本发明涉及微机电系统与传感器，具体是一种具有面内敏感轴的微机械陀螺仪及其制备方法。
背景技术：
1、微机械陀螺是一种基于mems技术加工制造的用于测量运动物体角速度的传感器，相较于光纤陀螺、机械转子陀螺等其他类型陀螺来说，具有体积小、功耗低、成本低和易批量化制造等特点。微陀螺是一种典型的面内角速度检测微机械陀螺仪，具有工作稳定、环境适应性强等优点，未来在高性能平面双/三轴微机械陀螺的研究中具有非常大的应用空间。
2、传统微陀螺采用电极设置在质量块下方进行法向驱动，具有结构误差小、驱动力大等特点。但对于法向驱动方式的微陀螺处于驱动模态时，质量块同时在驱动方向和检测方向产生位移分量，当质量块运动到电容间隙的2/3处时，与下方的电极会发生静电吸合效应，导致陀螺无法正常驱动而失效，这就极大的限制了陀螺的驱动幅值和极限性能提升；另一方面，传统微陀螺通常采用法向静电力矩沿振动梁的惯性主轴法向的分量进行驱动，这种驱动方式将会激励起高阶模态，对驱动模态产生干扰影响陀螺工作的稳定性。
技术实现思路
1、针对上述现有技术中的不足，本发明供一种具有面内敏感轴的微机械陀螺仪及其制备方法，采用梳齿结构提供切向驱动静电力，消除法向驱动方式高阶模态对驱动模态的影响和驱动过程产生的法向位移，降低模态耦合误差；驱动幅值在结构上决定于梳齿驱动器尺寸，不再受电容间隙制约，极限性能可设计空间大幅提升。
2、为实现上述目的，本发明提供一种具有面内敏感轴的微机械陀螺仪，包含硅敏感结构、封装盖帽和电极板，所述硅敏感结构包括第一振动梁、第二振动梁、质量块、第一梳齿结构、第二梳齿结构和锚点，
3、所述第一振动梁、所述质量块与所述锚点的数量均为两个且一一对应，所述质量块的中部与对应所述第一振动梁相连，所述质量块的两端分别向远离所述第一振动梁的方向延伸，所述锚点的中部连接在对应所述第一振动梁的端部，所述锚点的两端分别向所述第一振动梁两侧的方向延伸，且所述锚点间隔嵌在对应所述质量块内，两所述质量块通过所述第二振动梁耦合；
4、在一所述质量块上，位于对应所述第一振动梁同一侧的左、右两端分别设有所述第二梳齿结构，所述第一梳齿结构设在所述电极板上且与所述第二梳齿结构一一对应，所述第一梳齿结构与对应所述第二梳齿结构组成梳齿驱动器；
5、在一所述质量块上，处于所述第一振动梁同侧的两所述梳齿驱动器施加相同直流电压和反相交流电压实现所述质量块“推挽式”运动，处于所述质量块对角的两所述梳齿驱动器施加幅值相等的直流电压和幅值相等、同相交流电压，两所述质量块对应的所述梳齿驱动器施加的直流电压幅值均一致，施加的交流电压幅值相同、相位沿第二振动梁垂直方向中心线对称，实现切向运动的驱动模态，以消除所述质量块法向位移，同时驱动模态不再是法向驱动方式下高阶模态的分量，避免了工作时高阶模态对驱动模态的干扰；
6、所述封装盖帽通过玻璃浆料与所述电极板连接，所述硅敏感结构位于所述电极板与所述封装盖帽之间，以为陀螺仪提供稳定的真空工作环境；
7、所述电极板上设有电极组件，所述硅敏感结构通过锚点连接所述电极板顶部，且与所述电极组件间形成电容间隙。
8、在其中一个实施例，所述第一梳齿结构、所述第二梳齿结构上梳齿的长度方向平行于所述第一振动梁。
9、在其中一个实施例，所述第一梳齿结构上梳齿的第一端与对应所述质量块相连，第二端沿远离所述第一振动梁的方向延伸；
10、所述第二梳齿结构上梳齿的第一端与梳齿固连电极部分相连，第二端沿靠近所述第一振动梁的方向延伸。
11、在其中一个实施例，所述第一振动梁与第二振动梁共线；
12、所述第一振动梁的第一端与对应所述质量块相连，第二端与对应所述锚点相连；
13、所述第二振动梁两端连接两所述质量块。
14、在其中一个实施例，所述电极组件包含驱动电极、检测电极、调轴电极和调频电极；
15、所述驱动电极的数量为八个且设在所述第一梳齿结构的电极固连位置，用于提供激励驱动模态所需的驱动电压；
16、所述检测电极的数量为四个且设在所述第一振动梁水平方向两侧且位于质量块正下方，用于检测敏感轴方向输出入的角速度信号；
17、所述调轴电极设在所述质量块靠近所述第一振动梁一侧两端位置的正下方，用于提供调轴电压，以减小正交误差；
18、所述调频电极设在所述质量块靠近所述第一振动梁一侧中部位置的正下方，用于提供调频电压，以调节工作模态频率大小。
19、在其中一个实施例，测量输入角速度时所述质量块进行垂直于所述敏感结构且绕所述第一振动梁和第二振动梁的上下摆动。
20、在其中一个实施例，所述第一梳齿结构与对应所述第二梳齿结构间梳齿重叠长度大于陀螺的最大振幅，以避免第一梳齿结构与第二梳齿结构发生脱离而导致驱动力减小。
21、在其中一个实施例，所述第一梳齿结构与对应所述第二梳齿结构间梳齿未重叠长度大于3倍陀螺的最大振幅，以避免发生静电吸合而导致驱动控制失去稳定。
22、本发明还提供一种前述具有面内敏感轴的微机械陀螺仪敏感结构的制备方法，具体步骤包括：
23、1)选取第一块soi硅片用于制备电极板；
24、2)对第一块soi硅片进行光刻，得到电极间隙；
25、3)对第一块soi硅片进一步光刻，得到电极结构图案，进行干法刻蚀，获得具有面内敏感轴的微机械陀螺仪的电极结构、键合凸台和电极引线；
26、4)选取第二块soi硅片用于制备硅敏感结构；
27、5)利用“硅-硅”低应力键合技术，将第二块soi硅片与第一块soi硅片键合并实现固连，且去除第二块soi硅片的衬底层和氧化层；
28、6)在硅敏感结构的焊盘位置，镀上铝层；
29、7)对第二块soi硅片进行光刻，得到质量块、第一振动梁、第二振动梁、锚点、第一梳齿结构、第二梳齿结构图案，进行干法刻蚀，制造出硅敏感结构；
30、8)选取双抛硅片用于制备封装盖帽；
31、9)对双抛硅片进行光刻，得到封装盖帽腔体结构图案，进行湿法腐蚀，获得封装盖帽的真空腔体；
32、10)在封装盖帽结构腔体上镀上吸气剂；
33、11)利用玻璃浆料键合技术，将电极板与封装盖帽进行键合，实现圆片级真空封装，划片得到具有面内敏感轴的微机械陀螺仪芯片。
34、与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
35、1.本发明中的陀螺仪采用切向静电力驱动，其敏感结构未受到法向方向静电力的作用，无法激励出高阶模态而产生干扰驱动模态的模态耦合误差，微陀螺的工作更加稳定；另一方面，消除了法向驱动方式下驱动过程中产生的法向位移，正交误差理论上被抑制为零；
36、2.本发明中的陀螺仪采用切向静电力驱动，使得微陀螺的驱动幅值不再受到电容间隙的制约，可通过调整梳齿驱动器尺寸以增加驱动力，使得陀螺获得足够大的驱动幅值，极限性能的可设计空间大幅提升。
1.一种具有面内敏感轴的微机械陀螺仪，包含硅敏感结构、封装盖帽和电极板，其特征在于，所述硅敏感结构包括第一振动梁、第二振动梁、质量块、第一梳齿结构、第二梳齿结构和锚点，
2.根据权利要求1所述的具有面内敏感轴的微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一梳齿结构、所述第二梳齿结构上梳齿的长度方向平行于所述第一振动梁。
3.根据权利要求1所述的具有面内敏感轴的微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一梳齿结构上梳齿的第一端与对应所述质量块相连，第二端沿远离所述第一振动梁的方向延伸；
4.根据权利要求1或2或3所述的具有面内敏感轴的微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一振动梁与第二振动梁共线；
5.根据权利要求1或2或3所述的具有面内敏感轴的微机械陀螺仪，其特征在于，所述电极组件包含驱动电极、检测电极、调轴电极和调频电极；
6.根据权利要求5所述的具有面内敏感轴的微机械陀螺仪，其特征在于，测量输入角速度时所述质量块进行垂直于所述敏感结构且绕所述第一振动梁和第二振动梁的上下摆动。
7.根据权利要求1或2或3所述的具有面内敏感轴的微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一梳齿结构与对应所述第二梳齿结构间梳齿重叠长度大于陀螺的最大振幅，以避免第一梳齿结构与第二梳齿结构发生脱离而导致驱动力减小。
8.根据权利要求1或2或3所述的具有面内敏感轴的微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一梳齿结构与对应所述第二梳齿结构间梳齿未重叠长度大于3倍陀螺的最大振幅，以避免发生静电吸合而导致驱动控制失去稳定。
9.一种权利要求1至8任一项所述的具有面内敏感轴的微机械陀螺仪的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
