CN106123885A - 一种双壳体谐振子及其制备方法 - Google Patents

一种双壳体谐振子及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双壳体谐振子及其制备方法，该双壳体谐振子包括两个相互连接的壳体和两个自对准柱子；其中，所述的两个自对准柱子同轴，并且分别位于两个壳体内；两个壳体的连接处位于壳体与自对准柱子连接处附近，两个壳体的连接处有一空心处；壳体的厚度不均匀，从两个壳体的连接处至壳体底部沿经度方向增大。本发明的壳体谐振子直径尺寸在1mm‑30mm。双壳体谐振子可以采用双壳体工作模式，可以通过适当的处理减小噪声，有利于减小误差，提高器件性能。

Description

一种双壳体谐振子及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种壳体谐振器，具体地涉及一种双壳体谐振子及其制备方法。
背景技术
三维壳体谐振陀螺尤其是半球谐振陀螺，性能优越。这类壳体谐振陀螺的核心是其谐振子，半球谐振陀螺的高性能谐振子常用材料为石英玻璃，玻璃较脆，加工难度大，宏观机械加工加工三维壳体结构工艺复杂，且成本较高，限制了半球谐振陀螺的应用。随着惯性技术的发展，需要发展小体积、低成本的高性能陀螺，但宏观精密机械加工难以加工小体积三维结构，且成本达不到要求。
外界环境干扰振动通常在5Hz-5kHz范围内，壳体谐振子抗冲击能力要求大于20000g甚至50000g。目前基于MEMS工艺制备出的微壳体谐振子大部分为单端柱子型壳体谐振子，这类壳体谐振子的单端柱子根据位置可分为两类：一种在曲面内侧，一种在曲面外侧。外界振动容易对单端柱子型壳体谐振子工作的振动产生干扰，引起误差；双端柱子型壳体谐振子抗干扰能力和冲击能力大于单端柱子型壳体谐振子，但双端柱子型壳体谐振子的制备难度较大。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种双壳体谐振子及其制备方法，制备高对称性双壳体谐振子。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种双壳体谐振子，其特征在于：包括：
两个相互连接的壳体；
两个自对准柱子；
其中，所述的两个自对准柱子同轴，并且分别位于两个壳体内；两个壳体的连接处位于壳体与自对准柱子连接处附近，两个壳体的连接处有一空心处；壳体的厚度不均匀，从两个壳体的连接处至壳体底部沿经度方向增大。
所述双壳体谐振子的结构材料包括玻璃、金属玻璃、氧化物、铁镍合金；所述玻璃包括硼硅酸玻璃、石英玻璃、超低热膨胀系数ULE玻璃和其他具有超低热膨胀系数的玻璃，其中，超低热膨胀系数是指热膨胀系数小于1ppm/℃；所述金属玻璃为由金属成分组成的无定形类玻璃材料，包括Zr44Ti11Cu10Ni10Be25、Pt57.5Cu14.7Ni5.3P22.5和其他非晶合金材料；所述氧化物是单一氧化物或者多种氧化物，包括Al2O3、63HfO2·37TiO2、HfO2·WO3·Ta2O5、Al2O3·TiO2、55Ta2O5·45WO3、37Ta2O5·63WO3和其他单一或多种氧化物；所述铁镍合金为由铁、镍和其他少量成分组成的铁镍合金，包括Invar36(Fe-36Ni)、Super-Invar(Fe-31Ni-5Co)、Fe-33Ni-4.5Co、热膨胀系数极小的低膨胀铁镍合金Carperter Super Invar32-5和其他具有超低热膨胀系数的因瓦合金。
所述两个壳体的大小尺寸相同或不同；壳体直径范围为1-30mm，单个壳体的深宽比范围为0.3-1.2。
所述两个自对准柱子为实心柱，两个自对准柱子之间有一空心处，该空心处与两个壳体的连接处的空心处重合；所述两个壳体连接处的空心处是密封的，里面有气压，气压大小范围为真空到一个大气压。
所述两个自对准柱子为空心柱，每个自对准柱子对称轴处为空心，空心一端与所述两个壳体的连接处的空心处相连，一端与外界相连；两个壳体连接处的空心处不是密封的，沿自对准柱子对称轴处的空心与外界相通。
一种上述的双壳体谐振子的制备方法，其步骤如下：
步骤一，在衬底圆片上形成带柱子的腔室；
步骤二，在一定气压下，将上述步骤得到的衬底圆片与结构圆片通过能够实现密封的方式实现腔室密封形成第一复合圆片，腔室内有一定气压的气体；所述一定气压为超过0.5个大气压；
步骤三，将上述步骤得到的第一复合圆片的结构圆片面上放置带圆柱形腔室的支撑圆片，得到三层圆片结构的第二复合圆片；
步骤四，将另一片第一复合圆片的结构圆片面贴在上述步骤得到的第二复合圆片的支撑圆片面上，形成五层圆片结构的第三复合圆片；
步骤五，将上述步骤得到的第三复合圆片升温至高于结构圆片的软化点或熔点，在支撑圆片的每个圆柱形腔室内形成带有两个相互连接的壳体，形成第四复合圆片；
步骤六，将上述步骤得到的第四复合圆片依次通过刻蚀或减薄、研磨和化学机械抛光的步骤去掉两个衬底圆片、两个结构圆片平面处，得到双壳体谐振子。
进一步的，步骤一中，所述衬底圆片的腔室深度不小于100um；所述刻蚀包括深反应离子刻蚀、湿法刻蚀，刻蚀方式由衬底圆片类型决定；在衬底圆片上形成带柱子的腔室所采用的加工方式为刻蚀、激光钻孔、微电火花加工、微超声加工的一种或刻蚀与其他一种方式相结合的加工方式。进一步的，步骤二中，所述能够实现密封的方式是键合，包括阳极键合、等离子键合和通过一层中间金属层的键合方式。
进一步的，步骤三中，所述支撑圆片的结构材料的软化点或熔点不低于结构圆片的结构材料的软化点或熔点；所述放置为键合或其他具有固定功能的方式；所述放置时第一复合圆片的衬底圆片腔室中的柱子对准支撑圆片的圆柱形腔室的中间。
进一步的，步骤四中，所述将另一片第一复合圆片结构圆片面贴在第二复合圆片的支撑圆片面上时，另一片第一复合圆片的衬底圆片腔室中的柱子对准支撑圆片的圆柱形腔室的中间和第二复合圆片的衬底圆片腔室中的柱子；所述将另一片第一复合圆片结构圆片面贴在第二复合圆片的支撑圆片面后，支撑圆片里的圆柱形腔室密封或与外界相连，支撑圆片里的圆柱形腔室里的气压范围为真空到一个大气压。
本发明的有益效果是：本发明所述方法可用于单个制备双壳体谐振子，也可批量制备双壳体谐振子；这种工艺能够制备直径1-30mm深宽比可调的双壳体谐振子。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
1.本发明采用此工艺利用表面张力制备壳体谐振子，此类工艺制备出的壳体谐振子对称性高，表面粗糙度低，且制备成本大大降低；
2.本发明采用双端柱子型双壳体谐振子方案，谐振子抗环境干扰能力和抗冲击能力大大提高；
3.常规壳体谐振陀螺采用单壳体谐振子敏感，而双壳体谐振子可以采用双壳体工作模式，可以通过适当的处理减小噪声，有利于减小误差，提高器件性能。
附图说明
图1是一种双壳体谐振子的截面图；
图2a-图2d是一种硅基的双壳体谐振子的工艺流程图；
图3a-图3d是一种基于全玻璃的双壳体谐振子的工艺流程图；
图4a-图4b是结构圆片比较薄时高温成型时的两个壳体即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图，这种情况自对准柱子为空心柱；其中，图4a是设计的深宽比较小时的两个壳体即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图；图4b是设计的深宽比较大时的两个壳体即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图；
图5a-图5b是结构圆片比较厚时高温成型时的两个壳体即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图，这种情况自对准柱子为实心柱；其中，图5a是设计的深宽比较小时的两个壳体即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图；图5b是设计的深宽比较大时的两个壳体即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图；图5b对应图1中的双壳体谐振子。
图中，10-第一复合圆片，12-衬底圆片，14-腔室，16-柱子，18-结构圆片，20-第二复合圆片，22-支撑圆片，24-圆柱形腔室，30-另一片第一复合圆片，32-衬底圆片，34-腔室，36-柱子，38-结构圆片，40-第三复合圆片，42-壳体，44-壳体，46-自对准柱子，48-自对准柱子，50-两个壳体的连接处，52-空心处，60-第四复合圆片。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
名词解释：
超低热膨胀系数：热膨胀系数小于1ppm/℃；
壳体深宽比：单个壳体高度与半径的比值。
实施例1
如图1、图4a-b和图5a-b所示，本实例提供的一种双壳体谐振子，包括：
两个相互连接的壳体；
两个自对准柱子；
其中，所述的两个自对准柱子46、48同轴，并且分别位于两个壳体42、44内；所述两个壳体42、44的连接处50位于壳体42、44与自对准柱子46、48连接处附近，两个壳体42、44的连接处50有一空心处52；自对准柱子46、48为空心柱或实心柱；壳体42、44的厚度不均匀，从两个壳体42、44的连接处50至壳体底部沿经度方向增大。
所述双壳体谐振子的结构材料为硼硅酸玻璃。
所述两个相互连接的壳体42、44的大小尺寸相同或不同；所述壳体42、44直径范围为1-30mm，优选直径2-10mm；所述壳体42、44深宽比可调，范围为0.3-1.2，优选值0.8-1.1。
其中，两个同轴自对准柱子46、48可以为实心柱或者空心柱两种形式。
图5a和5b为两个同轴自对准柱子46、48为实心柱的形式，两个自对准柱子46、48之间有一空心处，该空心处与两个壳体的连接处的空心处52重合。所述空心处52是密封的，里面有气压，气压大小范围为真空到一个大气压。
图4a和4b为两个同轴自对准柱子46、48为空心柱的形式，每个自对准柱子46、48对称轴处为空心，空心一端与所述两个壳体的连接处的空心处52相连，另一端与外界相连。所述空心处52不是密封的，沿自对准柱子46、48对称轴处的空心与外界相通。
其中，所述两个壳体42、44连接处50的空心处52大小与壳体42、44的高度相关。
如图2a-d所示，本实例提供的一种硼硅酸玻璃双壳体谐振子的制备方法，其步骤如下：
步骤一，通过干法刻蚀或激光钻孔技术在硅衬底圆片12上形成带柱子16的圆环形腔室14；其中，所述硅衬底圆片12的圆环形腔室14深度不小于100um；
步骤二，在一定气压下，将上述步骤得到的硅衬底圆片12与硼硅酸玻璃结构圆片18通过阳极键合实现圆环形腔室14密封形成第一复合圆片10，圆环形腔室14内有一定气压的气体；其中，所述一定气压的范围为超过0.5个大气压；
步骤三，将上述步骤得到的第一复合圆片10硼硅酸玻璃结构圆片18面上放置带圆柱形腔室24的支撑圆片22，得到三层圆片结构的第二复合圆片20；其中，所述支撑圆片22的结构材料的软化点或熔点不低于硼硅酸玻璃结构圆片18、38的软化点或熔点；所述放置时第一复合圆片10的硅衬底圆片12圆环形腔室14中的柱子16对准支撑圆片22的圆柱形腔室24的中间；
步骤四，将另一片第一复合圆片30硼硅酸玻璃结构圆片38面贴在上述步骤得到的第二复合圆片20的支撑圆片22面上，形成五层圆片结构的第三复合圆片40；
将另一片第一复合圆片30硼硅酸玻璃结构圆片38面贴在第二复合圆片20的支撑圆片22面上时，另一片第一复合圆片30的硅衬底圆片32圆环形腔室34中的柱子36对准支撑圆片22的圆柱形腔室24的中间和第二复合圆片20的硅衬底圆片12圆环形腔室14中的柱子16；所述将另一片第一复合圆片30硼硅酸玻璃结构圆片38面贴在第二复合圆片20的支撑圆片22面后，支撑圆片22里的圆柱形腔室24密封或与外界相连，支撑圆片22里的圆柱形腔室24里的气压范围为真空到一个大气压；所述另一片第一复合圆片30的硅衬底圆片32圆环形腔室34大小不一定与第一复合圆片10的硅衬底圆片12圆环形腔室14大小相同；所述另一片第一复合圆片30的硅衬底圆片32圆环形腔室34中的柱子36尺寸不一定与第一复合圆片10的硅衬底圆片12圆环形腔室14中的柱子16尺寸相同；所述另一片第一复合圆片30的硅衬底圆片32圆环形腔室34中的柱子36与第一复合圆片10的硅衬底圆片12圆环形腔室14中的柱子16同轴；优选方案两个圆环形腔室14、34大小一样，优选方案两个圆环形腔室14、34中的柱子16、36大小一样；
步骤五，将上述步骤得到的第三复合圆片40升温至高于硼硅酸玻璃结构圆片18、38的软化点，在支撑圆片22的每个圆柱形腔室24内形成带有两个相互连接的壳体42、44，形成第四复合圆片60；
步骤六，将上述步骤得到的第四复合圆片60通过刻蚀或减薄、研磨和化学机械抛光去掉两个硅衬底圆片12、32和两个硼硅酸玻璃结构圆片18、38平面处，得到双壳体谐振子。
图4a-图4b是结构圆片18、38比较薄时高温成型时的两个壳体42、44谐振子即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图，这种情况自对准柱子46、48为空心柱；图4a是设计的深宽比较小时的两个壳体42、44谐振子即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图；图4b是设计的深宽比较大时的两个壳体42、44谐振子即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图。
图5a-图5b是结构圆片18、38比较厚时高温成型时的两个壳体42、44即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图，这种情况自对准柱子46、48为实心柱；图5a是设计的深宽比较小时的两个壳体42、44即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图；图5b是设计的深宽比较大时的两个壳体42、44即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图。
图4a-b和图5a-b预示了随结构圆片厚度变化、柱子大小变化而形成的四种类型的双壳体谐振子的截面图：低深宽比空心柱双壳体谐振子、高深宽比空心柱双壳体谐振子、低深宽比实心柱双壳体谐振子、高深宽比实心柱双壳体谐振子。
实施例2
如图1、图4a-b和图5a-b所示，本实例提供的一种双壳体谐振子，包括：
两个相互连接的壳体；
两个自对准柱子；
其中，所述的两个自对准柱子46、48同轴，并且分别位于两个壳体42、44内；所述两个壳体42、44的连接处50位于壳体42、44与自对准柱子46、48连接处附近，两个壳体42、44的连接处50有一空心处52；自对准柱子46、48为空心柱或实心柱；壳体42、44的厚度不均与，从两个壳体42、44的连接处50沿经度方向增大。
所述双壳体谐振子的结构材料为石英玻璃或超低热膨胀钛硅酸盐玻璃Titaniumsilicate glass ULETM。
所述两个相互连接的壳体42、44的大小尺寸相同或不同；所述壳体42、44直径范围为1-30mm，优选直径2-10mm；所述壳体42、44深宽比可调，范围为0.3-1.2，优选值0.8-1.1。
其中，两个同轴自对准柱子46、48可以为实心柱或者空心柱两种形式。
图5a和5b为两个同轴自对准柱子46、48为实心柱的形式，两个自对准柱子46、48之间有一空心处，该空心处与两个壳体的连接处的空心处52重合；所述空心处52是密封的，里面有气压，气压大小范围为真空到一个大气压。
图4a和4b为两个同轴自对准柱子46、48为空心柱的形式，每个自对准柱子46、48对称轴处为空心，空心一端与所述两个壳体的连接处的空心处52相连，一端与外界相连。所述空心处52不是密封的，沿自对准柱子46、48对称轴处的空心与外界相通。
所述两个壳体42、44连接处50的空心处52大小与壳体42、44的高度相关。
如图3所示，本实例提供的一种石英玻璃或超低热膨胀钛硅酸盐玻璃Titaniumsilicate glass ULETM双壳体谐振子的制备方法，其步骤如下：
步骤一，通过湿法刻蚀或干法刻蚀或激光钻孔或微超声加工或微电火花加工在石英玻璃衬底圆片12上形成带柱子16的腔室14；其中，所述石英玻璃衬底圆片12的腔室深度不小于100um；
步骤二，在一定气压下，将上述步骤得到的石英玻璃衬底圆片12与石英玻璃或超低热膨胀钛硅酸盐玻璃Titanium silicate glass ULETM结构圆片18通过键合实现腔室14密封形成第一复合圆片10，腔室14内有一定气压的气体；其中，所述一定气压的范围为超过0.5个大气压；
步骤三，将上述步骤得到的第一复合圆片10石英玻璃或超低热膨胀钛硅酸盐玻璃Titanium silicate glass ULETM结构圆片18面上放置带圆柱形腔室24的支撑圆片22，得到三层圆片结构的第二复合圆片20；其中，所述支撑圆片22的结构材料的软化点或熔点不低于石英玻璃或超低热膨胀钛硅酸盐玻璃Titanium silicate glass ULETM结构圆片18、38的软化点或熔点；所述放置时第一复合圆片10的石英玻璃衬底圆片12腔室14中的柱子16对准支撑圆片22的圆柱形腔室24的中间；
步骤四，将另一片第一复合圆片30石英玻璃或超低热膨胀钛硅酸盐玻璃Titaniumsilicate glass ULETM结构圆片38面贴在上述步骤得到的第二复合圆片20的支撑圆片22面上，形成五层圆片结构的第三复合圆片40；
将另一片第一复合圆片30石英玻璃或超低热膨胀钛硅酸盐玻璃Titaniumsilicate glass ULETM结构圆片38面贴在第二复合圆片20的支撑圆片22面上时，另一片第一复合圆片30的石英玻璃衬底圆片32腔室34中的柱子36对准支撑圆片22的圆柱形腔室24的中间和第二复合圆片20的石英玻璃衬底圆片12腔室14中的柱子16；所述将另一片第一复合圆片30石英玻璃或超低热膨胀钛硅酸盐玻璃Titanium silicate glass ULETM结构圆片38面贴在第二复合圆片20的支撑圆片22面后，支撑圆片22里的圆柱形腔室24密封或与外界相连，支撑圆片22里的圆柱形腔室24里的气压范围为真空到一个大气压；所述另一片第一复合圆片30的石英玻璃衬底圆片32腔室34大小不一定与第一复合圆片10的石英玻璃衬底圆片12腔室14大小相同；所述另一片第一复合圆片30的石英玻璃衬底圆片32腔室34中的柱子36尺寸不一定与第一复合圆片10的石英玻璃衬底圆片12腔室14中的柱子16尺寸相同；所述另一片第一复合圆片30的石英玻璃衬底圆片32腔室34中的柱子36与第一复合圆片10的石英玻璃衬底圆片12腔室14中的柱子16同轴；优选方案两个腔室14、34大小一样，优选方案两个腔室14、34中的柱子16、36大小一样。
步骤五，将上述步骤得到的第三复合圆片40升温至高于石英玻璃或超低热膨胀钛硅酸盐玻璃Titanium silicate glass ULETM结构圆片18、38的软化点或熔点，在支撑圆片22的每个圆柱形腔室24内形成带有两个相互连接的壳体42、44，形成第四复合圆片60；
步骤六，将上述步骤得到的第四复合圆片60通过刻蚀或减薄、研磨和化学机械抛光去掉两个石英玻璃衬底圆片12、32和两个石英玻璃或超低热膨胀钛硅酸盐玻璃Titaniumsilicate glass ULETM结构圆片18、38平面处，得到双壳体谐振子。
图4a-图4b是结构圆片18、38比较薄时高温成型时的两个壳体42、44即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图，这种情况自对准柱子46、48为空心柱；图4a是设计的深宽比较小时的两个壳体42、44即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图；图4b是设计的深宽比较大时的两个壳体42、44即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图。
图5a-图5b是结构圆片18、38比较厚时高温成型时的两个壳体42、44即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图，这种情况自对准柱子46、48为实心柱；图5a是设计的深宽比较小时的两个壳体42、44即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图；图5b是设计的深宽比较大时的两个壳体42、44即将接触成为一个双壳体谐振子的有限元仿真结果图。
图4和图5预示了随结构圆片厚度变化、柱子大小变化而形成的四种类型的双壳体谐振子的截面图：低深宽比空心柱双壳体谐振子、高深宽比空心柱双壳体谐振子、低深宽比实心柱双壳体谐振子、高深宽比实心柱双壳体谐振子。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双壳体谐振子，其特征在于：包括：
两个相互连接的壳体；
两个自对准柱子；
其中，所述的两个自对准柱子同轴，并且分别位于两个壳体内；两个壳体的连接处位于壳体与自对准柱子的连接处附近，两个壳体的连接处有一空心处；壳体的厚度不均匀，从两个壳体的连接处至壳体底部沿经度方向增大。
2.如权利要求1所述的双壳体谐振子，其特征在于：所述双壳体谐振子的材质为玻璃、金属玻璃、氧化物或铁镍合金；其中，所述玻璃为硼硅酸玻璃、石英玻璃、超低热膨胀系数ULE玻璃；所述金属玻璃为由金属成分组成的无定形类玻璃材料，包括Zr44Ti11Cu10Ni10Be25、Pt57.5Cu14.7Ni5.3P22.5；所述氧化物是单一氧化物或者多种氧化物，包括Al2O3、63HfO2·37TiO2、HfO2·WO3·Ta2O5、Al2O3·TiO2、55Ta2O5·45WO3、37Ta2O5·63WO3；所述铁镍合金为由铁、镍和其他少量成分组成的铁镍合金，包括Invar36(Fe-36Ni)、Super-Invar(Fe-31Ni-5Co)、Fe-33Ni-4.5Co、热膨胀系数极小的低膨胀铁镍合金Carperter Super Invar 32-5。
3.如权利要求1所述的双壳体谐振子，其特征在于：所述两个壳体的大小尺寸相同或不同；壳体直径范围为1-30mm，单个壳体的深宽比范围为0.3-1.2。
4.如权利要求1所述的双壳体谐振子，其特征在于：所述两个自对准柱子为实心柱，两个自对准柱子之间有一空心处，该空心处与两个壳体的连接处的空心处重合；所述两个壳体连接处的空心处是密封的，里面有气压，气压大小范围为真空到一个大气压。
5.如权利要求1所述的双壳体谐振子，其特征在于：所述两个自对准柱子为空心柱，每个自对准柱子对称轴处为空心，空心一端与所述两个壳体的连接处的空心处相连，另一端与外界相连；两个壳体连接处的空心处不是密封的，沿自对准柱子对称轴处的空心与外界相通。
6.如权利要求1-5任一所述的双半球谐振子的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
步骤一，在衬底圆片上形成带柱子的腔室；
步骤二，在一定气压下，将上述步骤得到的衬底圆片与结构圆片通过能够实现密封的方式实现腔室密封形成第一复合圆片，腔室内有一定气压的气体；所述一定气压为超过0.5个大气压；
步骤三，将上述步骤得到的第一复合圆片的结构圆片面上放置带圆柱形腔室的支撑圆片，得到三层圆片结构的第二复合圆片；
步骤四，将另一片第一复合圆片的结构圆片面贴在上述步骤得到的第二复合圆片的支撑圆片面上，形成五层圆片结构的第三复合圆片；
步骤五，将上述步骤得到的第三复合圆片升温至高于结构圆片的软化点或熔点，在支撑圆片的每个圆柱形腔室内形成带有两个相互连接的壳体，形成第四复合圆片；
步骤六，将上述步骤得到的第四复合圆片依次通过刻蚀或减薄、研磨和化学机械抛光的步骤去掉两个衬底圆片、两个结构圆片平面处，得到双壳体谐振子。
7.如权利要求6所述的双半球谐振子的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述衬底圆片的腔室深度不小于100um；所述刻蚀的方式为深反应离子刻蚀或湿法刻蚀；在衬底圆片上形成带柱子的腔室所采用的加工方式为刻蚀、激光钻孔、微电火花加工、微超声加工的一种或刻蚀与其他一种方式相结合的加工方式。
8.如权利要求6所述的双半球谐振子的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述能够实现密封的方式是键合，包括阳极键合、等离子键合和通过一层中间金属层的键合方式。
9.如权利要求6所述的双半球谐振子的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述支撑圆片的结构材料的软化点或熔点不低于结构圆片的结构材料的软化点或熔点；所述放置为能够实现固定功能的方式，放置时第一复合圆片的衬底圆片腔室中的柱子对准支撑圆片的圆柱形腔室的中间。
10.如权利要求6所述的双半球谐振子的制备方法，其特征在于：步骤四中，所述将另一片第一复合圆片结构圆片面贴在第二复合圆片的支撑圆片面上时，另一片第一复合圆片的衬底圆片腔室中的柱子对准支撑圆片的圆柱形腔室的中间和第二复合圆片的衬底圆片腔室中的柱子；所述将另一片第一复合圆片结构圆片面贴在第二复合圆片的支撑圆片面后，支撑圆片里的圆柱形腔室密封或与外界相连，支撑圆片里的圆柱形腔室里的气压范围为真空到一个大气压。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107560607A (zh) * 2017-08-16 2018-01-09 浙江大学 基于半环壳谐振子的微陀螺仪及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB740796A (en) * 1952-12-12 1955-11-16 Gen Electric Improvements in and relating to gyroscopes
CN104197910A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 上海交通大学 基于微圆球的微型半球谐振陀螺仪及其制备方法
CN104197909A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 上海交通大学 一种双半球结构微型谐振陀螺仪及其制备方法
CN104197917A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 上海交通大学 一种压电驱动和检测的微型半球谐振陀螺仪及其制备方法
CN104197916A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 上海交通大学 半球体固态波动微陀螺仪及其制备方法
CN105004334A (zh) * 2015-05-29 2015-10-28 上海交通大学 面外电磁式半球形微陀螺仪及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB740796A (en) * 1952-12-12 1955-11-16 Gen Electric Improvements in and relating to gyroscopes
CN104197910A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 上海交通大学 基于微圆球的微型半球谐振陀螺仪及其制备方法
CN104197909A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 上海交通大学 一种双半球结构微型谐振陀螺仪及其制备方法
CN104197917A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 上海交通大学 一种压电驱动和检测的微型半球谐振陀螺仪及其制备方法
CN104197916A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 上海交通大学 半球体固态波动微陀螺仪及其制备方法
CN105004334A (zh) * 2015-05-29 2015-10-28 上海交通大学 面外电磁式半球形微陀螺仪及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107560607A (zh) * 2017-08-16 2018-01-09 浙江大学 基于半环壳谐振子的微陀螺仪及其制备方法

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