玻璃基环形振动微陀螺谐振子的设计与制造工艺

发布时间：2021-03-04 10:17

　　针对传统单晶硅材料热胀系数不稳定引起的硅基环形振动微陀螺的温度漂移问题,开展了玻璃基环形振动微陀螺谐振子的设计,并提出了一种新型的玻璃基准三维微结构制造工艺,借助微型电子机械系统（MEMS）工艺中成熟的深硅刻蚀、阳极键合、化学机械抛光等通用加工技术,融合玻璃熔融工艺,解决了玻璃基准三维微结构的制造工艺难题,同时保证了高的加工精度,实现了玻璃基环形振动微陀螺谐振子的高精度批量制造。 

【文章来源】：飞控与探测. 2020,3(01)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

MEMS环形谐振微陀螺谐振子结构示意图

利用有限元软件对该结构进行分析，可得固有频率和振型。该环形谐振子结构的第11阶和第1 2阶振动模态为XY平面内两个相同的椭圆挠性基础模态。谐振子的第一基础模态（11阶）可作为驱动模态如图2(a）所示，当Z轴方向有角速度输入时，在科里奥利效应的作用下谐振子的振型发生进动，产生如图2(b）所示模态，谐振子在45°夹角方向上做四波腹振动，即第二基础模态（12阶）可作为陀螺的敏感模态。表1给出了第10阶到第13阶模态的振动频率。该环形谐振结构的第11阶和第12阶振动模态为两个相同的面内椭圆挠性模态，两者谐振频率的差仅为0.23Hz，工作模态的频率匹配性好。与工作模态相邻的其他振动模态均为面外振动，且最小频差为111Hz，因而该设计可有效抵抗模态之间的相互干扰。

本文设计了一种新型的玻璃基准三维微结构制造工艺，基于MEMS工艺中成熟的深硅刻蚀、阳极键合、化学机械抛光等通用加工技术，融合玻璃熔融工艺，解决了玻璃基准三维微结构的制造工艺难题，同时可保证高的加工精度和效率。首先利用标准的MEMS工艺在硅晶圆上加工玻璃环形振动微结构的反向刻蚀槽，然后再利用阳极键合和高温熔融的方式将玻璃材料填满刻蚀槽结构，在玻璃材料均匀填充后将结构外的多余物去除，即可获得目标尺寸的玻璃环形谐振子微结构。具体的工艺流程如图3所示，主要工序包含光刻、刻蚀、阳极键合、玻璃填充、双面化学机械减薄抛光和结构释放六部分，下面详细介绍完整的工艺流程。将硅（1 0 0）晶圆进行清洗处理后，利用匀胶机在硅晶圆表面均匀涂覆一层光刻胶，通过光刻显影技术将刻蚀槽对应的二维图案转移到硅晶圆表面，如图3(a）所示。光刻显影后的掩膜厚度需可耐受后续干法刻蚀工艺对光刻胶的损耗。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3063039