三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪及其加工方法.pdf

本发明公开一种三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪，包括玻璃基底和安装于玻璃基底表面的陀螺结构，玻璃基底上设有信号引线与陀螺结构的电极相连接；陀螺结构包括安装于玻璃基底中心位置的中心锚点、圆环框架、检测框组件和驱动梳齿组件，中心锚点也位于圆环框架的中心位置；圆环框架从内向外依次包括有同心设置的内环、中环和外环，内环安装于中心锚点的外周且内环与中心锚点之间通过若干第一支撑梁固定连接，内环与中环之间连接有若干驱动梳齿组件，中环与外环通过第二支撑梁连接固定，且外环与中环之间设有检测框组件。本发明具有体积小、重量轻、成本低，功耗小以及可靠性高等优点。

权利要求书
1.  一种三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪，包括玻璃基底和安装于 玻璃基底表面的陀螺结构，其特征在于：
所述玻璃基底上设有信号引线与陀螺结构的电极相连接；
所述陀螺结构包括安装于玻璃基底中心位置的中心锚点、圆环框架、检测 框组件和驱动梳齿组件，所述中心锚点也位于圆环框架的中心位置；所述圆环 框架从内向外依次包括有同心设置的内环、中环和外环，内环安装于中心锚点 的外周且内环与中心锚点之间通过若干第一支撑梁固定连接，内环与中环之间 连接有若干驱动梳齿组件，中环与外环通过第二支撑梁连接固定，且外环与中 环之间设有检测框组件；
所述检测框组件包括两个第一检测框、两个第二检测框、两个第三检测框 以及两个第四检测框，该八个扇形检测框两两对称设置，且围绕中心锚点成中心 对称分布。

2.  根据权利要求1所述的三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪，其特 征在于：所述陀螺结构通过键合锚点支撑悬浮设置于玻璃基底上，所述圆形框 架的内环、中环和外环位于同一平面且厚度相等，所述驱动梳齿组件包括驱动 活动梳齿和驱动固定梳齿。

3.  根据权利要求1所述的三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪，其特 征在于：所述第一检测框位于Y轴上检测敏感X方向角速度，第二检测框位于X 轴上检测敏感Y方向角速度，第三检测框位于+45°的轴线上检测驱动，第四检 测框位于-45°的轴线上检测敏感Z方向角速度。

4.  根据权利要求3所述的三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪，其特 征在于：所述第一检测框与第二检测框的结构和尺寸均相同，第三检测框与第 四检测框的尺寸相等，且第一检测框所占弧度范围大于第三检测框的所占弧度 范围；
所述第一检测框包括第一检测外框和设置于第一检测外框内部的第一检测 内框，第一检测外框的两侧通过弹性梁与第二支撑梁固定连接，第一检测内框 的两个弧形框内壁均排列有第一活动检测梳齿，第一检测内框的内部设有键合 于玻璃基底表面的第一固定检测梳齿，第一固定检测梳齿与第一活动检测梳齿 共同构成变面积式电容检测。

5.  根据权利要求1所述的三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪，其特 征在于：所述第三检测框包括若干第三活动检测梳齿和第三固定检测梳齿，第 三活动检测梳齿的两端分别连接于外环和内环，第三固定检测梳齿键合于玻璃 基底表面且与第三活动检测梳齿共同构成变面积式电容检测。

6.  根据权利要求1所述的三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪，其特 征在于：所述第四检测框包括第四检测外框和连接于第四检测外框内部的第四 检测内框，第四检测外框的两端分别连接于外环和中环，第四检测内框内部固 定有第四活动检测梳齿以及键合于玻璃基底表面的第四固定检测梳齿，第四活 动检测梳齿与第四固定检测梳齿构成变间距式电容检测。

7.  根据权利要求1所述的三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪，其特 征在于：所述陀螺结构的材质为硅结构材料。

8.  一种根据权利要求1～7任意一项所述的三轴单片集成全解耦角振动环式 硅陀螺仪的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将硅结构上双面热生长二氧化硅作为第一层掩膜，光刻并RIE刻蚀硅 结构正面的二氧化硅，形成第一层掩膜的图形；
(2)将硅结构正面沉淀LTO作为第二层掩膜，由于热生长二氧化硅已被部 分刻蚀，LTO的面积覆盖了全部的热生长二氧化硅，光刻并RIE刻蚀形成第二 层掩膜的图形；
(3)在硅结构的背面光刻并RIE刻蚀热生长的二氧化硅掩膜层；
(4)DRIE刻蚀背面无二氧化硅掩膜的区域，达到预定的深度后停止；
(5)利用HF去除背面的二氧化硅掩膜层，并将利用硅—玻璃键合工艺将 DRIE刻蚀加工的锚点硅键合在玻璃基底上；
(6)正面进行DRIE刻蚀，高度为总厚度减去步骤(4)中背面刻蚀的深度；
(7)去掉正面的第二层掩膜，将需要高度较小的工字型弹性梁结构，检测 和驱动的固定梳齿结构和深槽暴露出来；
(8)继续进行正面DRIE刻蚀，直到将硅结构上的深槽穿透停止；
(9)最后利用HF去除二氧化硅掩膜层，释放体加工结构。

9.  一种根据权利要求1～7任意一项所述的三轴单片集成全解耦角振动环式 硅陀螺仪的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)使用第一块掩膜板在玻璃基底上光刻，将有信号引线的地方暴露出来；
(2)刻蚀玻璃基底，溅射金属铝作为信号引线，去除光刻胶；
(3)将一块厚度和锚点厚度相同的硅与玻璃基底进行阳极键合，在硅上， 通过使用第二块掩膜板光刻，并利用Bosch工艺，刻蚀出锚点，然后去除光刻胶；
(4)在一块厚度和硅结构层厚度相同的硅的背面利用第三块掩膜板进行光 刻，并利用Bosch工艺刻蚀出凹槽，然后去除光刻胶；
(5)将通过步骤(4)刻蚀的结构层硅的背面与键合在玻璃基底上的锚点直 接键合；
(6)在结构层硅上，利用第四块掩膜板部分遮光进行光刻，并采用Bosch 工艺，刻蚀刻蚀深槽，深度为结构层总厚度减去步骤(4)中刻蚀的凹槽的深度；
(7)利用第四块掩膜板光刻，并采用Bosch工艺直到结构层硅上的深槽完全 刻通停止，释放结构，然后去除光刻胶。

说明书三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪及其加工方法
技术领域
本发明涉及微机电陀螺仪技术，具体涉及一种三轴单片集成全解耦角振动 环式硅陀螺仪及其加工方法。
背景技术
随着对微电子机械系统(MEMS)的深入研究和取得的进展，利用微机电技 术制造而成的硅微陀螺具有体积小，重量轻，成本低，可靠性高，功耗小，可批 量生产等优点以及微型化角速率传感器的需求。在惯性导航领域，硅微机械陀螺 研究现在已受到越来越多的科研院所和高校的重视。
振动环式陀螺具有许多优点，如：极佳的对称性和较高的灵敏度；在理想情 况下，性能不受温度和环境振动的影响等。密歇根大学的M.W.Putty最早研究了 振动环陀螺的检测原理，并采用在绝缘模型上电镀镍的方法制作了一个电容间隙 为7μm，深宽比约为7的陀螺。依据不同的真空度，该谐振器的品质因数介于 2000与10000之间。Farrorkh Ayazi和Khalil Najafi提出了采用多晶硅沉积方法 制作电容式振动环陀螺。该方法采用多晶硅制作谐振子，具有高达20000的品质 因数，电容间隙为1.4μm，深宽比约为40。该陀螺具有很好的性能，但是制作过 程中需要使用多达7块掩模板，工艺非常复杂。
微机械振动陀螺仪在过去的二十多年来受到人们的广泛关注，但到目前为 止，市场上出现的多为单轴和双轴陀螺，只能测量一个或两个方向的角速度，但 在惯性测量系统中，通常需要对三个正交的空间坐标系的旋转轴角速度进行测 量。开发单结构三轴陀螺，已经成为微机械陀螺研发的重要方向，目前已知的典 型单结构三轴陀螺有三个：一是由意大利意法半导体公司研发，它采用双音叉式 设计，驱动和感应均采取线振动；二是由Tsai Nan-Chyuan设计了一种模态解耦 的三轴轮式角振动陀螺，驱动电路采用自动增益控制和锁相环模块。三是由上海 中国科学院上海微系统与信息技术研究所设计的面内四质量块加强敏感弹簧的 新型三轴微机械陀螺仪。上述的三个单结构三轴陀螺仪并没有实现各驱动、检测 方向的完全解耦，因此很难达到较高的性能。
目前大部分三轴微机械陀螺是将多个单轴或双轴陀螺集成在一个芯片上， 它们的敏感轴相互垂直，从而实现测量三个方向的角速度。这种结构只需设计 一个陀螺，结构简单，加工简单，技术成熟，但总体尺寸较大，交叉轴干扰都 比较严重，也存在较大的安装误差和线路干扰，无法满足在三个方向(X轴、Y 轴、Z轴)方向上高精度角速率测试需求。而现有的单结构三轴陀螺仪都没有实 现全解耦，影响硅微机械陀螺的发展和使用。因此，研制单结构三轴解耦陀螺 自然成为惯性领域的研发重点和难点。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种三轴 单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪及其加工方法。
技术方案：本发明的一种三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪，包括 玻璃基底和安装于玻璃基底表面的陀螺结构，
所述玻璃基底上设有信号引线与陀螺结构的电极相连接；
所述陀螺结构包括安装于玻璃基底中心位置的中心锚点、圆环框架、检测 框组件和驱动梳齿组件，所述中心锚点也位于圆环框架的中心位置；所述圆环 框架从内向外依次包括内环、中环和外环，内环安装于中心锚点的外周且内环 与中心锚点之间通过若干第一支撑梁固定连接，内环与中环之间连接有若干驱 动梳齿组件，中环与外环通过第二支撑梁连接固定，且外环与中环之间设有检 测框组件；
所述检测框组件包括两个第一检测框、两个第二检测框、两个第三检测框 以及两个第四检测框，该八个扇形检测框两两对称设置且围绕中心锚点成中心 对称分布。
进一步的，所述陀螺结构通过键合点悬浮设置于玻璃基底上，所述圆形框 架的内环、中环和外环位于同一平面且厚度相等，驱动梳齿组件包括驱动活动 梳齿和驱动固定梳齿。
进一步的，所述第一检测框位于Y轴上检测敏感X方向角速度，第二检测框 位于X轴上检测敏感Y方向角速度，第三检测框位于+45°的轴线上检测驱动，第 四检测框位于-45°的轴线上检测敏感Z方向角速度，同时，该八个检测框通过第 二支撑梁间隔设置于中环与外环之间。
进一步的，所述第一检测框与第二检测框的结构和尺寸均相同，第三检测 框与第四检测框的尺寸相等，且第一检测框的所占弧度范围大于第三检测框的 所占弧度范围(也即第二检测框的尺寸大于第四检测框的尺寸)；
所述第一检测框包括第一检测外框和设置于第一检测外框内部的第一检测 内框(比如可通过口字型折叠梁连接)，第一检测外框的两侧通过弹性梁(例如 工字型弹性梁)与第二支撑梁固定连接，第一检测内框的两个弧形框内壁均排列 有第一活动检测梳齿，第一检测内框的内部设有通过支撑锚点键合于玻璃基底 表面的第一固定检测梳齿，第一固定检测梳齿与第一活动检测梳齿共同构成变 面积式电容检测。
其中，第一检测内框与第一检测外框均呈扇形状,但第一固定检测梳齿和 第一活动检测梳齿的厚度相等(例如均为40μm),上下表面高度不等且错开 15μm，这里选择上表面前者高于后者15μm，则下表面后者高于前者15μm；另 外第一检测内框的两个弧形架外侧连接有锚点的工字型弹性梁，同时在第一固 定检测梳齿下方的玻璃基底上设有信号引线。第二检测框的结构设置与第一检 测框的结构设置相同。
上述工字型弹性梁具有较大的面内水平切向刚度和面外垂直方向刚度，能 够实现第一检测框在面内切向和面外垂直方向的解耦设计。
进一步的，所述第三检测框包括若干第三活动检测梳齿和第三固定检测梳 齿，第三活动检测梳齿的两端分别连接于外环和内环，第三固定检测梳齿通过 支撑锚点键合于玻璃基底表面且与第三活动检测梳齿共同构成变面积式电容检 测。
其中，第三固定检测梳齿下方的玻璃基底上设有信号引线，并且第三固定 检测梳齿和第三活动检测梳齿的厚度和高度均相等(例如均为60μm)，宽度均 相等(例如均为4μm)，且均为弧形状。
进一步的，所述第四检测框包括第四检测外框和连接于第四检测外框内部 的第四检测内框(例如可以通过口字型折叠梁连接)，第四检测外框的两端分别 连接于外环和中环(例如可以通过口字型折叠梁连接)，第四检测内框内部固定 有第四活动检测梳齿以及通过支撑锚点键合于玻璃基底表面的第四固定检测梳 齿，第四活动检测梳齿与第四固定检测梳齿构成变间距式电容检测。
其中，第四固定检测梳齿下方的玻璃基底上设有信号引线。
进一步的，所述陀螺结构的材质为硅结构材料。
本发明还公开了一种三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪的加工方法， 包括以下步骤：
(1)将硅结构上双面热生长二氧化硅作为第一层掩膜，光刻并RIE刻蚀硅 结构正面的二氧化硅，形成第一层掩膜的图形；
(2)将硅结构正面沉淀LTO作为第二层掩膜，由于热生长二氧化硅已被部 分刻蚀，LTO的面积覆盖了全部的热生长二氧化硅，光刻并RIE刻蚀形成第二 层掩膜的图形；
(3)在硅结构的背面光刻并RIE刻蚀热生长的二氧化硅掩膜层；
(4)DRIE刻蚀背面无二氧化硅掩膜的区域，达到预定的深度后停止；
(5)利用HF去除背面的二氧化硅掩膜层，并将利用硅—玻璃键合工艺将 DRIE刻蚀加工的锚点硅键合在玻璃基底上；
(6)正面进行DRIE刻蚀，高度为总厚度减去步骤(4)中背面刻蚀的深度；
(7)去掉正面的第二层掩膜，将需要高度较小的工字型弹性梁结构，检测 和驱动的固定梳齿结构和深槽暴露出来；
(8)继续进行正面DRIE刻蚀，直到将硅结构上的深槽穿透停止；
(9)最后利用HF去除二氧化硅掩膜层，释放体加工结构。
本发明还公开了另一种三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪的加工方 法，包括以下步骤：
(1)使用第一块掩膜板在玻璃基底上光刻，将有信号引线的地方暴露出来；
(2)刻蚀玻璃基底，溅射金属铝作为信号引线，去除光刻胶；
(3)将一块厚度和锚点厚度相同的硅与玻璃基底进行阳极键合，在硅上， 通过使用第二块掩膜板光刻，并利用Bosch工艺，刻蚀出锚点，然后去除光刻胶；
(4)在一块厚度和硅结构层厚度相同的硅的背面利用第三块掩膜板进行光 刻，并利用Bosch工艺刻蚀出凹槽，然后去除光刻胶；
(5)将通过步骤(4)刻蚀的结构层硅的背面与键合在玻璃基底上的锚点直 接键合；
(6)在结构层硅上，利用第四块掩膜板部分遮光进行光刻，并采用采用 Bosch工艺，刻蚀刻蚀深槽，深度为结构层总厚度减去步骤(4)中刻蚀的凹槽 的深度；
(7)利用第四块掩膜板光刻，并采用Bosch工艺直到结构层硅上的深槽完全 刻通停止，释放结构，然后去除光刻胶。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)针对现有单片集成三轴微机械陀螺中将三个相同的单轴微机械陀螺集 成在一个芯片上以及单结构三轴陀螺仪没有实现全解耦的不足，本发明可同时测 量三个方向的角速率的陀螺，且精度高和稳定性好，解耦合；
(2)本发明中的四个检测框能够实现在驱动、驱动检测和三个方向(X轴、 Y轴、Z轴)角速度检测的全解耦，提高了陀螺仪的测量精度，降低了耦合误差；
(3)本发明具有体积小、重量轻、成本低，功耗小以及可靠性高等优点， 并且通过MEMS加工，操作方便灵活。
附图说明
图1为本发明的结构俯视图；
图2为图1中A-A'向的剖视图；
图3为为本发明中第一检测框的内部结构示意图；
图4为本发明中第四检测框的结构示意图；
图5为本发明中第三检测框的结构示意图；
图6为本发明中玻璃基底上的信号引线示意图；
图7为本发明中第一种加工方法的流程图；
图8为本发明中第二种加工方法的流程图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述 实施例。
如图1、图2以及图6所示，本发明的一种三轴单片集成全解耦角振动环式硅 陀螺仪，包括玻璃基底1和安装于玻璃基底1表面的陀螺结构，玻璃基底1上设有 信号引线与陀螺结构的电极相连接；陀螺结构包括安装于玻璃基底1中心位置的 中心锚点2、圆环框架3、检测框组件和驱动梳齿组件，中心锚点2也位于圆环框 架3的中心位置；圆环框架3从内向外依次包括有同心设置的内环31、中环32和 外环33，内环31安装于中心锚点2的外周且内环31与中心锚点2之间通过若干第 一支撑梁8固定连接，内环31与中环32之间连接有若干驱动梳齿组件，中环32与 外环33通过第二支撑梁9连接固定，且外环与中环32之间设有检测框组件；检测 框组件包括两个第一检测框4、两个第二检测框5、两个第三检测框6以及两个第 四检测框7，该八个扇形检测框两两对称设置且围绕中心锚点2成中心对称分 布。
其中，驱动梳齿组件包括驱动活动梳齿和驱动固定梳齿。
本实施例中，陀螺结构通过键合点悬浮设置于玻璃基底1上，圆形框架的内 环31、中环32和外环33位于同一平面且厚度相等，陀螺结构的材质为硅结构材 料。
第一检测框4位于Y轴上检测敏感X方向角速度，第二检测框5位于X轴上检 测敏感Y方向角速度，第三检测框6位于+45°的轴线上检测驱动，第四检测框7 位于-45°的轴线上检测敏感Z方向角速度，且该八个检测框整体均呈扇形状。
第一检测框4与第二检测框5的结构和尺寸均相同，第三检测框6与第四检测 框7的尺寸相等，且第一检测框4的尺寸大于第三检测框6的尺寸；
如图3所示，第一检测框4包括第一检测外框41和设置于第一检测外框41内 部的第一检测内框42(比如可通过口字型折叠梁12连接)，第一检测外框41的两 侧通过弹性梁与第二支撑梁9固定连接，第一检测内框42的两个弧形框内壁均排 列有第一活动检测梳齿43，第一检测内框42的内部设有键合于玻璃基底1表面的 第一固定检测梳齿44，第一固定检测梳齿44与第一活动检测梳齿43共同构成变 面积式电容检测。
其中，第一检测内框42与第一检测外框41均呈扇形状,但第一固定检测梳 齿44和第一活动检测梳齿43的高度不等且错开15μm，这样有利于形成电容差分 角速度；第一检测内框42的两个弧形架外侧连接有锚点的工字型弹性梁11，同 时在第一固定检测梳齿44下方的玻璃基底1上设有信号引线。第二检测框5的结 构设置于第一检测框4的结构设置相同。
上述工字型弹性梁11具有较大的面内水平切向刚度和面外垂直方向刚度， 能够实现第一检测框4在面内切向和面外垂直方向的解耦设计。
如图5所示，第三检测框6包括若干第三活动检测梳齿61和第三固定检测梳 齿62，第三活动检测梳齿61的两端分别连接于外环33和内环31，第三固定检测 梳齿62键合于玻璃基底表面且与第三活动检测梳齿61共同构成变面积式电容检 测。其中，第三固定检测梳齿62下方的玻璃基底1上设有信号引线，并且第三固 定检测梳齿62和第三活动检测梳齿61的高度、宽度均相等，且均为弧形状
如图4所示，第四检测框7包括第四检测外框71和连接于第四检测外框71内 部的第四检测内框72，第四检测外框71的两端分别连接于外环33和中环32，第 四检测内框72内部固定有第四活动检测梳齿73以及键合于玻璃基底1表面的第四 固定检测梳齿74，第四活动检测梳齿73与第四固定检测梳齿74构成变间距式电 容检测。
其中，第四检测内框72两个弧形架外侧的共四个顶点均与带锚点的U型折 叠梁13相连接。
本发明的具体工作原理如下：
本发明中的驱动采用角振动，当在中心锚点2和固定驱动梳齿10上施加带 直流偏置的交流驱动电压后，根据电容式变面积静电力产生原理，这时固定驱动 梳齿10和活动驱动梳齿之间将产生沿切向的交变力，推动活动驱动梳齿绕中心 锚点2做周期性微幅角振动，由于活动驱动梳齿固定在中环32和内环31上，故 中环32和内环31将在驱动活动梳齿的带动下绕中心锚点2做周期性微幅角振 动，该中环32通过支撑梁带动外环33作绕中心锚点2做周期性微幅角振动。
关于驱动检测部分：在两个位于+45°的轴线上的第三检测框6中，由于第三 活动检测梳齿61固定在中环32和外环33之间，当中环32和外环33绕中心锚 点2做周期性微幅角振动时，将带动第三活动检测梳齿61绕中心锚点2做周期 性微幅角振动(平行于纸面的水平方向上)，从而使得第三活动检测梳齿61与其 左右两侧的第三固定检测梳齿62的交叠电容发生变化，通过在第三固定检测梳 齿62的支撑锚点下方设置信号引线即可实现驱动检测功能。如：当第三活动检 测梳齿61沿切向向左振动时，左侧的第三固定检测梳齿62与第三活动检测梳齿 61的交叠电容增大、右侧的第三固定检测梳齿62与第三活动检测梳齿61的交 叠电容减小，因此这种梳齿排列方式在单个检测梳齿上即可实现差动检测，有效 地减小了由于梳齿位置制作误差等非理想因素造成的检测误差。
关于X轴方向角速度检测部分：两个位于Y轴上敏感X方向角速度的第一 检测框4两侧的第二支撑梁9通过工字型弹性梁11与第一检测外框41相连，由 于工字型弹性梁11在水平切向刚度较大，当第二支撑梁9绕中心锚点2做周期 性微幅角振动时会带动第一检测外框41一起振动，而第一检测内框42的两个外 弧段与带有锚点的工字型弹性梁11相连，带有锚点的工字型弹性梁11水平切向 刚度较大，故限制第一检测内框42的面内振动。当X方向具有敏感角速度时， 在哥氏力的作用下位于Y轴上敏感X方向角速度的第一检测内框42将沿着Z 方向一个向上振动，一个向下振动(即垂直于纸面的方向)，同时带动固定在第 一检测内框42上的第一活动检测梳齿43在Z方向做面外运动，从而引起第一 活动检测梳齿43和第一固定检测梳齿44之间的交叠电容的变化，通过在第一固 定检测梳齿44的支撑锚点下方设置信号引线即可实现驱动检测功能。当第一检 测内框42在Z方向做面外运动时，由于连接第一检测外框41和第一检测内框 42的口字型梁在垂直方向上的刚度较小，且连接第一检测外框41与支撑梁的工 字型弹性梁11的垂直刚度较大，这限制了第一检测外框41在垂直方向上的位移 很小，可以忽略，这就使得检测模态和驱动模态的解耦。
本发明中用于Y轴方向角速度检测第二检测框5的原理和第一检测框4的 原理相同，只是第二检测框5位于X轴上，第一检测框4位于Y轴上。
本发明中，在两个位于-45°的轴线上的敏感Z方向角速度的第四检测框7中， 由于第四检测内框72的外弧段的四个顶点各与带锚点的U型折叠梁13相连， 并且连接第四检测外框71与外环33和中环32的口字型折叠梁12的水平切向刚 度较小，故限制了第四检测内框72绕中心锚点2的振动。当Z方向具有敏感角 速度时，在哥氏力的作用下，两个位于-45°的轴线上的敏感Z方向角速度的第四 检测内框72将沿径向做面内往复式振动，带动固定在其内弧段上第四活动检测 梳齿73沿径向做面内往复式振动，从而引起第四活动检测梳齿73和第四固定检 测梳齿74之间的间隙的变化，通过在第四固定检测梳齿74的支撑锚点下方设置 信号引线即可实现驱动检测功能。最后，通过测量第四活动检测梳齿73和第四 固定检测梳齿74之间的电容就能得到Z方向角速度的大小。
本实施例中，所有工字型弹性梁11均采用不等高设置，U型折叠梁13和口 字型折叠梁12均采用等高设置。
本实施例中，外环的外径取值范围8～10mm，可动结构厚度为60um。
如图7所示，上述三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪的第一加工方 法，包括以下步骤：
(1)将硅结构上双面热生长二氧化硅作为第一层掩膜，光刻并RIE刻蚀硅 结构正面的二氧化硅，形成第一层掩膜的图形；
(2)将硅结构正面沉淀LTO作为第二层掩膜，由于热生长二氧化硅已被部 分刻蚀，LTO的面积覆盖了全部的热生长二氧化硅，光刻并RIE刻蚀形成第二 层掩膜的图形；
(3)在硅结构的背面光刻并RIE刻蚀热生长的二氧化硅掩膜层；
(4)DRIE刻蚀背面无二氧化硅掩膜的区域，达到预定的深度后停止；
(5)利用HF去除背面的二氧化硅掩膜层，并将利用硅—玻璃键合工艺将 DRIE刻蚀加工的锚点硅键合在玻璃基底上；
(6)正面进行DRIE刻蚀，高度为总厚度减去步骤(4)中背面刻蚀的深度；
(7)去掉正面的第二层掩膜，将需要高度较小的工字型弹性梁11结构，检 测和驱动的固定梳齿结构和深槽暴露出来；
(8)继续进行正面DRIE刻蚀，直到将硅结构上的深槽穿透停止；
(9)最后利用HF去除二氧化硅掩膜层，释放体加工结构。
如图8所示，上述三轴单片集成全解耦角振动环式硅陀螺仪的第二种加工方 法，包括以下步骤：
(1)使用第一块掩膜板在玻璃基底1上光刻，将有信号引线的地方暴露出 来；
(2)刻蚀玻璃基底1，溅射金属铝作为信号引线，去除光刻胶；
(3)将一块厚度和锚点厚度相同的硅与玻璃基底1进行阳极键合，在硅上， 通过使用第二块掩膜板光刻，并利用Bosch工艺，刻蚀出锚点，然后去除光刻胶；
(4)在一块厚度和硅结构层厚度相同的硅的背面利用第三块掩膜板进行光 刻，并利用Bosch工艺刻蚀出凹槽，然后去除光刻胶；
(5)将通过步骤(4)刻蚀的结构层硅的背面与键合在玻璃基底1上的锚点 直接键合；
(6)在结构层硅上，利用第四块掩膜板部分遮光进行光刻，并采用采用 Bosch工艺，刻蚀刻蚀深槽，深度为结构层总厚度减去步骤(4)中刻蚀的凹槽 的深度；
(7)利用第四块掩膜板光刻，并采用Bosch工艺直到结构层硅上的深槽完全 刻通停止，释放结构，然后去除光刻胶。