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CN105540530B 微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备方法
申请日：2015.12.18
IPC分类号：B81B7/02
公开日：20170315
申请人：东南大学
发明人：尚金堂;罗斌
微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备方法
微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备
传统机械加工的每轴半球谐振陀螺成本高达5万—10万美元，且受限于熔融石英谐振子的传统精密加工技术及设备，制造直径1cm量级以下的半球谐振陀螺变得十分困难。
提供一种微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备方法，采用热发泡法圆片级制备尺寸小于1cm量级的微半球谐振子，同时利用热回流法制备嵌入玻璃式硅非平面电极，用于驱动半球谐振子，构成微半球谐振陀螺。
批量制备高对称性半球谐振子，同时解决电极对准问题。
申请号：CN201510963681.6
公开（公告）号：CN105540530B
申请日：2015.12.18
公开（公告）日：20170315
优先权：
同族：中国
同族引用文献：7
同族施引专利：16
申请人：东南大学
申请人地址：211189 江苏省南京市江宁区东南大学路2号
权利人：东南大学
权利人地址：211189 江苏省南京市江宁区东南大学路2号
发明人：尚金堂;罗斌
代理机构：南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：陈国强
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1.一种微玻璃半球谐振陀螺，其特征在于：包括：
复合结构基底；
玻璃半球谐振子；
嵌入复合结构基底的硅非平面电极；
封装玻璃壳盖；
其中，所述玻璃半球谐振子由半球壳和位于半球壳内部中心的自对准柱子组成，半球壳的内表面和自对准柱子的表面涂有一层金属导电层，通过另一层金属层与硅引出通道连接引出；所述复合结构基底嵌入有硅非平面电极，嵌入复合结构基底的硅非平面电极的电极数量是四的倍数，其中包含驱动电极和检测电极；所述硅引出通道和硅非平面电极在复合结构基底背面通过金属引线引出；所述封装玻璃壳盖与复合结构基底通过直接键合的方式真空封装。
4.一种微玻璃半球谐振陀螺的圆片级制备方法，其特征在于：其步骤如下：(1)通过热发泡工艺圆片级制备微玻璃半球谐振子，包括以下步骤：
步骤一，通过干法刻蚀高掺杂硅圆片形成硅模具圆片，使硅模具圆片内形成内含硅圆柱的圆柱形空腔，将发泡剂加入圆柱形空腔中；
步骤二，在上述干法刻蚀硅圆片形成硅模具圆片上表面以及所述圆柱形空腔中的硅圆柱上表面键合上玻璃圆片，形成键合圆片；
步骤三，将上述步骤得到的键合圆片置于高温加热炉中均匀加热，加热温度高于玻璃的软化点，发泡剂在高温下分解，产生气体，圆柱形空腔中的气压急剧增加，熔融玻璃在气压差和表面张力的驱动下形成玻璃半球壳，所述硅圆柱处玻璃形成自对准柱子及柱子空心处，然后快速冷却至室温；
步骤四，将上述步骤得到的带有玻璃半球壳和自对准柱子的键合圆片表面均匀涂层有机物；
步骤五，将上述步骤得到的上表面均匀涂有镶嵌料或石蜡层的带有玻璃半球壳和自对准柱子的键合圆片采用研磨和化学机械抛光，去掉键合圆片平面部分，保留玻璃半球壳和自对准柱子；
步骤六，将上述步骤保留的玻璃半球壳和自对准柱子上均匀涂层金属导电层；
(2)热回流工艺圆片制备玻璃式硅非平面电极，包括以下步骤：
步骤七，通过干法刻蚀高参杂硅圆片形成硅圆片，使硅圆片内包含有内含硅柱的圆柱形空腔，硅柱作为硅非平面电极和硅引出通道；
步骤八，在硅模具圆片上表面以及所述圆柱形空腔中的硅柱上表面在真空条件下键合上玻璃片，形成键合圆片；
步骤九，将上述步骤八得到的键合圆片放置在加热炉中加热，加热温度高于玻璃的软化点温度，并保温，直至熔融玻璃填充满所述圆柱形空腔形成，冷却至常温，形成上部全玻璃结构层、中间嵌入硅非平面电极和硅引出通道的复合结构层、底部全硅衬底结构层的三层结构的回流圆片；
步骤十，将所述回流圆片进行研磨和化学机械抛光，去除上部全玻璃结构层和底部全硅衬底结构层，留下中间嵌入硅非平面电极和硅引出通道的复合结构层；
步骤十一，将所述复合结构层下表面布有金属引线，上表面涂层牺牲层，并在硅引出通道上布有金属层；
(3)组装玻璃半球谐振子和玻璃式硅非平面电极，包括以下步骤：
步骤十二，将步骤(2)得到的布有金属引线和上表面涂层牺牲层、并在硅引出通道上布有金属层的复合结构层与步骤(1)得到的均匀涂层金属导电层的玻璃半球壳和自对准柱子键合，形成整体结构；
步骤十三，去掉上述整体结构中的镶嵌料或石蜡、上表面牺牲层，得到微玻璃半球谐振子陀螺；
(4)真空封装，包括以下步骤：
步骤十四，利用热发泡工艺制备封装玻璃壳盖；
步骤十五，将封装玻璃壳盖与步骤(3)得到的微玻璃半球谐振子陀螺中的复合结构基底进行键合以实现真空封装。