ES2221469T3 - Metodo de fabricacion de un giroscopo con estructura vibratoria. - Google Patents
Metodo de fabricacion de un giroscopo con estructura vibratoria.Info
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Abstract
Un método de fabricación de un giroscopio de estructura vibratoria que tiene una estructura vibratoria anular de silicio sustancialmente planar o plana, medios capacitivos para impartir el movimiento de accionamiento y el movimiento de detección de la estructura vibratoria, y una capa de apantallamiento que rodea a los medios capacitivos, que incluye las operaciones de: depositar una primera capa de material fotorresistente en una superficie de una placa tal como sustrato de vidrio o de silicio, endurecer, hacer el diseño y revelar la primera capa fotorresistente para exponer áreas seleccionadas del sustrato, grabar dichas áreas expuestas del sustrato para formar cavidades en él, desmontar la primera capa restante de material fotorresistente de dicho sustrato de cavidad, unir una capa de silicio a la cavidad de dicha superficie del sustrato, depositar una capa de aluminio sobre la superficie de la capa de silicio más alejada de su superficie unida al sustrato, depositar una segunda capa dematerial fotorresistente sobre la superficie más exterior de la capa de aluminio con respecto a la capa de silicio, endurecer, hacer el diseño y revelar la segunda capa fotorresistente para exponer áreas seleccionadas de la capa de aluminio, grabar dichas áreas expuestas de la capa de aluminio para dejar sobre la capa de silicio regiones de aluminio que proporcionan almohadillas de unión para poner a tierra la capa de apantallamiento, almohadillas de unión que forman puntos de conexión para los medios de accionamiento y de detección capacitivos, y almohadillas de unión para conexión eléctrica a la estructura vibratoria anular de silicio sustancialmente planar, desmontar la segunda capa fotorresistente restante de la capa de aluminio, depositar una tercera capa de material fotorresistente sobre la capa de silicio sobre las regiones de la capa de aluminio depositadas restantes, endurecer, hacer el diseño y revelar la tercera capa de material fotorresistente para exponer áreas seleccionadas dela capa de silicio, grabar profundamente con iones reactivos las áreas seleccionadas expuestas de la capa de silicio para formar, a partir de la capa de silicio, los medios de accionamiento y de detección capacitivos, la capa de apantallamiento circundante y la estructura vibratoria anular sustancialmente planar montada por un cubo por encima de las cavidades del sustrato que permiten la oscilación sin restricciones de la estructura anular, y aislar eléctricamente los medios de accionamiento y de detección capacitivos, capa de apantallamiento y estructura vibratoria anular entre sí.
Description
Método de fabricación de un giróscopo con
estructura vibratoria.
Este invento se refiere a un método para fabricar
un giroscopio de estructura vibratoria que tiene una estructura
vibratoria anular de silicio sustancialmente planar y medios
capacitivos para impartir un movimiento de accionamiento y detectar
el movimiento de la estructura vibratoria. Tal método de fabricación
es particularmente adecuado para producir un giroscopio de
estructura vibratoria por micromecanización.
Los giroscopios de estructura vibratoria
micromecanizados son capaces de ser producidos en elevados volúmenes
y a bajo coste unitario. Esto ha abierto una diversidad de nuevas
áreas de aplicación comercial tales como los sistemas de control y
navegación de los bastidores de automóviles y estabilización de
cámaras de tipo "camcorder".
Los giroscopios de estructura vibratoria
tradicionales pueden ser construidos usando una variedad de diseños
de resonador. Estos incluyen vigas vibratorias, horquillas de
sintonización, cilindros, envolventes semiesféricas y anillos.
Debido a la naturaleza inherentemente planar de los procesos de
micromecanización, no todas estas estructuras son adecuadas para la
microfabricación. Las técnicas de tratamiento de obleas o discos
proporcionan una elevada tolerancia dimensional y exactitudes de
alineación en el plano de la oblea. Para estructuras anulares todo
el movimiento de resonancia está en el plano del anillo y por tanto
son estas dimensiones las que son más críticas para las prestaciones
del dispositivo. Las estructuras anulares planares son así
particularmente adecuadas para producción usando estos métodos y se
conocen varios diseños. Estos incluyen los dispositivos accionados y
detectados inductivamente descritos en los documentos
EP-B-0619471,
EP-A-0859219. Los documentos
EP-A-0461761 y
US-A-5547093 describen
adicionalmente dispositivos que son accionados y detectados
capacitivamente.
En los dispositivos inductivos previamente
propuestos las estructuras del resonador son grabadas o atacadas
químicamente a partir de obleas o discos de Silicio cristalino. Sin
embargo, requieren la aplicación de un campo magnético para
proporcionar las funciones de transductor. Esto es facilitado por el
uso de un circuito magnético que incorpora un imán permanente y
piezas polares conformadas. Estas deben ser construidas usando
técnicas de fabricación tradicionales y requieren un montaje
subsiguiente y una alineación exacta de la estructura del resonador.
Esto limita el grado de miniaturización del dispositivo que es
posible y añade una cantidad significativa al coste unitario.
El dispositivo descrito en el documento
EP-B-0619471 es también grabado a
partir de una oblea de silicio cristalino pero tiene la ventaja de
que las estructuras de accionamiento y de transductor de captación
son fabricadas utilizando técnicas tratamiento de obleas y montaje y
no requieren que funcionen componentes no micromecanizados
adicionales. El método de diseño y fabricación es así compatible con
un tamaño de dispositivo significativamente menor que los
dispositivos inductivos. El diseño emplea un apilamiento de tres
obleas unidas que deben ser individualmente tratadas y exactamente
alineadas. Las ganancias del transductor y, por tanto las
prestaciones del dispositivo, dependerán de la profundidad de la
cavidad formada entre las obleas. Aunque los procesos de
microfabricación proporcionan una alineación y tolerancia exactas en
el plano de la oblea, el control de dimensiones en este tercer eje
es menos exacto dando como resultado una variabilidad inevitable en
las características del dispositivo. Otra desventaja de este
dispositivo es el gran número de operaciones de fabricación y la
exigencia de un tratamiento de la oblea por los dos lados. Por ello,
aunque este diseño da como resultado un dispositivo potencialmente
pequeño que elimina el requisito de fabricación y montaje de
componentes de circuito magnético, la compleja fabricación dará como
resultado un elevado coste unitario.
El dispositivo descrito en el documento US
5.547.093 también tiene las estructuras de accionamiento y
transductor de captación producidas utilizando técnicas de
tratamiento de obleas y es capaz de fabricación en pequeño tamaño.
Este diseño tiene la ventaja adicional de que los espacios críticos
del transductor están en el plano de la oblea y así son exactamente
controlados. Sin embargo, de modo diferente a los dispositivos
previos el resonador en este caso se ha construido a partir de metal
electroformado. Para los dispositivos grabados a partir de silicio
cristalino, las propiedades mecánicas del material a partir del cual
es formado el resonador no se ven afectadas por los procesos de
fabricación. Las prestaciones de cualquier giroscopio de estructura
vibratoria dependen críticamente de la naturaleza y estabilidad de
las propiedades mecánicas del resonador. El silicio cristalino es
capaz de soportar elevadas oscilaciones Q con características de
resonancia que son estables a la temperatura y es así un material de
resonador ideal. Los metales electroformados no son capaces de
corresponder con el comportamiento elástico y casi perfecto y la
uniformidad del silicio cristalino. A fin de optimizar la
uniformidad del proceso de depósito es necesario mantener un tamaño
de característica constante. Esto requiere que las anchuras del
anillo y de las patas de soporte de la estructura vibratoria sean
idénticas y restringe severamente la flexibilidad de diseño
dimensional del resonador. El comportamiento modal de la estructura
resultante será dominado por las patas de soporte del resonador que
dan problemas de sensibilidad de montaje potenciales y que complican
los procedimientos de equilibrado del modo. La fabricación de esta
estructura es un procedimiento complejo que implica un gran número
de operaciones de proceso que afectarán adversamente tanto al
rendimiento de la oblea del dispositivo como a los costes de
fabricación.
La solicitud de patente del Reino Unido Nº
9817347.9 describe una estructura vibratoria o resonador anular
accionada capacitivamente y detectada que puede ser fabricada a
partir de silicio cristalino a granel. Esta estructura está mostrada
en vista en planta en la fig. 1.
Existe la necesidad de un método de fabricación
de tal giroscopio a un grado de exactitud mejorado al tiempo que se
asegura que la estructura vibratoria resultante preserva las
propiedades mecánicas del Silicio.
De acuerdo con un aspecto del presente invento se
ha proporcionado un método de fabricación de un giroscopio de
estructura vibratoria que tiene una estructura vibratorio anular de
silicio sustancialmente planar, medios capacitivos para impartir el
movimiento de accionamiento y el movimiento de detección de la
estructura vibratoria, y una capa de apantallamiento que rodea a los
medios capacitivos, que incluye las operaciones de depositar una
primera capa de material fotorresistente en una superficie de una
placa como sustrato de vidrio o de silicio, endurecer, hacer el
diseño y revelar la primera capa fotorresistente para exponer áreas
seleccionadas del sustrato, grabar dichas áreas expuestas del
sustrato para formar cavidades en ellas, separar el material
fotorresistente de la primera capa restante del sustrato de cavidad,
unir una capa de silicio a dicha superficie de cavidad del sustrato,
depositar una capa de aluminio sobre la superficie de la capa de
silicio más alejada de su superficie unida al sustrato, depositar
una segunda capa de material fotorresistente sobre la superficie más
exterior de la capa de aluminio con respecto a la capa de silicio,
endurecer, hacer el diseño y revelar la segunda capa fotorresistente
para exponer áreas seleccionadas de la capa de aluminio, grabar
dichas áreas expuestas de la capa de aluminio para dejar sobre la
capa de silicio regiones de aluminio que proporcionan almohadillas
de unión para poner a tierra la capa de apantallamiento,
almohadillas de unión que forman puntos de conexión para los medios
de accionamiento y de detección capacitivos, y almohadillas de unión
para conexión eléctrica a la estructura vibratoria anular de silicio
sustancialmente planar, separar la segunda capa fotorresistente
restante de la capa de aluminio, depositar una tercera capa de
material fotorresistente sobre la capa de silicio sobre las regiones
de la capa de aluminio depositadas restantes, endurecer, hacer el
diseño y revelar la tercera capa de material fotorresistente para
exponer área seleccionadas de la capa de silicio, grabar
profundamente con iones reactivos las áreas seleccionadas expuestas
de la capa de silicio para formar, a partir de la capa de silicio,
los medios de accionamiento y de detección capacitivos, la capa
circundante, y la estructura vibratoria anular sustancialmente
planar montada por un cubo por encima de las cavidades del sustrato
que permiten una oscilación sin restringir de la estructura anular,
y aislar eléctricamente los medios de accionamiento y de detección
capacitivos, capa de apantallamiento y estructura vibratoria anular
entre sí.
Preferiblemente, el material fotorresistente es
depositado mediante centrifugación y endurecido por cocción.
Áreas convenientemente seleccionadas del sustrato
expuesto revelando la primera capa fotorresistente son grabadas
mediante un proceso de grabado isotrópico en húmedo.
Ventajosamente el sustrato está hecho de vidrio
al que se une la capa de silicio por unión anódica.
Alternativamente el sustrato está hecho de
silicio térmicamente oxidado para producir una capa de óxido
superficial a la que se une la capa de silicio mediante unión por
fusión.
Convenientemente la capa de aluminio es unida a
la capa de silicio por deposición o pulverización electrónica.
Ventajosamente las áreas expuestas de la capa de
aluminio son grabadas mediante un proceso a base de ácido
fosfórico.
Para una mejor comprensión del presente invento y
para mostrar cómo puede ser llevado a efecto el mismo, se hará ahora
referencia, a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos en los
que:
La fig. 1 es una vista diagramática desde arriba
de un giroscopio de estructura vibratoria o resonador anular
accionada y detectada capacitivamente no de acuerdo con el invento
como se ha descrito y reivindicado en la solicitud de patente del
Reino Unido nº 9817347.9.
La fig. 2 es una vista en sección transversal
correspondiente a la línea A-A de la fig. 1 que
muestra una primera etapa en un método de acuerdo con el presente
invento de fabricación de un giroscopio de acuerdo con la fig.
1.
La fig. 3 es una vista similar a la de la fig. 2
que muestra otra etapa en el método del presente invento.
La fig. 4 es una vista similar a la de las figs.
2 y 3 que muestra otra etapa en el método del presente invento,
y
La fig. 5 es una vista en sección transversal por
la línea A-A de la fig. 1 que muestra otra etapa en
el método del presente invento.
El método de acuerdo con el presente invento de
fabricación de un giroscopio de estructura vibratoria es adecuado
para la fabricación de un giroscopio como se ha mostrado en la fig.
1 que tiene una estructura 1 vibratoria anular de silicio
sustancialmente planar hecha de un resonador 2 anular de silicio
sustancialmente planar soportado mediante patas 3 de soporte de
silicio que se extienden hacia dentro desde el resonador anular 2 a
un cubo 4 de silicio central. El giroscopio de la fig. 1 tiene
medios 5 de accionamiento capacitivo para impartir el movimiento de
accionamiento al resonador anular 2 y medios 6 de detección
capacitivos para detectar y captar el movimiento del resonador
anular 2. El dispositivo giroscópico incluye un sustrato 7 hecho de
vidrio cuyo coeficiente de expansión térmica es hecho coincidir con
el de una capa de silicio 8, véanse figs. 2 a 5, a fin de minimizar
las tensiones inducidas térmicamente. Alternativamente el sustrato 7
puede estar hecho de silicio de tal modo que el coeficiente de
expansión térmica coincida de modo exacto con el de la capa de
silicio 8.
El método del presente invento para fabricar un
giroscopio de estructura vibratoria de la clase mostrada en la fig.
1 incluye las operaciones de depositar una primera capa 9 de
material fotorresistente sobre una superficie de la placa como
sustrato 7 de vidrio o de silicio como se ha mostrado en la fig. 2
de los dibujos adjuntos. El material fotorresistente utilizado
preferiblemente es un "material fotorresistente positivo"
estándar en la industria tal como Shipley S1818SP16. Preferiblemente
la primera capa fotorresistente 9 es depositada sobre el sustrato 7
por centrifugación. La primera capa fotorresistente 9 es a
continuación endurecida tal como mediante cocción, diseñada
utilizando una máscara de exposición y revelada para exponer áreas
seleccionadas del sustrato 7 para el grabado subsiguiente. Las áreas
expuestas del sustrato 7 son grabadas a continuación, tal como
mediante un proceso de grabado isotrópico en húmedo, para formar
cavidades 10, como se ha mostrado en la fig. 2, en el sustrato 7.
Las cavidades 10 están conformadas para proporcionar una oscilación
sin restricciones de las partes de las patas de soporte 3 y del
resonador anular 2 del giroscopio que ha de ser subsiguientemente
formado. Una profundidad de cavidad de 20 a 30 m es empleada
típicamente y referencias de alineación, no mostradas, pueden
también ser grabadas en el sustrato 7 para permitir una alineación
de niveles de máscaras subsiguientes a las cavidades 10. La primera
capa restante 9 es a continuación desmontada o separada del sustrato
7 de la cavidad.
Cuando el sustrato 7 está hecho de vidrio se une
una oblea 8 de capa de dispositivo de silicio uniéndola anódicamente
sobre la superficie de cavidad del sustrato 7. Esto se ha mostrado
en la fig. 3. La capa 8 puede ser adelgazada al espesor deseado
antes de unirla o puede ser adelgazada después de unirla. El proceso
de unión anódica implica colocar el sustrato 7 y la capa 8 en
contacto íntimo, calentar hasta aproximadamente 400ºC y aplicar un
potencial de aproximadamente 1000 voltios entre el sustrato de
vidrio 7 y la capa de silicio 8.
Alternativamente cuando el sustrato 7 está hecho
de silicio, este es térmicamente oxidado para producir una capa de
óxido superficial de aproximadamente 1 m y la superficie oxidada de
la capa 8 es a continuación unida por fusión a la superficie de la
cavidad del sustrato 7 de silicio. Este último proceso implica poner
en contacto íntimamente las superficies de la capa 8 y del sustrato
7 y calentar hasta aproximadamente 600ºC. Este proceso requiere que
las superficies de la capa 8 y del sustrato y 7 sean extremadamente
planas y estén libres de contaminación superficial.
Las operaciones de metalización y grabado
requieren que las máscaras para estas operaciones sean alineadas
exactamente con las cavidades 10. Cuando se usa un sustrato de
vidrio 7 las referencias de alineación serán visibles a través del
lado inferior del par formado por la capa de silicio y el sustrato
unidos. Las marcas de metalización y grabado pueden ser exactamente
alineadas a estas referencias usando un alineador de doble lado.
Cuando se usa un sustrato de silicio 7 no es posible ver
características sobre la superficie unida. En este caso es necesario
producir referencias de alineación en la superficie inferior del
sustrato 7. Esto requiere el uso de un nivel de máscara adicional
estando alineadas estas referencias, usar un alineador de doble
lado, a las referencias de superficie de la cavidad.
Es posible evitar el uso de alineación de doble
lado si las referencias de alineación sobre el sustrato 7 son
expuestas a través de la capa 8. Esto requiere que la capa de
silicio 8 sea grabada en la región situada alrededor de las
situaciones de la referencia de alineación. Se requiere una máscara
de grabado adicional siendo convenientemente retirado el silicio al
utilizar un proceso de grabado isotrópico en seco. El área expuesta
debe ser suficientemente grande para asegurar que las referencias de
alineación están totalmente expuestas sin necesidad de una
alineación exacta con la oblea del sustrato (por ejemplo un agujero
de 4 mm x 4 mm). Al haber expuesto las referencias de alineación
sobre la superficie del sustrato unida, puede emplearse una
alineación por un solo lado para los subsiguientes niveles de
máscara.
La siguiente operación en el método del presente
invento implica la deposición de una capa de aluminio (no mostrada)
sobre la superficie de la capa de silicio 8 más alejada de su
superficie unida al sustrato 7. Preferiblemente el aluminio es
depositado por deposición electrónica. Una segunda capa de material
fotorresistente (no mostrada) es a continuación depositada sobre la
superficie más exterior de la capa de aluminio con respecto a la
capa de silicio 8 preferiblemente por centrifugación, endurecida,
preferiblemente por cocción, diseñada y revelada para exponer áreas
seleccionadas de la capa de aluminio. Las áreas expuestas de la capa
de aluminio son a continuación grabadas preferiblemente utilizando
un proceso a base de ácido fosfórico, para dejar en la capa de
silicio 8 regiones de aluminio que proporcionan almohadillas de
unión como se ha mostrado en la fig. 4 de los dibujos adjuntos.
De este modo una almohadilla de unión 11 está
prevista para poner en contacto una capa de apantallamiento a
potencial de tierra con almohadillas de unión adicionales 12 y 13
para conexión de lugares (detección) de accionamiento y captación
respectivamente a circuitos exteriores (no mostrados). Otra
almohadilla de unión 14 está prevista para conexión eléctrica del
resonador anular 2.
La segunda capa fotorresistente restante es a
continuación desmontada de la capa de aluminio es decir de las
almohadillas de unión 11, 12, 13 y 14 y una tercera capa de material
fotorresistente es depositada, preferiblemente por centrifugación
sobre la superficie expuesta de la capa de silicio 8 sobre las
almohadillas de unión 11, 12, 13 y 14 de aluminio depositado. La
tercera capa de material fotorresistente es a continuación
endurecida, preferiblemente por cocción, diseñada y revelada para
exponer áreas seleccionadas de la capa de silicio 8. Una máscara de
grabado está alineada con las referencias de alineación de la
cavidad sobre el sustrato 7 antes de que la tercera capa de material
fotorresistente ser expuesta y revelada. El grabado profundo con
iones reactivos es realizado sobre las áreas seleccionadas expuestas
de la capa de silicio 8 para formar a partir de ellas la estructura
vibratoria anular sustancialmente planar, en particular las patas de
soporte 3 y el resonador anular 2 montado en el cubo 4 por encima de
las cavidades 10 del sustrato, los medios de accionamiento y
detección capacitivos 5, 6 y una capa de apantallamiento 15 que
rodea el resonador 2 y los medios de accionamiento y detección 5, 6,
como se ha mostrado en las figs. 1 y 5 de los dibujos adjuntos. El
montaje de estas estructuras sobre la superficie del sustrato
aislante 7 aísla eléctricamente las estructuras individuales entre
sí. El grabado es realizado utilizando un proceso de grabado
profundo con iones reactivos de propietario (DRIE) que es capaz de
producir zanjas o surcos estrechos profundos 14, con relaciones de
aspecto de hasta aproximadamente 40:1, en silicio con paredes
laterales casi verticales. El proceso de grabado implica la
separación de un grabado químico espontáneo de silicio por plasma a
base de fluoruro y el pasivado de la pared lateral de la
característica que es grabada por una operación de pasivado de
fluoropolímero. Alternando las operaciones bajo control por
ordenador pueden producirse características de paredes verticales en
el silicio con una elevada exactitud y calidad.
La velocidad de grabado para silicio es
considerablemente mayor que para vidrio y así el sustrato 7 de
vidrio actuará como un tope de grabado. Este dejará las almohadillas
de accionamiento 12 y almohadillas de captación 13 unidas al
sustrato 7 mediante la capa de silicio 8 y aisladas eléctricamente
de la capa de apantallamiento circundante 15. El material
fotorresistente de la tercera capa restante es a continuación
desmontado de la capa de aluminio.
En funcionamiento, el movimiento del giroscopio
es excitado y controlado por medio de tensiones oscilantes
aplicadas, a la frecuencia resonante, a los lugares 5 de
accionamiento capacitivo. El movimiento anular resultante es
detectado mediante el flujo de corriente a través de los espacios
del condensador de captación. Se producen errores de prestaciones
del giroscopio si las señales de accionamiento se acoplan
capacitivamente a las captadas dando origen a señales espurias. Este
acoplamiento puede ser minimizado por medio de la capa de apantalla
miento 15 que rodea cada lugar capacitivo en todos los lados en el
plano de la capa 8 excepto en el que mira al resonador anular 2. La
capa de apantallamiento 15 está conectada exteriormente a potencial
de tierra mediante la almohadilla 11 de unión de alambre sobre la
superficie superior.
Cuando el sustrato 7 es silicio, existe un camino
de acoplamiento capacitivo adicional debido a la conductividad
finita del material de la capa 8. La señal de accionamiento puede
acoplarse en el sustrato 7 que está solamente separado de la
superficie inferior de los condensadores de accionamiento por la
delgada capa de óxido (aproximadamente 1 m) entre la capa 8 y la
capa 7. Esta puede a su vez acoplarse de nuevo a los lugares del
condensador de captación. Este mecanismo de acoplamiento puede ser
eliminado conectando eléctricamente el sustrato 7 a tierra. Si el
conjunto 2 está montado en una lata metálica (no mostrada) entonces
puede ser convenientemente conseguido poniendo en contacto
directamente la superficie inferior del sustrato con la superficie
de la lata, por ejemplo, usando resina epoxídica conductora. La lata
puede a continuación ser conectada a tierra mediante los circuitos
exteriores. Cuando esto no es conveniente, la conexión a la
superficie superior por medio de una unión de alambre puede ser
facilitada con alguna modificación al tratamiento. Esto requiere que
se graben agujeros de acceso adicionales en la capa de
apantallamiento 15 en las esquinas del sustrato 7 que puede ser
conseguido por modificación a la máscara de grabado. El óxido
expuesto en la parte inferior de estos agujeros es eliminado por
medio de un proceso de grabado en seco selectivo de óxido exponiendo
así la superficie de sustrato conductor. A fin de facilitar conexión
eléctrica al sustrato 7 se requiere una operación adicional al
proceso de metalización. Un metal tal como aluminio puede ser a
continuación depositado sobre la superficie de los agujeros
utilizando una técnica simple de máscara de sombras. La conexión a
tierra puede ser hecha a continuación por medio de una unión de
alambre entre la superficie del agujero metalizado y las
almohadillas 11 de unión de capa de apantallamiento.
Pueden hacerse una pluralidad de dispositivos
giroscópicos sobre un único sustrato de vidrio o silicio y ser
separados después del tratamiento por corte. Alternativamente pueden
ser serradas zanjas o surcos en el sustrato 7 a una profundidad
suficiente para permitir el hendido subsiguiente a lo largo de las
líneas de aserrado para separar lo dispositivos individuales. Esto
es hecho convenientemente inmediatamente después de unir la capa 8 y
el sustrato 7. Esto tiene la ventaja de que los desechos creados
durante el proceso de aserrado aparecen antes del grabado de las
zanjas estrechas 14. El proceso de hendido no producirá desechos y
reduce así el riesgo de obstruir las zanjas 14 y por tanto impedir
la libre oscilación del resonador anular 2.
El método de fabricación del invento da como
resultado una estructura que preserva las propiedades mecánicas de
la capa de silicio 8. Las tolerancias dimensionales críticas del
resonador y espacios del transductor de accionamiento y captación 14
están todas definidas en el plano de la capa 8. Estas estructuras
puede ser fabricadas con un elevado grado de exactitud utilizando
técnicas de enmascaramiento estándar y de grabado profundo con iones
reactivos. Estas técnicas son totalmente compatibles con la
fabricación de pequeños tamaños de dispositivos giroscópicos pero
también pueden ser aplicadas a la fabricación de dispositivos de una
amplia gama de dimensiones sin modificación significativa. El método
proporciona adicionalmente medios para un tratamiento de un solo
lado con un número mínimo de operaciones de proceso que da un
elevado rendimiento, bajo coste, ruta de fabricación.
Claims (7)
1. Un método de fabricación de un giroscopio de
estructura vibratoria que tiene una estructura vibratoria anular de
silicio sustancialmente planar o plana, medios capacitivos para
impartir el movimiento de accionamiento y el movimiento de detección
de la estructura vibratoria, y una capa de apantallamiento que rodea
a los medios capacitivos, que incluye las operaciones de: depositar
una primera capa de material fotorresistente en una superficie de
una placa tal como sustrato de vidrio o de silicio, endurecer, hacer
el diseño y revelar la primera capa fotorresistente para exponer
áreas seleccionadas del sustrato, grabar dichas áreas expuestas del
sustrato para formar cavidades en él, desmontar la primera capa
restante de material fotorresistente de dicho sustrato de cavidad,
unir una capa de silicio a la cavidad de dicha superficie del
sustrato, depositar una capa de aluminio sobre la superficie de la
capa de silicio más alejada de su superficie unida al sustrato,
depositar una segunda capa de material fotorresistente sobre la
superficie más exterior de la capa de aluminio con respecto a la
capa de silicio, endurecer, hacer el diseño y revelar la segunda
capa fotorresistente para exponer áreas seleccionadas de la capa de
aluminio, grabar dichas áreas expuestas de la capa de aluminio para
dejar sobre la capa de silicio regiones de aluminio que proporcionan
almohadillas de unión para poner a tierra la capa de
apantallamiento, almohadillas de unión que forman puntos de conexión
para los medios de accionamiento y de detección capacitivos, y
almohadillas de unión para conexión eléctrica a la estructura
vibratoria anular de silicio sustancialmente planar, desmontar la
segunda capa fotorresistente restante de la capa de aluminio,
depositar una tercera capa de material fotorresistente sobre la capa
de silicio sobre las regiones de la capa de aluminio depositadas
restantes, endurecer, hacer el diseño y revelar la tercera capa de
material fotorresistente para exponer áreas seleccionadas de la capa
de silicio, grabar profundamente con iones reactivos las áreas
seleccionadas expuestas de la capa de silicio para formar, a partir
de la capa de silicio, los medios de accionamiento y de detección
capacitivos, la capa de apantallamiento circundante y la estructura
vibratoria anular sustancialmente planar montada por un cubo por
encima de las cavidades del sustrato que permiten la oscilación sin
restricciones de la estructura anular, y aislar eléctricamente los
medios de accionamiento y de detección capacitivos, capa de
apantallamiento y estructura vibratoria anular entre sí.
2. Un método según la reivindicación 1ª, en el
que el material fotorresistente es depositado por centrifugación y
endurecido por cocción.
3. Un método según la reivindicación 1ª ó 2ª, en
el que áreas seleccionadas del sustrato expuestas revelando la
primera capa fotorresistente son grabadas mediante un proceso de
grabado isotrópico en húmedo.
4. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 3ª, en el que el sustrato está hecho de vidrio
al que es unida la capa de silicio por unión anódica.
5. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 3ª, en el que el sustrato está hecho de
silicio oxidado térmicamente para producir una capa de óxido
superficial a la que es unida la capa de silicio mediante unión por
fusión.
6. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 5ª, en el que la capa de aluminio está unida a
la capa de silicio por deposición electrónica.
7. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 6ª, en el que las áreas expuestas de la capa
de aluminio son grabadas por un proceso a base de ácido
fosfórico.
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