基于钎焊的MEMS陀螺真空封装设计与实验研究.pdf

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1、2012年第3l卷第10期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)51基于钎焊的MEMS陀螺真空封装设计与实验研究赵小慧，周斌，陈志勇，张嵘(清华大学精密仪器与机械学系，北京100084)摘要：对于线振动硅微机电系统(MEMS)陀螺，真空封装是减小其振动阻尼、提高振动品质因数，进而提高性能的一种有效的措施。设计了一种基于钎焊的硅MEMS陀螺真空封装方案，该方案因不采用吸气剂，故可实现真空度可控。理论计算表明：该封装形式可以保持1Pa以下的真空度；经过对真空封装后的陀螺实验测试结果表明：设计的陀螺驱动轴品质因数为1500，实际封装后的陀

2、螺驱动轴品质因数为1700，满足真空度设计目标。经过对封装后的陀螺品质因数进行186d的跟踪测试，品质因数基本保持不变，验证了该真空封装方案的可靠性。关键词：微机电系统；陀螺；真空封装；品质因数中图分类号：U666．1文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)10-0051-031lr、Jesl●t~nanc1IeXDeri■ment·aliresearC■n0nVaCUUmpackaging0fMEMSgyroscopebased0nbrazeweldingZHAOXiao-hui，ZHOUBin，CHENZhi—yong，ZHANGRong(DepartmentofP

3、recisionInstrumentsandMechanology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Vacuumpackageisaneffectivemethodtoreducethevibrationdamping，andimprovethequalityfactor，andtoimprovetheperformanceofsiliconMEMSlinearvibratorygyroscopes．Adesignproposalofvacuumpackagingofgyroscopesbasedonbrazeweldi

4、ngisintroduced．Theproposalisexecutedwithoutusinganygetter，SOthecontrollablevacuumdegreecanberealized．Theoreticalcalculationshowsthat，thispackagingcanmaintainvacuumdegreebelow1Pa．ThetestonvacuumpackagedgyroscopeshowsthattheQfactorofgyroscope’Sdrivingmodeis1700，whichmeetsthedesigngoalsof1500．Afte

5、rtestfor186d，thegyro’SQfactorremainsunchanged，whichverifiesthereliabilityofthisvacuumpackagingscheme．Keywords：MEMS；gyroscope；vacuumpackaging；Qfactor0引言本文首先介绍了硅MEMS陀螺真空封装的必要性，然微机电系统(MEMS)陀螺是用来检测载体角速度的传后对于硅MEMS陀螺真空封装的方案设计和工艺流程进感器，相对于传统陀螺而言，它具有小型化、低成本、低功耗行说明，最后对封装后的硅MEMS陀螺进行实验和结果分和适于大批量生产等特点，近几年来，

6、在汽车、移动通信析。产品等领域有着广泛的应用。随着技术的发展，各类产品1硅MEMS陀螺的真空封装对MEMS陀螺性能不断提出更高的要求，尤其是战术级的线振动式硅MEMS陀螺的基本原理如图1所示。工作MEMS陀螺，对测量精度、零偏稳定性、环境适应性等都有时在Y方向施加驱动力，使之产生沿Y方向的振动，该方向较高的要求。称为驱动方向，结构的相应振动模态称为驱动模态。此时MEMS陀螺的封装起到隔离外界环境、提供良好的电检测质量具有速度，当陀螺载体有绕轴的角速度输入气连接和结构保护的作用，是MEMS陀螺制造中的关键技时，根据科氏原理术。真空环境能降低MEMS陀螺工作的空气阻尼，是提高=2．(1)

7、陀螺仪品质因数和输出信号灵敏度最有效的措施之一，国敏感质量将受到沿方向的科氏惯性力作用，从而产内外中高精度硅MEMS陀螺多采用真空封装来提供工作生沿方向的振动，该方向称为检测方向，结构的相应振动所需的真空环境]。模态称为检测模态。检测模态的运动通过运动检测装置转收稿日期：2012-05-03基金项目：国家“十二五”预研基金资助项目(51309010301)52传感器与微系统第31卷尽量避免采用有机材料粘接芯片，以减少封装腔内易吸附气体的部分。在硅MEMS陀