哥式力