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第２５卷第１期Ｖ０１．２５Ｎｏ．１

２００７年３月ＪＩＣＨＥＮＧＤＩＡＮＬＵＴＯＮＧＸＵＮＭａｒ．２Ｏ０７

微机械陀螺仪版图与工艺设计

熊爱武

（中国兵器工业第２１４研究所蚌埠２３３０４２）

摘要体硅ＭＥＭＳ工艺是一种主要的微机电系统加工手段，通过对陀螺结构研究和体硅ＭＥＭＳ

工艺的实验，在陀螺的版图设计和工艺加工方面积累了一些实践经验。对于我们今后开展体硅ＭＥＭＳ

工艺技术研究和陀螺结构设计是一个很好的借鉴。

关键词微机械音叉陀螺微系统体硅工艺

连，使质量块能分别在平面内（Ｘ轴方向）和垂直

引言１

于平面（ｚ轴方向）上运动。

陀螺是用于测量物体旋转速率的传感器。陀音叉式梳状线振动陀螺工作时，在陀螺的两

螺的种类很多，其中微机械陀螺是指在晶体材料个外驱动梳上加上等幅反相交变的驱动电压，外

（主要是硅材料）上集成的包括测量和驱动电路驱动梳指之间的电容中储存的电能量因此随时间

的微型陀螺，它具有体积小、成本低，便于大批量交变，从而产生作用在质量块上的静电力。在这

生产的特点，在工业自动化生产、汽车行业中得到交变静电力的作用下，两块检测质量块沿驱动轴

了广泛应用。（Ｘ）以驱动频率Ｑｎ作相向和相背交替的线振动

（推挽式驱动），此时如果整个陀螺绕输入轴（ｙ）

２音叉式梳状线振动陀螺的工作原理相对于惯性空间以角速度Ｑ转动，由力学分析得

出，两块检测质量块均受到沿敏感轴（ｚ）交变的

音叉式梳状线振动陀螺由以下部分组成：两哥氏（Ｃｏｒｉｏｌｉｓ）力ＦＣ的作用（在Ｑｎ驱动频率时，

个检测质量块、固定框架、支承梁、内部和外部的ＦＣ的频率与驱动频率相同）：

ＦＣ＝２ｍＱ×Ｖ（１）

在哥氏力作用下，检测质量块与基底的敏感

电极之间的电容（敏感电容）发生相应的变化。

通过测量敏感电容的变化，可求出角速度Ｑ。

３版图及结构设计

极版图设计时应考虑到体硅工艺加工的特殊

性，在硅／玻璃键合过程中，硅片是反向倒扣键合

在玻璃片上，需要采用双面光刻技术。因此在制

版过程中，就需要将锚点的光掩模版镜像１８０。。