摘要
本论文研究出了我国第一个振动轮式微机械陀螺(MMG)的模型样机。文中重点阐述了微结构设计和制造工艺以及设计与工艺同步改进的过程。 1.按照振动形式分类，推导了目前存在的几种主要的MMG结构的动力学方程和灵敏度公式。经过全面分析和比较后，选择了振动轮式微结构，并依据制造工艺条件，确定了本MMG的总体方案。进一步依据有限元模态仿真结果，进行了结构参数设计并估算了预期的性能指标。此外，提出了驱动回路的锁相环自激振荡方案和检测回路的力平衡反馈控制方案。 2.研究了微结构的制造工艺——体硅溶解薄片法，并分硅片工艺、玻璃片工艺和组合片工艺讨论了整个工艺流程。重点研究了两项工艺专题：高深宽比硅槽的刻蚀和硅——玻璃静电键合。在第一个专题中，探讨了Cl基等离子和F基等离子对硅的刻蚀特性，在代用设备ICP790上探索出了分别用CCl2F2/O2和SF6/O2混和气体刻蚀高深宽比(5：1～7：1)硅槽的技术。在第二个专题中，自建了静电键合台，考察了本系统的温度特性，针对研究结果，改善实验参数，解决了多次流片中出现的键合强度较差和接触电阻较大的问题，并解释了自建系统与正规系统的差异，本键合台与光刻机配合使用，成功地实现了静电键合这一工序。 3.阐述了五次工艺串联的具体过程。对每一次加工和测试的结果进行了深入细致的分析。针对发现的问题，同步改进设计和工艺，最终取得了显著的进展。加工方面有：EDP体硅腐蚀系统的建造和研究、静电键合技术的进一步提高和浓硼深扩散技术的突破。设计方面的改进，除了将掩模版图逐步优化外，紧密结合工艺现状，缩小元件的平面尺寸，找到了设计与工艺的较好切合点，最终研制出了具有一定性能的模型样机。
NETL