發(fā)布時間：2021-03-04 10:17

　　針對傳統(tǒng)單晶硅材料熱脹系數(shù)不穩(wěn)定引起的硅基環(huán)形振動微陀螺的溫度漂移問題,開展了玻璃基環(huán)形振動微陀螺諧振子的設(shè)計,并提出了一種新型的玻璃基準三維微結(jié)構(gòu)制造工藝,借助微型電子機械系統(tǒng)（MEMS）工藝中成熟的深硅刻蝕、陽極鍵合、化學(xué)機械拋光等通用加工技術(shù),融合玻璃熔融工藝,解決了玻璃基準三維微結(jié)構(gòu)的制造工藝難題,同時保證了高的加工精度,實現(xiàn)了玻璃基環(huán)形振動微陀螺諧振子的高精度批量制造。 

【文章來源】：飛控與探測. 2020,3(01)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

MEMS環(huán)形諧振微陀螺諧振子結(jié)構(gòu)示意圖

利用有限元軟件對該結(jié)構(gòu)進行分析，可得固有頻率和振型。該環(huán)形諧振子結(jié)構(gòu)的第11階和第1 2階振動模態(tài)為XY平面內(nèi)兩個相同的橢圓撓性基礎(chǔ)模態(tài)。諧振子的第一基礎(chǔ)模態(tài)（11階）可作為驅(qū)動模態(tài)如圖2(a）所示，當Z軸方向有角速度輸入時，在科里奧利效應(yīng)的作用下諧振子的振型發(fā)生進動，產(chǎn)生如圖2(b）所示模態(tài)，諧振子在45°夾角方向上做四波腹振動，即第二基礎(chǔ)模態(tài)（12階）可作為陀螺的敏感模態(tài)。表1給出了第10階到第13階模態(tài)的振動頻率。該環(huán)形諧振結(jié)構(gòu)的第11階和第12階振動模態(tài)為兩個相同的面內(nèi)橢圓撓性模態(tài)，兩者諧振頻率的差僅為0.23Hz，工作模態(tài)的頻率匹配性好。與工作模態(tài)相鄰的其他振動模態(tài)均為面外振動，且最小頻差為111Hz，因而該設(shè)計可有效抵抗模態(tài)之間的相互干擾。

本文設(shè)計了一種新型的玻璃基準三維微結(jié)構(gòu)制造工藝，基于MEMS工藝中成熟的深硅刻蝕、陽極鍵合、化學(xué)機械拋光等通用加工技術(shù)，融合玻璃熔融工藝，解決了玻璃基準三維微結(jié)構(gòu)的制造工藝難題，同時可保證高的加工精度和效率。首先利用標準的MEMS工藝在硅晶圓上加工玻璃環(huán)形振動微結(jié)構(gòu)的反向刻蝕槽，然后再利用陽極鍵合和高溫熔融的方式將玻璃材料填滿刻蝕槽結(jié)構(gòu)，在玻璃材料均勻填充后將結(jié)構(gòu)外的多余物去除，即可獲得目標尺寸的玻璃環(huán)形諧振子微結(jié)構(gòu)。具體的工藝流程如圖3所示，主要工序包含光刻、刻蝕、陽極鍵合、玻璃填充、雙面化學(xué)機械減薄拋光和結(jié)構(gòu)釋放六部分，下面詳細介紹完整的工藝流程。將硅（1 0 0）晶圓進行清洗處理后，利用勻膠機在硅晶圓表面均勻涂覆一層光刻膠，通過光刻顯影技術(shù)將刻蝕槽對應(yīng)的二維圖案轉(zhuǎn)移到硅晶圓表面，如圖3(a）所示。光刻顯影后的掩膜厚度需可耐受后續(xù)干法刻蝕工藝對光刻膠的損耗。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3063039