一种枫叶状MEMS环形振动陀螺谐振子结构的制作方法

一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构
技术领域
1.本发明涉及mems振动陀螺技术领域，尤其涉及一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构。


背景技术：

2.mems环形陀螺是一种基于科里奥利效应的角速度传感器，具有体积小、可集成、质量轻、批量化、成本低，功耗小等优点，广泛应用于汽车电子、微型卫星、生物医学、消费品电子等领域，具有极其广泛的应用前景。mems环形陀螺仪属于振动式陀螺仪，环形谐振子面内振型属于二阶振型，具有两种工作模态：驱动模态和检测模态，两种模态的振动频率相同，科氏能量在这两种工作模态之间相互转化。随着现代技术的发展，各领域对小体积、低功耗、高精度的mems环形陀螺的需求变得日益迫切，然而目前现有的mems环形陀螺受加工工艺、结构尺寸等多种因素的限制，普遍存在体积小的陀螺抗冲击性能较好但灵敏度低，而灵敏度达标的陀螺体积硕大且无法有效抵抗外界冲击振动。为此有必要发明一种全新的谐振子结构，以解决现有mems环形振动陀螺环境适应性和高性能难兼容的问题。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构。
4.一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构，包括：
5.基底、环形谐振子、以及电极；
6.所述环形谐振子和所述基底键合，包括：具有空腔的圆环状谐振质量、设于圆环状谐振质量的内腔中心的中心锚点、以及连接中心锚点和圆环状谐振质量之间的若干枫叶状弹性支撑梁结构；
7.所述电极和所述基底键合，包括：驱动电极、检测电极、第一控制电极、第二控制电极、以及接地电极。
8.在其中一个实施例中，枫叶状弹性支撑梁结构围绕中心锚点的质量中心旋转对称分布，每个枫叶状弹性支撑梁结构与中心锚点放射状连接，任意相邻两个枫叶状弹性支撑梁结构的轴线夹角为45度。
9.在其中一个实施例中，枫叶状弹性支撑梁结构包括：第一片状弹性支撑悬梁、第二片状弹性支撑悬梁、第一内弧形弹性支撑悬梁、第二内弧形弹性支撑悬梁、第三片状弹性支撑悬梁和第四片状弹性支撑悬梁；
10.所述第一片状弹性支撑悬梁和所述第二片状弹性支撑悬梁的首端与所述中心锚点的外侧面固定连接，径向轴线相交于所述中心锚点的圆心，所述第一片状弹性支撑悬梁和所述第二片状弹性支撑悬梁的圆心角为45度；所述第一内弧形弹性支撑悬梁的首端与所述第一片状弹性支撑悬梁的尾端固定连接，所述第一内弧形弹性支撑悬梁与所述第一片状弹性支撑悬梁的夹角为95度；所述第二内弧形弹性支撑悬梁的首端与所述第二片状弹性支
撑悬梁的尾端固定连接，所述第二内弧形弹性支撑悬梁与所述第二片状弹性支撑悬梁的夹角为95度；
11.所述第一内弧形弹性支撑悬梁的尾端与所述第三片状弹性支撑悬梁首端固定连接，所述第一内弧形弹性支撑悬梁与所述第三片状弹性支撑悬梁的夹角为150度；所述第二内弧形弹性支撑悬梁的尾端与所述第四片状弹性支撑悬梁首端固定连接，所述第二内弧形弹性支撑悬梁与所述第四片状弹性支撑悬梁的夹角为150度；所述第三片状弹性支撑悬梁和所述第四片状弹性支撑悬梁与所述圆环状谐振质量的内侧面固定连接，中心线与轴线重合。
12.在其中一个实施例中，圆环状谐振质量、所述中心锚点、以及所述枫叶状弹性支撑梁结构由硅片加工形成。
13.在其中一个实施例中，驱动电极和所述检测电极间隔设置于所述圆环状谐振质量外侧；
14.所述第一控制电极设置于所述第一内弧形弹性支撑悬梁和所述第三片状弹性支撑悬梁的外侧；
15.所述第二控制电极设置于所述第二内弧形弹性支撑悬梁和所述第四片状弹性支撑悬梁的外侧；
16.所述接地电极设置于所述第一片状弹性支撑悬梁、所述第二片状弹性支撑悬梁、所述第一内弧形弹性支撑悬梁和所述第二内弧形弹性支撑悬梁围成的空腔内，和所述中心锚点相连。
17.在其中一个实施例中，驱动电极和所述检测电极间隔设置于所述圆环状谐振质量外侧包括：
18.所述驱动电极和检测电极之间设置有第一径向分隔缝。
19.在其中一个实施例中，枫叶状弹性支撑梁结构两两之间设置有第二径向分隔缝；
20.所述第一控制电极和所述第二控制电极之间设置有第三径向分隔缝；
21.所述第一控制电极和所述第二控制电极关于所述第三径向分隔缝沿镜面对称。
22.在其中一个实施例中，接地电极和所述第一控制电极之间设置有第一内弧形分隔缝；
23.所述接地电极和所述第二控制电极之间设置有第二内弧形分隔缝；
24.所述第一控制电极和所述第二控制电极与所述驱动电极和检测电极之间设置有第一外弧形分隔缝。
25.在其中一个实施例中，第一径向分隔缝和所述第二径向分隔缝的轴线重合；
26.所述第三径向分隔缝的宽度大于所述第一径向分隔缝的宽度，所述第一径向分隔缝的宽度大于所述第二径向分隔缝的宽度。
27.相比于现有技术，本发明所述的一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构通过采用内弧形结构，具备了如下优点：其一，全对称的内弧形弹性支撑悬梁有效提高了环形陀螺的结构刚度，使得mems环形振动陀螺谐振子结构的抗冲击能力大幅提高，且内弧形弹性支撑悬梁环形敏感结构部位没有尖锐的直角设计，可以有效避免应力集中，大幅降低残余应力的影响，在相同的几何尺寸下，内弧形的设计可以加大电极的有效面积，提高激励效率；其二，敏感结构的弹性支撑悬梁连接中心锚点与圆环状谐振质量部分均为直梁，且其中心
线与x轴的夹角分别为0
°
、45
°
、90
°
、135
°
、180
°
、225
°
、270
°
、315
°
，与固有模态的振动主轴线重合，可以有效降低阻尼耦合误差与刚度耦合误差对工作模态的影响，提高信噪比与角度感测精度；其三，本发明支撑结构简单，自然对称，工艺实现相对容易，使得其受加工误差的影响小，能有效提升工艺容差，且容易实现传感器机电装置的集成与整机的微型化；其四，发明采用完全对称的一体化敏感结构，梁与梁之间采用等间距紧密型设计，可以保证工艺一致性，工作模态的振动特性参数(谐振质量、阻尼系数、刚度系数、固有频率)一致性好，固有模态自然匹配，灵敏度高。而且由于外部干扰对驱动模态与敏感模态的影响相同，敏感结构抑制环境振动、外部冲击与温度变化等干扰的能力强。因此，本发明大大降低了因工艺误差和环境温度变化引起的漂移和正交误差，从而有效提高了mems环形振动陀螺谐振子结构的抗冲击能力和灵敏度。
附图说明
28.图1为一个实施例中一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构示意图；
29.图2为一个实施例中环形谐振子结构示意图；
30.图3为一个实施例中电极分布示意图；
31.图4a为一个实施例中一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构通过有限元仿真软件计算得到驱动模态特征频率结果示意图；
32.图4b为一个实施例中一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构通过有限元仿真软件计算得到检测模态特征频率结果示意图；
33.图5a为一个实施例中现有的一种环形谐振子结构通过有限元仿真软件计算得到驱动模态特征频率结果示意图；
34.图5b为一个实施例中现有的一种环形谐振子结构通过有限元仿真软件计算得到检测模态特征频率结果示意图；
35.图6为一个实施例中一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构通过有限元仿真软件的热弹性力学仿真计算结果示意图；
36.图7为一个实施例中现有的一种环形谐振子结构通过有限元仿真软件热弹性力学仿真计算结果示意图。
具体实施方式
37.在进行本发明具体实施方式说明之前，先对本发明的整体构思进行如下说明：
38.本发明主要是mems环形陀螺使用过程研发的，目前现有的mems环形陀螺受加工工艺、结构尺寸等多种因素的限制，普遍存在体积小的陀螺抗冲击性能较好但灵敏度低，而灵敏度达标的陀螺体积硕大且无法有效抵抗外界冲击振动。
39.发明人经过分析发现，出现上面的这些问题的主要原因是现有的mems环形陀螺的内部结构限制，将内部结构进行调整就可以避免前述问题了。因此本发明提出了一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构，包括：基底、环形谐振子、以及电极；环形谐振子和所述基底键合，包括具有空腔的圆环状谐振质量、设于圆环状谐振质量的内腔中心的中心锚点、以及连接圆柱形中心锚点和圆环状谐振质量之间的若干枫叶状弹性支撑梁结构，电极和基底键合，包括：驱动电极、检测电极、第一控制电极、第二控制电极、以及接地电极。
40.介绍完本发明的整体构思后，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。
41.需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
42.为了方便理解，下面对本技术实施例中涉及的名词进行解释：
43.mems：微机电系统(mems,micro-electro-mechanical system)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。
44.图1示出了本发明公开实施例中一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构的结构示意图。
45.如图1所示，包括：基底1、环形谐振子2、以及电极3；
46.所述环形谐振子2和所述基底1键合，如图2所示，包括：具有空腔的圆环状谐振质量5、设于圆环状谐振质量5的内腔中心的中心锚点4、以及连接中心锚点4和圆环状谐振质量5之间的若干枫叶状弹性支撑梁结构6；
47.所述电极3和所述基底1键合，包括：驱动电极31、第一控制电极32、第二控制电极33、接地电极34、以及检测电极35。驱动电极31和检测电极35为圆弧形，第一控制电极32和第二控制电极33为弧形。
48.其中，若干枫叶状弹性支撑梁结构6围绕中心锚点4的质量中心旋转对称分布，每个枫叶状弹性支撑梁结构6与中心锚点4放射状连接，任意相邻两个枫叶状弹性支撑梁结构6的轴线夹角为45度。
49.在一些实施例中，中心锚点4为圆柱形，枫叶状弹性支撑梁结构6的数量可以为八个，且八个枫叶状弹性支撑梁结构6围绕圆柱状中心锚点4的质量中心旋转对称排布，每个枫叶状弹性支撑梁结构6与圆柱形中心锚点4呈放射状连接，相邻两个枫叶状弹性支撑梁结构6的轴线夹角为45度。八个枫叶状弹性支撑梁结构6的尺寸大小一致，且八个枫叶状弹性支撑梁结构6的高度均与圆环状谐振质量5的高度相同。圆环状谐振质量5、所述中心锚点4、以及所述枫叶状弹性支撑梁结构6由均采用低阻硅片加工形成。且圆环状谐振质量5、圆柱形中心锚点4、枫叶状弹性支撑梁结构6采用体硅加工工艺制造为一体。
50.在一些实施例中，枫叶状弹性支撑梁结构6包括：第一片状弹性支撑悬梁61、第二片状弹性支撑悬梁62、第一内弧形弹性支撑悬梁63、第二内弧形弹性支撑悬梁64、第三片状弹性支撑悬梁65和第四片状弹性支撑悬梁66；
51.所述第一片状弹性支撑悬梁61和所述第二片状弹性支撑悬梁62的首端与所述中心锚点4的外侧面固定连接，径向轴线相交于所述中心锚点4的圆心，所述第一片状弹性支撑悬梁61和所述第二片状弹性支撑悬梁62的圆心角为45度；所述第一内弧形弹性支撑悬梁63的首端与所述第一片状弹性支撑悬梁61的尾端固定连接，所述第一内弧形弹性支撑悬梁
63与所述第一片状弹性支撑悬梁61的夹角为95度；所述第二内弧形弹性支撑悬梁64的首端与所述第二片状弹性支撑悬梁62的尾端固定连接，所述第二内弧形弹性支撑悬梁64与所述第二片状弹性支撑悬梁62的夹角为95度；
52.所述第一内弧形弹性支撑悬梁63的尾端与所述第三片状弹性支撑悬梁65首端固定连接，所述第一内弧形弹性支撑悬梁63与所述第三片状弹性支撑悬梁65的夹角为150度；所述第二内弧形弹性支撑悬梁64的尾端与所述第四片状弹性支撑悬梁66首端固定连接，所述第二内弧形弹性支撑悬梁64与所述第四片状弹性支撑悬梁66的夹角为150度；所述第三片状弹性支撑悬梁65和所述第四片状弹性支撑悬梁66与所述圆环状谐振质量的内侧面固定连接，中心线与轴线重合。
53.第一内弧形弹性支撑悬梁63和第二内弧形弹性支撑悬梁64的内弧形结构可以有效增强环形陀螺的结构刚度，从而提高mems环形振动陀螺的抗振动冲击的能力，内弧形弹性悬臂梁结构的钝角设计，可以有效避免应力集中，降低残余应力的影响，此外，还能增加第一控制电极32和第二控制电极33的面积，内弧形的结构在不改变陀螺结构尺寸大小的基础上提高了结构刚度，但不会提高热弹性阻尼。
54.驱动电极31和所述检测电极35间隔设置于所述圆环状谐振质量5外侧；
55.所述第一控制电极32设置于所述第一内弧形弹性支撑悬梁63和所述第三片状弹性支撑悬梁65的外侧；
56.所述第二控制电极33设置于所述第二内弧形弹性支撑悬梁64和所述第四片状弹性支撑悬梁66的外侧；
57.所述接地电极34设置于所述第一片状弹性支撑悬梁61、所述第二片状弹性支撑悬梁62、所述第一内弧形弹性支撑悬梁63和所述第二内弧形弹性支撑悬梁64围成的空腔内，和所述中心锚点4连接。
58.在一些实施例中，八个枫叶状弹性支撑梁结构6围绕圆柱形中心锚点4轴线旋转分布，每个枫叶状弹性支撑梁结构6均具有第一控制电极32、第二控制电极33、以及接地电极34，并有多条围绕圆柱形中心锚点4轴线旋转分布的长方形径向分隔缝、内弧形分隔缝、以及外弧形分隔缝。
59.驱动电极31和所述检测电极35间隔设置于所述圆环状谐振质量外侧包括：
60.所述驱动电极31和检测电极35之间设置有第一径向分隔缝。
61.如图3所示，圆环状谐振质量5外侧的八条长方形第一径向分隔缝分隔八个驱动电极31和检测电极35，圆环状谐振质量5外侧的每条长方形第一径向分隔缝的长度和宽度一致，八个圆弧状驱动电极31和检测电极35的大小和面积完全一致。
62.枫叶状弹性支撑梁结构6两两之间设置有第二径向分隔缝；
63.所述第一控制电极32和所述第二控制电极33之间设置有第三径向分隔缝；
64.所述第一控制电极32和所述第二控制电极33关于所述第三径向分隔缝沿镜面对称。
65.所述第一径向分隔缝和所述第二径向分隔缝的轴线重合；
66.所述第三径向分隔缝的宽度大于所述第一径向分隔缝的宽度，所述第一径向分隔缝的宽度大于所述第二径向分隔缝的宽度。
67.所述接地电极34和所述第一控制电极32之间设置有第一内弧形分隔缝；
68.所述接地电极34和所述第二控制电极33之间设置有第二内弧形分隔缝；
69.所述第一控制电极32和所述第二控制电极33与所述驱动电极31和检测电极35之间设置有第一外弧形分隔缝。
70.在一些实施例中，圆环状谐振质量5内侧的八条长方形第二径向分隔缝分隔不同枫叶状弹性支撑梁结构6，圆环状谐振质量5内侧的每条长方形第二径向分隔缝的长度和宽度一致，十六个第一控制电极32、第二控制电极33的大小和面积完全一致，八个接地电极34的大小和面积完全一致，圆环状谐振质量5外侧的八条长方形第一径向分隔缝和圆环状谐振质量5内侧的八条长方形第二径向分隔缝的轴线重合。
71.圆环状谐振质量5内侧的长方形第二径向分隔缝宽度小于圆环状谐振质量5外侧的长方形第一径向分隔缝宽度；圆环状谐振质量5内侧的长方形第二径向分隔缝首端与圆柱形中心锚点4相连，尾端与圆环状谐振质量5内侧连通。圆环状谐振质量5外侧的长方形第一径向分隔缝首端与圆环状谐振质量5外侧相连，尾端贯通圆弧形电极层的外侧面。
72.对任意一个枫叶状弹性支撑梁结构6的第一控制电极32、第二控制电极33、接地电极34，开设有一条第三径向分隔缝、一条第一内弧形分隔缝、一条第二内弧形分隔缝和一条第一外弧形分隔缝；第三径向分隔缝的两端分别与第一内弧形分隔缝、第二内弧形分隔缝和第一外弧形分隔缝连通；第一内弧形分隔缝的两端分别与径向长方形第二径向分隔缝和径向的长方形第三径向分隔缝连通；第二内弧形分隔缝的两端分别与径向长方形第二径向分隔缝和径向的长方形第三径向分隔缝连通，外弧形分隔缝隙两端分别与相邻的两条长方形第二径向分隔缝连通；且第一内弧形分隔缝和第二内弧形分隔缝连通。第三径向分隔缝、第一内弧形分隔缝、第二内弧形分隔缝、以及第一外弧形分隔缝共同将沿镜面对称的第一控制电极32和第二控制电极33以及与圆柱形中心锚点相连的接地电极34分隔开。
73.工作时，圆柱中心锚点4的下端面与mems环形振动陀螺的基底1键合。电极3分为内电极组(第一控制电极32和第二控制电极33)和外电极组(驱动电极31和检测电极35)。圆环状谐振质量5的内侧面设有十六个弧度角为20度的内电极组，相邻两个内电极组由第三片状弹性支撑悬梁65和第四片状弹性支撑悬梁66隔开。八个中心角为40度的圆弧形外电极组位于圆环状谐振质量5的外侧面，相邻两个外电极组的圆心轴线夹角为45度。十六个内电极组和八个外电极组与mems环形振动陀螺的硅基底1键合，且八个外电极组的位置与八个枫叶状弹性支撑梁结构6的位置一一对应。且四个驱动电极31和四个检测电极35交错间隔排列。
74.在相同实验条件下，对本发明一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构和现有的一种环形谐振子结构的刚度和热弹性阻尼进行仿真。
75.本发明一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构通过有限元仿真软件仿真计算得到等效质量和特征频率，结果如图4a和图4b所示，根据公式k＝mω2，由此可得k＝308n/m
76.现有的一种环形谐振子结构通过有限元仿真软件仿真计算得到等效质量和特征频率，结果如图5a和图5b所示，根据公式k＝mω2，由此可得k＝206n/m
77.结果对比如表1所示。
78.名称枫叶状其他等效刚度k(n/m)308206
79.表1本发明结构等效刚度和现有结构等效刚度对比表
80.由表1可以看出，在相同实验条件下，本发明枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构仿真计算得到的等效刚度比现有的其他环形谐振子结构仿真得到的等效刚度大。
81.本发明一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构通过有限元仿真软件的热弹性力学仿真计算得到品质因数q＝251760，结果如图6所示。
82.现有的一种环形谐振子结构通过有限元仿真软件热弹性力学仿真计算得到品质因数q＝151901，结果如图7所示。
83.结果对比如表2所示。
84.名称枫叶状其他品质因数251760151901
85.表2本发明结构等效刚度和现有结构品质因数对比表
86.品质因数是谐振系统中的一个重要参数指标。品质因数q越大，表示谐振系统的阻尼越小，共振峰越高，检测的信号越强，灵敏度也越好。它也反应了系统的窄带滤波性能，在谐振电路中，q值越大，选择性越好。高品质因子谐振环在谐振频率处的频谱中峰值更尖锐，因此选择可实现较高保真度的特定频率。对于许多谐振模式，可实现的品质因子的极限由热弹性阻尼决定。
87.由表2可知，在相同实验条件下，本发明枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构仿真计算得到的q其他环形谐振子结构仿真得到的q大，即热弹性阻尼小。
88.本发明所述的一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构通过采用内弧形结构，具备了如下优点：其一，全对称的内弧形弹性支撑悬梁有效提高了环形陀螺的结构刚度，使得mems环形振动陀螺谐振子结构的抗冲击能力大幅提高，且内弧形弹性支撑悬梁环形敏感结构部位没有尖锐的直角设计，可以有效避免应力集中，大幅降低残余应力的影响，在相同的几何尺寸下，内弧形的设计可以加大电极的有效面积，提高激励效率；其二，敏感结构的弹性支撑悬梁连接中心锚点与圆环状谐振质量部分均为直梁，且其中心线与x轴的夹角分别为0
°
、45
°
、90
°
、135
°
、180
°
、225
°
、270
°
、315
°
，与固有模态的振动主轴线重合，可以有效降低阻尼耦合误差与刚度耦合误差对工作模态的影响，提高信噪比与角度感测精度；其三，本发明支撑结构简单，自然对称，工艺实现相对容易，使得其受加工误差的影响小，能有效提升工艺容差，且容易实现传感器机电装置的集成与整机的微型化；其四，发明采用完全对称的一体化敏感结构，梁与梁之间采用等间距紧密型设计，可以保证工艺一致性，工作模态的振动特性参数(谐振质量、阻尼系数、刚度系数、固有频率)一致性好，固有模态自然匹配，灵敏度高。而且由于外部干扰对驱动模态与敏感模态的影响相同，敏感结构抑制环境振动、外部冲击与温度变化等干扰的能力强。因此，本发明大大降低了因工艺误差和环境温度变化引起的漂移和正交误差，从而有效提高了mems环形振动陀螺谐振子结构的抗冲击能力和灵敏度。
89.本发明结构设计合理，构思精妙，可以有效解决现有mems环形振动陀螺环境适应性和高性能难兼容的问题，适用于汽车电子、微型卫星、生物医学、消费品电子等领域。
90.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
91.本发明实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构，其特征在于，包括：基底、环形谐振子、以及电极；所述环形谐振子和所述基底键合，包括：具有空腔的圆环状谐振质量、设于圆环状谐振质量的内腔中心的中心锚点、以及连接中心锚点和圆环状谐振质量之间的若干枫叶状弹性支撑梁结构；所述电极和所述基底键合，包括：驱动电极、检测电极、第一控制电极、第二控制电极、以及接地电极。2.根据权利要求1所述一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构，其特征在于，所述枫叶状弹性支撑梁结构围绕中心锚点的质量中心旋转对称分布，每个枫叶状弹性支撑梁结构与中心锚点放射状连接，任意相邻两个枫叶状弹性支撑梁结构的轴线夹角为45度。3.根据权利要求1所述一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构，其特征在于，所述枫叶状弹性支撑梁结构包括：第一片状弹性支撑悬梁、第二片状弹性支撑悬梁、第一内弧形弹性支撑悬梁、第二内弧形弹性支撑悬梁、第三片状弹性支撑悬梁和第四片状弹性支撑悬梁；所述第一片状弹性支撑悬梁和所述第二片状弹性支撑悬梁的首端与所述中心锚点的外侧面固定连接，径向轴线相交于所述中心锚点的圆心，所述第一片状弹性支撑悬梁和所述第二片状弹性支撑悬梁的圆心角为45度；所述第一内弧形弹性支撑悬梁的首端与所述第一片状弹性支撑悬梁的尾端固定连接，所述第一内弧形弹性支撑悬梁与所述第一片状弹性支撑悬梁的夹角为95度；所述第二内弧形弹性支撑悬梁的首端与所述第二片状弹性支撑悬梁的尾端固定连接，所述第二内弧形弹性支撑悬梁与所述第二片状弹性支撑悬梁的夹角为95度；所述第一内弧形弹性支撑悬梁的尾端与所述第三片状弹性支撑悬梁首端固定连接，所述第一内弧形弹性支撑悬梁与所述第三片状弹性支撑悬梁的夹角为150度；所述第二内弧形弹性支撑悬梁的尾端与所述第四片状弹性支撑悬梁首端固定连接，所述第二内弧形弹性支撑悬梁与所述第四片状弹性支撑悬梁的夹角为150度；所述第三片状弹性支撑悬梁和所述第四片状弹性支撑悬梁与所述圆环状谐振质量的内侧面固定连接，中心线与轴线重合。4.根据权利要求1所述一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构，其特征在于，所述圆环状谐振质量、所述中心锚点、以及所述枫叶状弹性支撑梁结构由硅片加工形成。5.根据权利要求1所述一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构，其特征在于，所述驱动电极和所述检测电极间隔设置于所述圆环状谐振质量外侧；所述第一控制电极设置于所述第一内弧形弹性支撑悬梁和所述第三片状弹性支撑悬梁的外侧；所述第二控制电极设置于所述第二内弧形弹性支撑悬梁和所述第四片状弹性支撑悬梁的外侧；所述接地电极设置于所述第一片状弹性支撑悬梁、所述第二片状弹性支撑悬梁、所述第一内弧形弹性支撑悬梁和所述第二内弧形弹性支撑悬梁围成的空腔内，和所述中心锚点连接。6.根据权利要求5所述一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构，其特征在于，所述驱动电极和所述检测电极间隔设置于所述圆环状谐振质量外侧包括：所述驱动电极和检测电极之间设置有第一径向分隔缝。
7.根据权利要求5所述一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构，其特征在于，所述枫叶状弹性支撑梁结构两两之间设置有第二径向分隔缝；所述第一控制电极和所述第二控制电极之间设置有第三径向分隔缝；所述第一控制电极和所述第二控制电极关于所述第三径向分隔缝沿镜面对称。8.根据权利要求5所述一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构，其特征在于，所述接地电极和所述第一控制电极之间设置有第一内弧形分隔缝；所述接地电极和所述第二控制电极之间设置有第二内弧形分隔缝；所述第一控制电极和所述第二控制电极与所述驱动电极和检测电极之间设置有第一外弧形分隔缝。9.根据权利要求6-8所述一种枫叶状mems环形振动陀螺谐振子结构，其特征在于，所述第一径向分隔缝和所述第二径向分隔缝的轴线重合；所述第三径向分隔缝的宽度大于所述第一径向分隔缝的宽度，所述第一径向分隔缝的宽度大于所述第二径向分隔缝的宽度。

技术总结
本发明提供一种枫叶状MEMS环形振动陀螺谐振子结构，包括：基底、环形谐振子、以及电极；环形谐振子和基底键合，包括：具有空腔的圆环状谐振质量、设于圆环状谐振质量的内腔中心的中心锚点、以及连接中心锚点和圆环状谐振质量之间的若干枫叶状弹性支撑梁结构；电极和基底键合，包括：驱动电极、检测电极、第一控制电极、第二控制电极、以及接地电极。本发明能避免应力集中，降低残余应力的影响；同时支撑结构简单，自然对称，工艺实现容易，受加工误差的影响小，可以保证工艺一致性，能有效提升工艺容差；悬臂梁内弧形的设计能提升结构刚度，提高谐振子结构的抗冲击性能；内弧形的设计能加大电极的有效面积，提高激励效率，提升谐振子结构的灵敏度。灵敏度。灵敏度。


技术研发人员：张婷婷 林日乐 曹凯聪 王广元 肖凌
受保护的技术使用者：重庆天箭惯性科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/24