具有抗沖擊能力的殼體諧振器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有抗沖擊能力的殼體諧振器，其包括一個半球諧振子；一個封裝和垂直互連的基底；多個嵌入基底的非平面電極；一個用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋；半球諧振子由殼體、位于殼體內(nèi)部中心軸處的自對準(zhǔn)柱子組成，半球諧振子內(nèi)表面涂有一層導(dǎo)電層，通過一層導(dǎo)電包裹層與引出結(jié)構(gòu)連接引出；基底嵌入有多個非平面電極；引出結(jié)構(gòu)和多個非平面電極在基底背面通過導(dǎo)電引出層引線引出；基底與玻璃封裝殼蓋通過鍵合實現(xiàn)真空封裝。本發(fā)明的半球諧振子直徑尺寸在1mm?30mm。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)殼體諧振器的真空封裝和垂直互連，同時提高環(huán)境魯棒性和抗沖擊能力。
【專利說明】
具有抗沖擊能力的殼體諧振器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種振動諧振器，具體地涉及具有抗沖擊能力的殼體諧振器。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)明專利“微玻璃半球諧振陀螺及其圓片級制備方法”(專利申請?zhí)?201510963681.6)提出了一種利用熱發(fā)泡工藝制備高深寬比的微玻璃半球諧振子，本發(fā)明專利申請可視為發(fā)明專利“微玻璃半球諧振陀螺及其圓片級制備方法”的延續(xù)與拓展。
[0003]微半球諧振陀螺由于其結(jié)構(gòu)的特殊性和優(yōu)異的特性，有望實現(xiàn)慣性級性能。目前多家單位正在研制微半球諧振陀螺，利用新穎的三維制備技術(shù)或硅基表面加工技術(shù)，以實現(xiàn)半球諧振陀螺的微型化和批量制備，通過設(shè)計和制備工藝的改進(jìn)實現(xiàn)半球諧振陀螺的高性能。這些研究大體可分為兩大類:表面薄膜沉積技術(shù)和塑性成型技術(shù)。表面薄膜沉積技術(shù)主要特征在于將結(jié)構(gòu)材料沉積在半球或類半球腔表面上(或表面犧牲層上)；塑性成型技術(shù)主要特征在于在高溫環(huán)境下利用表面張力將軟化的無定形材料成型為帶柱子的半球殼或類半球殼結(jié)構(gòu)。第一類技術(shù)的難點在于半球或類半球腔的制備，半球諧振陀螺要求極高的對稱性，具體表現(xiàn)在殼體的半徑、厚度、密度、楊氏模量等在圓周方向高度一致，而硅基表面加工技術(shù)的精度在10—2-10—4，因此需進(jìn)一步改進(jìn)加工技術(shù)提高半球殼的對稱性，同時改進(jìn)設(shè)計降低半球諧振陀螺對高對稱性的敏感性。第二類技術(shù)的難點在于無定形材料的加工技術(shù)，如在高溫處理無定形材料后結(jié)構(gòu)的釋放、金屬化。除此之外，電極的一體化制備或組裝以及真空封裝均是設(shè)計和制備上的難點。
[0004]在實現(xiàn)低成本、小尺寸、輕重量和低功耗的基礎(chǔ)上，慣導(dǎo)級性能的半球諧振陀螺主要應(yīng)用在兩種平臺:高動態(tài)平臺和長期工作平臺。無論應(yīng)用在軍事領(lǐng)域或民用領(lǐng)域，半球諧振陀螺均需提高環(huán)境魯棒性和抗沖擊能力。外界環(huán)境干擾振動通常在5Hz-5kHz范圍內(nèi)，而抗沖擊能力要求大于20000g甚至50000g。這種情況下，半球諧振陀螺的工作頻率需大于5kHz ;同時由于半球諧振陀螺與襯底的唯一連接部分為柱子部分，因此在設(shè)計上需解耦柱子振動、環(huán)境干擾振動與殼體工作振動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種具有抗沖擊能力的殼體諧振器，實現(xiàn)半球諧振陀螺的真空封裝和垂直互連，同時提高環(huán)境魯棒性和抗沖擊能力。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種具有抗沖擊能力的殼體諧振器，包括:
[0008]—個半球諧振子；
[0009]一個封裝和垂直互連的基底；
[0010]多個嵌入基底的非平面電極；
[0011 ] 一個用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋；
[0012]其中，所述半球諧振子由殼體、位于殼體內(nèi)部中心軸處的自對準(zhǔn)柱子組成，殼體的內(nèi)表面、自對準(zhǔn)柱子的表面均涂有一層導(dǎo)電層;所述自對準(zhǔn)柱子插入所述封裝和垂直互連的基底中，通過一層導(dǎo)電包裹層與引出結(jié)構(gòu)連接引出；所述封裝和垂直互連的基底中嵌入有多個非平面電極，多個非平面電極包括驅(qū)動檢測電極，其中包含偶數(shù)個驅(qū)動電極、偶數(shù)個檢測電極;所述引出結(jié)構(gòu)和多個非平面電極在封裝和垂直互連的基底背面通過導(dǎo)電引出層引出；所述用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋通過鍵合的方式與封裝和垂直互連的基底真空封裝，并在真空封裝后的腔室內(nèi)放置有吸氣劑。
[0013]進(jìn)一步的，多個非平面電極中還包括一個環(huán)形激勵電極。
[0014]進(jìn)一步的，所述半球諧振子由熱發(fā)泡工藝制備而成;所述半球諧振子直徑范圍為;所述半球諧振子的結(jié)構(gòu)材料為無定形材料，所述無定形材料為硼娃酸鹽玻璃、石英玻璃、超低膨脹系數(shù)玻璃鈦硅酸鹽玻璃或金屬玻璃的一種;所述半球諧振子的殼體厚度從圓周處到極點沿經(jīng)度方向減小，殼體圓周處的厚度范圍為20um-800um;所述半球諧振子的深寬比范圍為0.5-1.5;所述半球諧振子在基底上的投影區(qū)域在非平面電極內(nèi)邊沿和外邊沿之間；涂在殼體的內(nèi)表面的導(dǎo)電層材料為半導(dǎo)體材料或金屬材料，導(dǎo)電層厚度范圍為Inm-1OOnm0
[0015]進(jìn)一步的，所述半球諧振子的殼體的端部設(shè)置有緣邊，緣邊內(nèi)表面也涂有導(dǎo)電層，緣邊厚度和長度范圍均為50um-800umo
[0016]進(jìn)一步的，所述自對準(zhǔn)柱子表面的導(dǎo)電層的材料與殼體內(nèi)表面的導(dǎo)電層材料一致，導(dǎo)電層厚度范圍為Inm-1OOnm;所述自對準(zhǔn)柱子插入封裝和垂直互連的基底中，通過一層導(dǎo)電包裹層與引出結(jié)構(gòu)連接引出或直接插入至基底底部;所述自對準(zhǔn)柱子插入基底中的深度大于50um或等于基底厚度。
[0017]進(jìn)一步的，所述封裝和垂直互連的基底為復(fù)合型基底，由電極部分和主體部分組成，或者由電極部分、引出結(jié)構(gòu)和主體部分組成，主體部分的材料為硅或玻璃;所述封裝和垂直互連的基底嵌入有多個非平面電極和引出結(jié)構(gòu);所述引出結(jié)構(gòu)為圓柱體、長方柱或帶扇形柱的圓柱體;所述引出結(jié)構(gòu)材料為導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料為高摻雜導(dǎo)電硅、因瓦合金、金屬或金屬玻璃的一種;所述引出結(jié)構(gòu)的尺寸大于自對準(zhǔn)柱子，尺寸范圍為100um-5mm。
[0018]進(jìn)一步的，所述多個嵌入基底的非平面電極的材料為導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料為高摻雜導(dǎo)電娃、因瓦合金、金屬或金屬玻璃的一種；多個驅(qū)動檢測電極為扇形圓環(huán)，并中心對稱。
[0019]進(jìn)一步的，所述用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋由熱發(fā)泡工藝制備而成;所述玻璃封裝殼蓋結(jié)構(gòu)材料的熱膨脹系數(shù)與基底主體部分材料的熱膨脹系數(shù)匹配;所述玻璃封裝殼蓋的直徑大于所述半球諧振子的直徑;所述玻璃封裝殼蓋的高度大于所述半球諧振子的高度;所述玻璃封裝殼蓋與基底直接鍵合或通過一層中間層鍵合實現(xiàn)真空封裝。
[0020]進(jìn)一步的，所述多個嵌入基底的非平面電極與半球諧振子的間距范圍為Ium-500um，最佳間距由半球諧振子尺寸和真空封裝后的真空度決定。
[0021 ]進(jìn)一步的，所述吸氣劑在真空封裝前放入，吸氣劑在玻璃封裝殼蓋上或在基底上，實現(xiàn)鍵合后進(jìn)行激活。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用了熱發(fā)泡法圓片級制備尺寸lmm-30mm量級的半球諧振子，降低了半球諧振子的加工難度;本發(fā)明實現(xiàn)了真空封裝和垂直引出。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢:
[0024]1.本發(fā)明可實現(xiàn)較高的真空度，降低能量損耗，提高器件的性能；
[0025]2.自對準(zhǔn)柱子插入基底里，提高了半球諧振子的環(huán)境魯棒性和抗沖擊能力；
[0026]3.半球諧振子采用無定形材料，可選用超低膨脹系數(shù)材料，可實現(xiàn)高品質(zhì)因子，提尚器件性能；
[0027]4.本發(fā)明采用直接真空封裝方式，可采用第二次真空封裝，采用兩級真空封裝，實現(xiàn)低氣體泄露率；
[0028]5.采用非平面電極，降低了電極組裝的難度。
【附圖說明】
[0029]圖1a-圖1e是實施例1所述的殼體諧振器的截面圖:圖1a是殼體諧振器真空封裝后整體結(jié)構(gòu)截面示意圖，圖1b是整體結(jié)構(gòu)截面圖1a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖一，圖1c是整體結(jié)構(gòu)截面圖1a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖二，圖1d是整體結(jié)構(gòu)截面圖1a局部III半球諧振子自對準(zhǔn)柱子與基底連接處截面示意圖一，圖1e是整體結(jié)構(gòu)截面圖1a局部III半球諧振子自對準(zhǔn)柱子與基底連接處截面示意圖二；
[0030]圖2a_圖2e是實施例2所述的殼體諧振器的截面圖:圖2a是殼體諧振器真空封裝后整體結(jié)構(gòu)截面示意圖，圖2b是整體結(jié)構(gòu)截面圖2a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖一，圖2c是整體結(jié)構(gòu)截面圖2a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖二，圖2d是整體結(jié)構(gòu)截面圖2a局部III半球諧振子自對準(zhǔn)柱子與基底連接處截面示意圖一，圖2e是整體結(jié)構(gòu)截面圖2a局部III半球諧振子自對準(zhǔn)柱子與基底連接處截面示意圖二；
[0031]圖3a_圖3c是實施例3所述的殼體諧振器的截面圖:圖3a是殼體諧振器真空封裝后整體結(jié)構(gòu)截面示意圖，圖3b是整體結(jié)構(gòu)截面圖3a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖一，圖3c是整體結(jié)構(gòu)截面圖3a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖二；
[0032]圖4a_圖4c是實施例4所述的殼體諧振器的截面圖:圖4a是殼體諧振器真空封裝后整體結(jié)構(gòu)截面示意圖，圖4b是整體結(jié)構(gòu)截面圖4a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖一，圖4c是整體結(jié)構(gòu)截面圖4a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖二；
[0033]圖5是圖1-圖4中的線1-1上的基底水平截面俯視圖，圖5為基底結(jié)構(gòu)的一種方案，反應(yīng)基底主體部分材料為E6.4的結(jié)構(gòu)材料:圖5a是對應(yīng)圖la、圖lb(圖中未標(biāo)出線1-1)、圖2b(圖中未標(biāo)出線1-1)、圖3a、圖3b(圖中未標(biāo)出線1-1)、圖4b(圖中未標(biāo)出線1-Ι)基底水平截面俯視圖，圖5a是電極設(shè)計的一種方案；圖5b是對應(yīng)圖1c (圖中未標(biāo)出線1-1 )、圖2a、圖2c(圖中未標(biāo)出線1-1)、圖3c(圖中未標(biāo)出線1-1)、圖4a、圖4c(圖中未標(biāo)出線1-Ι)基底水平截面俯視圖，圖5b是電極設(shè)計的另一種方案；
[0034]圖6是對應(yīng)圖5的另外一種基底水平截面俯視圖，圖6為基底結(jié)構(gòu)的另一種方案，反應(yīng)基底主體部分材料為E6.1的結(jié)構(gòu)材料:圖6a對應(yīng)圖5a，在圖1 -圖4中未圖示出這種結(jié)構(gòu)；圖6b對應(yīng)圖5b，在圖1-圖4中未圖示出這種結(jié)構(gòu)；
[0035]圖7為帶緣邊5的半球諧振子的諧振頻率仿真結(jié)果圖:圖7a為緣邊5的長度為200um時半球諧振子的諧振頻率隨緣邊5的厚度變化的趨勢圖，圖7b為緣邊5的厚度為10um時半球諧振子的諧振頻率隨緣邊5的長度變化的趨勢圖；
[0036]圖中，1-殼體，2-自對準(zhǔn)柱子，3-自對準(zhǔn)柱子空心處，4-導(dǎo)電包裹層，5-緣邊，6-半球諧振子內(nèi)表面導(dǎo)電層，Cl-玻璃封裝殼蓋殼體部分，C2-玻璃封裝殼蓋平面部分;El-環(huán)形激勵電極，E2-驅(qū)動檢測電極，E4-引出結(jié)構(gòu)，E6.1-電極外圍部分，E6.2-電極間的部分，E6.3-電極內(nèi)圍部分，E6.4-基底主體部分，E8-第一基底導(dǎo)電引出層，ElO-第二基底導(dǎo)電引出層。
【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。下列實施例僅用于說明本發(fā)明，但并不用來限定本發(fā)明的實施范圍。
[0038]下述實施例中所述的超低膨脹系數(shù)玻璃鈦硅酸鹽玻璃為含二氧化鈦的玻璃T12+Si〇2具體型號為Titanium silicate glass ULE?，其熱膨脹系數(shù)小于 15ppb/°C (5_35°C );超低熱膨脹系數(shù)指熱膨脹系數(shù)小于lppm/°C或10—6/°C。
[0039]實施例1
[0040]如圖1a-圖1e所示，本實例提供的具有抗沖擊能力的殼體諧振器，包括:
[0041]—個半球諧振子；
[0042]一個封裝和垂直互連的基底；
[0043]多個嵌入基底的非平面電極；
[0044]一個用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋；
[0045]其中，所述半球諧振子由殼體I和位于殼體I內(nèi)部中心軸處的自對準(zhǔn)柱子2組成，殼體I的內(nèi)表面和自對準(zhǔn)柱子2的表面均涂有一層導(dǎo)電層6;所述自對準(zhǔn)柱子2插入封裝和垂直互連的基底中，通過一層導(dǎo)電包裹層4與引出結(jié)構(gòu)E4連接引出；所述封裝和垂直互連的基底嵌入有多個非平面電極，其中包含驅(qū)動檢測電極E2和一個環(huán)形激勵電極El(也可以不設(shè)置環(huán)形激勵電極El)，其中驅(qū)動檢測電極E2包括偶數(shù)個驅(qū)動電極、偶數(shù)個檢測電極;所述引出結(jié)構(gòu)E4和多個非平面電極在封裝和垂直互連的基底背面通過第一基底導(dǎo)電引出層ES和第一基底導(dǎo)電引出層ElO引出；所述用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋C由玻璃封裝殼蓋殼體部分Cl和玻璃封裝殼蓋平面部分C2組成，并通過鍵合的方式實現(xiàn)與封裝和垂直互連的基底的真空封裝;所述真空封裝后的腔室在真空封裝前放入吸氣劑。
[0046]半球諧振子由熱發(fā)泡工藝制備而成;所述半球諧振子直徑范圍為lmm-30mm，優(yōu)選直徑范圍為2mm-10_ ；所述半球諧振子的結(jié)構(gòu)材料為無定形材料，包括硼娃酸鹽玻璃、石英玻璃、超低膨脹系數(shù)玻璃鈦硅酸鹽玻璃、金屬玻璃等，優(yōu)選材料為石英玻璃和超低膨脹系數(shù)玻璃鈦硅酸鹽玻璃;所述半球諧振子殼體I厚度從圓周處到極點沿經(jīng)度方向減小，圓周處殼體I厚度范圍為20um-800um，優(yōu)選值隨半球諧振子直徑變化;所述半球諧振子的深寬比范圍為0.5-1.5，優(yōu)選值為0.7-1.1；所述半球諧振子在基底上的投影區(qū)域在非平面電極內(nèi)邊沿和外邊沿之間;所述半球諧振子的內(nèi)表面涂有一層導(dǎo)電層6，導(dǎo)電層6材料可為半導(dǎo)體材料、金屬材料或其他導(dǎo)電材料，包括Au、Ir、W、Al203/W/Al203、Cr、Cr/Au、T1、Pt、TiN、63Hf02.37Ti02、HfO2.WO3.Ta205、Al203.Ti02、55Ta205.45TO3、37Ta205.63W03、Zn0/Ag/Zn0、Sn0x/Ag/Sn0x、Ti02/Ag/Ti0、TO3/Ag/Mo0、Mo03/Ag/Mo0、Nb205/Ag/Nb20、Zn0/Cu/Zn0 和 AZO/Mo/AZO等，導(dǎo)電層6厚度范圍為lnm-100nm，優(yōu)選值為5nm-50nmo
[0047]自對準(zhǔn)柱子2表面涂有一層導(dǎo)電層6，導(dǎo)電層材料與殼體I內(nèi)表面的導(dǎo)電層6材料一致，導(dǎo)電層6厚度范圍為Inm-lOOnm，優(yōu)選值為5nm-50nm;所述自對準(zhǔn)柱子2插入封裝和垂直互連的基底中，通過一層導(dǎo)電包裹層4與引出結(jié)構(gòu)E4連接直接插入至基底底部;所述自對準(zhǔn)柱子2插入基底中的深度大于50um或等于基底的厚度。
[0048]封裝和垂直互連的基底為復(fù)合型基底，由電極部分和主體部分組成，或者由電極部分、引出結(jié)構(gòu)和主體部分組成，主體部分的材料為硅或玻璃;所述封裝和垂直互連的基底嵌入有多個對稱非平面電極和引出結(jié)構(gòu);所述引出結(jié)構(gòu)E4為圓柱體、長方柱或帶扇形柱的圓柱體，優(yōu)選圓柱體;所述引出結(jié)構(gòu)E4材料為導(dǎo)電材料，包括高摻雜導(dǎo)電硅、因瓦合金、金屬或金屬玻璃等，優(yōu)選材料為高摻雜導(dǎo)電硅;所述引出結(jié)構(gòu)E4尺寸大于自對準(zhǔn)柱子2，尺寸范圍為100um-5mm，優(yōu)選值由半球諧振子直徑和自對準(zhǔn)柱子2尺寸決定。
[0049]多個嵌入基底的非平面電極材料為導(dǎo)電材料，包括高摻雜導(dǎo)電娃、因瓦合金、金屬或金屬玻璃等，優(yōu)選材料為高摻雜導(dǎo)電硅;多個驅(qū)動檢測電極E2為扇形圓環(huán)，并中心對稱。
[0050]用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋C由熱發(fā)泡工藝制備而成;所述玻璃封裝殼蓋C結(jié)構(gòu)材料的熱膨脹系數(shù)與基底主體部分材料的熱膨脹系數(shù)匹配;所述玻璃封裝殼蓋C的直徑大于所述半球諧振子的直徑;所述玻璃封裝殼蓋C的高度大于所述半球諧振子的高度;所述玻璃封裝殼蓋C與基底直接鍵合或通過一層中間層(未圖示)鍵合實現(xiàn)真空封裝。
[0051]多個嵌入基底的非平面電極與半球諧振子的間距范圍為lym-500Um，最佳間距由半球諧振子尺寸和真空封裝后的真空度決定。
[0052]吸氣劑(未圖示)在真空封裝前放入，吸氣劑(未圖示)可以在玻璃封裝殼蓋C上或在基底上，實現(xiàn)鍵合后進(jìn)彳T激活。
[0053]圖1a-圖1e是殼體諧振器的截面圖；其中，圖1a是殼體諧振器真空封裝后整體結(jié)構(gòu)截面示意圖，圖1b是整體結(jié)構(gòu)截面圖1a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖一，對應(yīng)圖5a;圖1c是整體結(jié)構(gòu)截面圖1a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖二，對應(yīng)圖5b;圖1d是整體結(jié)構(gòu)截面圖1a局部III半球諧振子自對準(zhǔn)柱子與基底連接處截面示意圖一，自對準(zhǔn)柱子2插入基底中但未到達(dá)基底底部；圖1e是整體結(jié)構(gòu)截面圖1a局部III半球諧振子自對準(zhǔn)柱子與基底連接處截面示意圖二，自對準(zhǔn)柱子2插入至基底底部。
[0054]圖5是圖1中的線1-1上的基底水平截面俯視圖，圖5為基底結(jié)構(gòu)的一種方案，反應(yīng)基底主體部分材料為E6.4的結(jié)構(gòu)材料，如硅；圖5a是電極設(shè)計的一種方案，圖中E2.1-E2.8為嵌入基底的八個驅(qū)動檢測電極；圖5b是電極設(shè)計的另一種方案，圖中El為環(huán)形激勵電極，圖中E2.1.1、E2.1.2-E2.8.1、E2.8.2為嵌入基底的八組驅(qū)動檢測電極；電極如上述可有多種設(shè)計方案，可設(shè)計為8個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.8，8組驅(qū)動檢測電極E2.1.1、E2.1.2-E2.8.1、E2.8.2和1個環(huán)形激勵電極E1，12個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.12，12組驅(qū)動檢測電極E2.1.1、E2.1.2-E2.12.1、E2.12.2和1個環(huán)形激勵電極E1，16個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.16，16組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.16.1、E2.16.2和I個環(huán)形激勵電極El，24個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.24，24組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.24.1、E2.24.2和I個環(huán)形激勵電極El，32個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.32，32組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.32.1、E2.32.2和I個環(huán)形激勵電極EI，36個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.36，36組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.36.1、E2.36.2和I個環(huán)形激勵電極EI，48個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.48，48組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.48.1、E2.48.2和I個環(huán)形激勵電極El，64個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.64，64組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.64.1、E2.64.2和I個環(huán)形激勵電極EI ；所述多個驅(qū)動檢測電極E2為扇形圓環(huán)，并中心對稱。
[0055]圖6是對應(yīng)圖5的另外一種基底水平截面俯視圖，圖6為基底結(jié)構(gòu)的另一種方案，反應(yīng)基底主體部分材料為E6.1的結(jié)構(gòu)材料，如硼硅酸鹽玻璃；圖5&是電極設(shè)計的一種方案，圖中E2.1-E2.8為嵌入基底的八個驅(qū)動檢測電極；圖5b是電極設(shè)計的另一種方案，圖中El為環(huán)形激勵電極，圖中E2.1.1、E2.1.2-E2.8.1、E2.8.2為嵌入基底的八組驅(qū)動檢測電極;電極如上述也可有多種設(shè)計方案。
[0056]實施例2
[0057]如圖2a_圖2e所示，本實例提供的具有抗沖擊能力的殼體諧振器，包括:
[0058]一個半球諧振子；
[0059]一個封裝和垂直互連的基底；
[0060]多個嵌入基底的非平面電極；
[0061]—個用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋；
[0062]其中，所述半球諧振子由殼體1、緣邊5和位于殼體I內(nèi)部中心軸處的自對準(zhǔn)柱子2組成，殼體I的內(nèi)表面和自對準(zhǔn)柱子2的表面涂有一層導(dǎo)電層6;所述自對準(zhǔn)柱子2插入封裝和垂直互連的基底中，通過一層導(dǎo)電包裹層4與引出結(jié)構(gòu)E4連接引出；所述封裝和垂直互連的基底嵌入有多個非平面電極，其中包含驅(qū)動檢測電極E2和一個環(huán)形激勵電極El(也可以不設(shè)置環(huán)形激勵電極El)，其中驅(qū)動檢測電極E2包括偶數(shù)個驅(qū)動電極、偶數(shù)個檢測電極;所述引出結(jié)構(gòu)E4和多個非平面電極在封裝和垂直互連的基底背面通過第一基底導(dǎo)電引出層ES和第一基底導(dǎo)電引出層ElO引出；所述用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋C通過鍵合的方式實現(xiàn)與封裝和垂直互連的基底的真空封裝;所述真空封裝后的腔室在真空封裝前放入吸氣劑。
[0063]半球諧振子由熱發(fā)泡工藝制備而成;所述半球諧振子直徑范圍為lmm-30mm，優(yōu)選直徑范圍為2mm-10_ ；所述半球諧振子的結(jié)構(gòu)材料為無定形材料，包括硼娃酸鹽玻璃、石英玻璃、超低膨脹系數(shù)玻璃鈦硅酸鹽玻璃、金屬玻璃等，優(yōu)選材料為石英玻璃和超低膨脹系數(shù)玻璃鈦硅酸鹽玻璃;所述半球諧振子殼體I厚度從圓周處到極點沿經(jīng)度方向減小，圓周處殼體I厚度范圍為20um-800um，優(yōu)選值隨半球諧振子直徑變化;所述半球諧振子的深寬比范圍為0.5-1.5，優(yōu)選值為0.7-1.1；所述半球諧振子在基底上的投影區(qū)域在非平面電極內(nèi)邊沿和外邊沿之間；所述半球諧振子有緣邊5，緣邊厚度和長度范圍為50um-800um;所述半球諧振子的內(nèi)表面涂有一層導(dǎo)電層6，導(dǎo)電層6材料可為半導(dǎo)體材料、金屬材料或其他導(dǎo)電材料，包括Au、Ir、W、Al203/W/Al203、Cr、Cr/Au、T1、Pt、TiN、63HfO2.37Ti02、HfO2.WO3.Ta2O5'Al2O3.Ti02、55Ta205.45TO3、37Ta205.63TO3、Zn0/Ag/Zn0、Sn0x/Ag/Sn0x、Ti02/Ag/Ti0、TO3/Ag/Mo0、Mo03/Ag/Mo0、Nb205/Ag/Nb20、Zn0/Cu/Zn0 和 AZO/Mo/AZO 等，導(dǎo)電層 6厚度范圍為lnm-100nm，優(yōu)選值為5nm_50nmo
[0064]自對準(zhǔn)柱子2表面涂有一層導(dǎo)電層6，導(dǎo)電層材料與殼體I內(nèi)表面的導(dǎo)電層6材料一致，導(dǎo)電層6厚度范圍為Inm-lOOnm，優(yōu)選值為5nm-50nm;所述自對準(zhǔn)柱子2插入封裝和垂直互連的基底中，通過一層導(dǎo)電包裹層4與引出結(jié)構(gòu)E4連接引出或直接插入至基底底部;所述自對準(zhǔn)柱子2插入基底中的深度大于50um或等于基底的厚度。
[0065]封裝和垂直互連的基底為復(fù)合型基底，由電極部分和主體部分組成，或者由電極部分、引出結(jié)構(gòu)和主體部分組成，主體部分材料為娃或玻璃;所述封裝和垂直互連的基底嵌入有多個對稱非平面電極和引出結(jié)構(gòu);所述引出結(jié)構(gòu)E4為圓柱體、長方柱或帶扇形柱的圓柱體，優(yōu)選圓柱體;所述引出結(jié)構(gòu)E4材料為導(dǎo)電材料，包括高摻雜導(dǎo)電硅、因瓦合金、金屬或金屬玻璃等，優(yōu)選材料為高摻雜導(dǎo)電硅;所述引出結(jié)構(gòu)E4尺寸大于自對準(zhǔn)柱子2，尺寸范圍為100um-5mm，優(yōu)選值由半球諧振子直徑和自對準(zhǔn)柱子2的尺寸決定。
[0066]多個嵌入基底的非平面電極材料為導(dǎo)電材料，包括高摻雜導(dǎo)電娃、因瓦合金、金屬或金屬玻璃等，優(yōu)選材料為高摻雜導(dǎo)電硅;所述多個嵌入基底的非平面電極包括偶數(shù)個或偶數(shù)組驅(qū)動檢測電極，還所述多個驅(qū)動檢測電極E2為扇形圓環(huán)，并中心對稱。
[0067]用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋C由熱發(fā)泡工藝制備而成;所述玻璃封裝殼蓋C結(jié)構(gòu)材料的熱膨脹系數(shù)與基底主體部分材料的熱膨脹系數(shù)匹配;所述玻璃封裝殼蓋C的直徑大于所述半球諧振子的直徑;所述玻璃封裝殼蓋C的高度大于所述半球諧振子的高度;所述玻璃封裝殼蓋C與基底直接鍵合或通過一層中間層(未圖示)鍵合實現(xiàn)真空封裝。
[0068]多個嵌入基底的非平面電極與半球諧振子的間距范圍為1μπι-500μπι，最佳間距由半球諧振子尺寸和真空封裝后的真空度決定。
[0069]吸氣劑(未圖示)在真空封裝前放入，吸氣劑(未圖示)可以在玻璃封裝殼蓋C上或在基底上，實現(xiàn)鍵合后進(jìn)行激活。
[0070]圖2a_圖2e是殼體諧振器的截面圖；其中，圖2a是殼體諧振器真空封裝后整體結(jié)構(gòu)截面示意圖，圖2b是整體結(jié)構(gòu)截面圖2a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖一，對應(yīng)圖5a;圖2c是整體結(jié)構(gòu)截面圖2a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖二，對應(yīng)圖5b;圖2d是整體結(jié)構(gòu)截面圖2a局部III半球諧振子自對準(zhǔn)柱子與基底連接處截面示意圖一，自對準(zhǔn)柱子2插入基底中但未到達(dá)基底底部；圖2e是整體結(jié)構(gòu)截面圖2a局部III半球諧振子自對準(zhǔn)柱子與基底連接處截面示意圖二，自對準(zhǔn)柱子2插入至基底底部。
[0071]圖5是圖2中的線1-1上的基底水平截面俯視圖，圖5為基底結(jié)構(gòu)的一種方案，反應(yīng)基底主體部分材料為E6.4的結(jié)構(gòu)材料，如硅；圖5a是電極設(shè)計的一種方案，圖中E2.1-E2.8為嵌入基底的八個驅(qū)動檢測電極；圖5b是電極設(shè)計的另一種方案，圖中El為環(huán)形激勵電極，圖中E2.1.1、E2.1.2-E2.8.1、E2.8.2為嵌入基底的八組驅(qū)動檢測電極；電極如上述可有多種設(shè)計方案，可設(shè)計為8個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.8，8組驅(qū)動檢測電極E2.1.1、E2.1.2-E2.8.1、E2.8.2和1個環(huán)形激勵電極E1，12個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.12，12組驅(qū)動檢測電極E2.1.1、E2.1.2-E2.12.1、E2.12.2和1個環(huán)形激勵電極E1，16個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.16，16組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.16.1、E2.16.2和I個環(huán)形激勵電極El，24個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.24，24組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.24.1、E2.24.2和I個環(huán)形激勵電極El，32個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.32，32組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.32.1、E2.32.2和I個環(huán)形激勵電極EI，36個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.36，36組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.36.1、E2.36.2和I個環(huán)形激勵電極EI，48個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.48，48組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.48.1、E2.48.2和I個環(huán)形激勵電極El，64個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.64，64組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.64.1、E2.64.2和I個環(huán)形激勵電極EI ；所述多個驅(qū)動檢測電極E2為扇形圓環(huán)，并中心對稱。
[0072]圖6是對應(yīng)圖5的另外一種基底水平截面俯視圖，圖6為基底結(jié)構(gòu)的另一種方案，反應(yīng)基底主體部分材料為E6.1的結(jié)構(gòu)材料，如硼硅酸鹽玻璃；圖5&是電極設(shè)計的一種方案，圖中E2.1-E2.8為嵌入基底的八個驅(qū)動檢測電極；圖5b是電極設(shè)計的另一種方案，圖中El為環(huán)形激勵電極，圖中E2.1.1、E2.1.2-E2.8.1、E2.8.2為嵌入基底的八組驅(qū)動檢測電極;電極如上述也可有多種設(shè)計方案。
[0073]圖7是帶緣邊5的半球諧振子的諧振頻率仿真結(jié)果圖，仿真的半球諧振子的參數(shù)為半徑3mm，殼體厚度lOOum，自對準(zhǔn)柱子為半徑150um的圓柱；圖7a為緣邊5長度為200um時厚度從50um以50um的步長增加至300um的半球諧振子的各階諧振頻率值；圖7b為緣邊5厚度為10um時長度從50um以50um的步長增加至400um的半球諧振子的各階諧振頻率值;仿真結(jié)果選用工作頻率大于5kHz的設(shè)計。
[0074]實施例3
[0075]如圖3a_圖3c所示，本實例提供的具有抗沖擊能力的殼體諧振器，包括:
[0076]一個半球諧振子；
[0077]一個封裝和垂直互連的基底；
[0078]多個嵌入基底的非平面電極；
[0079]—個用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋；
[0080]其中，所述半球諧振子由殼體I和位于殼體I內(nèi)部中心軸處的自對準(zhǔn)柱子2組成，殼體I的內(nèi)表面和自對準(zhǔn)柱子2的表面涂有一層導(dǎo)電層6;所述自對準(zhǔn)柱子2插入封裝和垂直互連的基底中，通過一層導(dǎo)電包裹層4與引出結(jié)構(gòu)E4連接引出；所述封裝和垂直互連的基底嵌入有多個非平面電極，其中包含驅(qū)動檢測電極E2和一個環(huán)形激勵電極El(也可以不設(shè)置環(huán)形激勵電極El)，其中驅(qū)動檢測電極E2包括偶數(shù)個驅(qū)動電極、偶數(shù)個檢測電極;所述引出結(jié)構(gòu)E4和多個非平面電極在封裝和垂直互連的基底背面通過第一基底導(dǎo)電引出層ES和第一基底導(dǎo)電引出層ElO引出;所述用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋C通過鍵合的方式實現(xiàn)與封裝和垂直互連的基底的真空封裝；所述真空封裝后的腔室在真空封裝前放入吸氣劑(未圖示)。
[0081 ] 所述半球諧振子由熱發(fā)泡工藝制備而成;所述半球諧振子直徑范圍為lmm-30mm，優(yōu)選直徑范圍為2mm-10_ ；所述半球諧振子的結(jié)構(gòu)材料為無定形材料，包括硼娃酸鹽玻璃、石英玻璃、超低膨脹系數(shù)玻璃鈦硅酸鹽玻璃、金屬玻璃等，優(yōu)選材料為石英玻璃和超低膨脹系數(shù)玻璃鈦硅酸鹽玻璃;所述半球諧振子殼體I厚度從圓周處到極點沿經(jīng)度方向減小，圓周處殼體I厚度范圍為20um-800um，優(yōu)選值隨半球諧振子直徑變化;所述半球諧振子的深寬比范圍為0.5-1.5，優(yōu)選值為0.7-1.1;所述半球諧振子在基底上的投影區(qū)域在非平面電極內(nèi)邊沿和外邊沿之間；所述半球諧振子的內(nèi)表面涂有一層導(dǎo)電層6，導(dǎo)電層6材料可為半導(dǎo)體材料、金屬材料或其他導(dǎo)電材料，包括Au、Ir、W、Al203/W/Al203、Cr、Cr/Au、T1、Pt、TiN、63Hf02.37Ti02、HfO2.WO3.Ta2O5^l2O3.Ti02、55Ta205.45TO3、37Ta205.63W03、Zn0/Ag/ZnO、SnOx/Ag/SnOx、T i02/Ag/Ti 0、W03/Ag/Mo0、Mo03/Ag/Mo0、Nb205/Ag/Nb20、Zn0/Cu/Zn0 和AZO/Mo/AZO等，導(dǎo)電層6厚度范圍為lnm-100nm，優(yōu)選值為5nm_50nm。
[0082]自對準(zhǔn)柱子2表面涂有一層導(dǎo)電層6，導(dǎo)電層材料與殼體I內(nèi)表面的導(dǎo)電層6材料一致，導(dǎo)電層6厚度范圍為Inm-lOOnm，優(yōu)選值為5nm-50nm;所述自對準(zhǔn)柱子2的底部與殼體圓周處齊平;所述自對準(zhǔn)柱子2插入封裝和垂直互連的基底中，通過一層導(dǎo)電包裹層4與引出結(jié)構(gòu)E4連接引出；所述自對準(zhǔn)柱子2插入基底中的深度大于50um。
[0083]封裝和垂直互連的基底為復(fù)合型基底，由電極部分和主體部分組成，或者由電極部分、引出結(jié)構(gòu)和主體部分組成，主體部分材料為娃或玻璃;所述封裝和垂直互連的基底嵌入有多個非平面電極和引出結(jié)構(gòu)E4;所述引出結(jié)構(gòu)E4為圓柱體、長方柱或帶扇形柱的圓柱體，優(yōu)選圓柱體;所述引出結(jié)構(gòu)E4材料為導(dǎo)電材料，包括高摻雜導(dǎo)電硅、因瓦合金、金屬或金屬玻璃等，優(yōu)選材料為高摻雜導(dǎo)電硅;所述引出結(jié)構(gòu)E4尺寸大于自對準(zhǔn)柱子2，尺寸范圍為100um-5mm，優(yōu)選值由半球諧振子直徑和自對準(zhǔn)柱子2尺寸決定。
[0084]多個嵌入基底的非平面電極與所述引出結(jié)構(gòu)E4齊平;所述多個嵌入基底的非平面電極材料為導(dǎo)電材料，包括高摻雜導(dǎo)電硅、因瓦合金、金屬或金屬玻璃等，優(yōu)選材料為高摻雜導(dǎo)電硅;多個驅(qū)動檢測電極E2為扇形圓環(huán)，并中心對稱。
[0085]用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋C由熱發(fā)泡工藝制備而成;所述玻璃封裝殼蓋C結(jié)構(gòu)材料的熱膨脹系數(shù)與基底主體部分材料的熱膨脹系數(shù)匹配;所述玻璃封裝殼蓋C的直徑大于所述半球諧振子的直徑;所述玻璃封裝殼蓋C的高度大于所述半球諧振子的高度;所述玻璃封裝殼蓋C與基底直接鍵合或通過一層中間層(未圖示)鍵合實現(xiàn)真空封裝。
[0086]多個嵌入基底的非平面電極與半球諧振子的間距范圍為lum-500um，最佳間距由半球諧振子尺寸和真空封裝后的真空度決定。
[0087]吸氣劑(未圖示)在真空封裝前放入，吸氣劑(未圖示)可以在玻璃封裝殼蓋C上或在基底上，實現(xiàn)鍵合后進(jìn)行激活。
[0088]圖3a_圖3c是殼體諧振器的截面圖；其中，圖3a是殼體諧振器真空封裝后整體結(jié)構(gòu)截面示意圖，圖3b是整體結(jié)構(gòu)截面圖3a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖一，對應(yīng)圖5a;圖3c是整體結(jié)構(gòu)截面圖3a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖二，對應(yīng)圖5b ο
[0089]圖5是圖3中的線1-1上的基底水平截面俯視圖，圖5為基底結(jié)構(gòu)的一種方案，反應(yīng)基底主體部分材料為E6.4的結(jié)構(gòu)材料，如硅；圖5a是電極設(shè)計的一種方案，圖中E2.1-E2.8為嵌入基底的八個驅(qū)動檢測電極；圖5b是電極設(shè)計的另一種方案，圖中El為環(huán)形激勵電極，圖中E2.1.1、E2.1.2-E2.8.1、E2.8.2為嵌入基底的八組驅(qū)動檢測電極；電極如上述可有多種設(shè)計方案，可設(shè)計為8個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.8，8組驅(qū)動檢測電極E2.1.1、E2.1.2-E2.8.1、E2.8.2和1個環(huán)形激勵電極E1，12個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.12，12組驅(qū)動檢測電極E2.1.1、E2.1.2-E2.12.1、E2.12.2和1個環(huán)形激勵電極E1，16個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.16，16組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.16.1、E2.16.2和I個環(huán)形激勵電極El，24個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.24，24組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.24.1、E2.24.2和I個環(huán)形激勵電極El，32個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.32，32組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.32.1、E2.32.2和I個環(huán)形激勵電極EI，36個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.36，36組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.36.1、E2.36.2和I個環(huán)形激勵電極EI，48個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.48，48組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.48.1、E2.48.2和I個環(huán)形激勵電極El，64個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.64，64組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.64.1、E2.64.2和I個環(huán)形激勵電極EI ；所述多個驅(qū)動檢測電極E2為扇形圓環(huán)，并中心對稱。
[0090]圖6是對應(yīng)圖5的另外一種基底水平截面俯視圖，圖6為基底結(jié)構(gòu)的另一種方案，反應(yīng)基底主體部分材料為E6.1的結(jié)構(gòu)材料，如硼硅酸鹽玻璃；圖5&是電極設(shè)計的一種方案，圖中E2.1-E2.8為嵌入基底的八個驅(qū)動檢測電極；圖5b是電極設(shè)計的另一種方案，圖中El為環(huán)形激勵電極，圖中E2.1.1、E2.1.2-E2.8.1、E2.8.2為嵌入基底的八組驅(qū)動檢測電極;電極如上述也可有多種設(shè)計方案。
[0091 ] 實施例4
[0092]如圖4a_圖4c所示，本實例提供的具有抗沖擊能力的殼體諧振器，包括:
[0093]一個半球諧振子；
[0094]一個封裝和垂直互連的基底；
[0095]多個嵌入基底的非平面電極；
[0096]—個用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋；
[0097]其中，所述半球諧振子由殼體1、緣邊5和位于殼體I內(nèi)部中心軸處的自對準(zhǔn)柱子2組成，殼體I的內(nèi)表面和自對準(zhǔn)柱子2的表面涂有一層導(dǎo)電層6;所述自對準(zhǔn)柱子2插入封裝和垂直互連的基底中，通過一層導(dǎo)電包裹層4與引出結(jié)構(gòu)E4連接引出；所述封裝和垂直互連的基底嵌入有多個非平面電極，其中包含驅(qū)動檢測電極E2和一個環(huán)形激勵電極El(也可以不設(shè)置環(huán)形激勵電極El)，其中驅(qū)動檢測電極E2包括偶數(shù)個驅(qū)動電極、偶數(shù)個檢測電極;所述引出結(jié)構(gòu)E4和多個非平面電極在封裝和垂直互連的基底背面通過第一基底導(dǎo)電引出層ES和第一基底導(dǎo)電引出層ElO引出；所述用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋C通過鍵合的方式實現(xiàn)與封裝和垂直互連的基底的真空封裝;所述真空封裝后的腔室在真空封裝前放入吸氣劑(未圖示)。
[0098]半球諧振子由熱發(fā)泡工藝制備而成;所述半球諧振子直徑范圍為lmm-30mm，優(yōu)選直徑范圍為2mm-10_ ；所述半球諧振子的結(jié)構(gòu)材料為無定形材料，包括硼娃酸鹽玻璃、石英玻璃、超低膨脹系數(shù)玻璃鈦硅酸鹽玻璃、金屬玻璃等，優(yōu)選材料為石英玻璃和超低膨脹系數(shù)玻璃鈦硅酸鹽玻璃;所述半球諧振子殼體I厚度從圓周處到極點沿經(jīng)度方向減小，圓周處殼體I厚度范圍為20um-800um，優(yōu)選值隨半球諧振子直徑變化;所述半球諧振子的深寬比范圍為0.5-1.5，優(yōu)選值為0.7-1.1；所述半球諧振子在基底上的投影區(qū)域在非平面電極內(nèi)邊沿和外邊沿之間；所述半球諧振子有緣邊5，緣邊厚度和長度范圍為50um-800um;所述半球諧振子的內(nèi)表面涂有一層導(dǎo)電層6，導(dǎo)電層6材料可為半導(dǎo)體材料、金屬材料或其他導(dǎo)電材料，包括Au、Ir、W、Al203/W/Al203、Cr、Cr/Au、T1、Pt、TiN、63HfO2.37Ti02、HfO2.WO3.Ta2O5'Al2O3.Ti02、55Ta205.45TO3、37Ta205.63TO3、Zn0/Ag/Zn0、Sn0x/Ag/Sn0x、Ti02/Ag/Ti0、TO3/Ag/Mo0、Mo03/Ag/Mo0、Nb205/Ag/Nb20、Zn0/Cu/Zn0 和 AZO/Mo/AZO 等，導(dǎo)電層 6厚度范圍為lnm-100nm，優(yōu)選值為5nm_50nmo
[0099]自對準(zhǔn)柱子2表面涂有一層導(dǎo)電層6，導(dǎo)電層材料與殼體I內(nèi)表面的導(dǎo)電層6材料一致，導(dǎo)電層6厚度范圍為Inm-lOOnm，優(yōu)選值為5nm-50nm;所述自對準(zhǔn)柱子2的底部與殼體圓周處齊平;所述自對準(zhǔn)柱子2插入封裝和垂直互連的基底中，通過另一層導(dǎo)電包裹層4與引出結(jié)構(gòu)E4連接引出；所述自對準(zhǔn)柱子2插入基底中的深度大于50um。
[0100]封裝和垂直互連的基底為復(fù)合型基底，由電極部分和主體部分組成，或者由電極部分、引出結(jié)構(gòu)和主體部分組成，主體部分材料為娃或玻璃;所述封裝和垂直互連的基底嵌入有多個非平面電極和引出結(jié)構(gòu)E4;所述引出結(jié)構(gòu)E4為圓柱體、長方柱或帶扇形柱的圓柱體，優(yōu)選圓柱體;所述引出結(jié)構(gòu)E4材料為導(dǎo)電材料，包括高摻雜導(dǎo)電硅、因瓦合金、金屬或金屬玻璃等，優(yōu)選材料為高摻雜導(dǎo)電硅;所述引出結(jié)構(gòu)E4尺寸大于自對準(zhǔn)柱子2，尺寸范圍為100um-5mm，優(yōu)選值由半球諧振子直徑和自對準(zhǔn)柱子2尺寸決定。
[0101]多個嵌入基底的非平面電極與所述引出結(jié)構(gòu)E4齊平;所述多個嵌入基底的非平面電極材料為導(dǎo)電材料，包括高摻雜導(dǎo)電硅、因瓦合金、金屬或金屬玻璃等，優(yōu)選材料為高摻雜導(dǎo)電硅;多個驅(qū)動檢測電極E2為扇形圓環(huán)，并中心對稱。
[0102]用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋C由熱發(fā)泡工藝制備而成;所述玻璃封裝殼蓋C結(jié)構(gòu)材料的熱膨脹系數(shù)與基底主體部分材料、電極部分材料的熱膨脹系數(shù)匹配;所述玻璃封裝殼蓋C的直徑大于所述半球諧振子的直徑;所述玻璃封裝殼蓋C的高度大于所述半球諧振子的高度;所述玻璃封裝殼蓋C與基底直接鍵合或通過一層中間層(未圖示)鍵合實現(xiàn)真空封裝。
[0103]多個嵌入基底的非平面電極與半球諧振子的間距范圍為lum-500um，最佳間距由半球諧振子尺寸和真空封裝后的真空度決定。
[0104]吸氣劑(未圖示)在真空封裝前放入，吸氣劑(未圖示)可以在玻璃封裝殼蓋C上或在基底上，實現(xiàn)鍵合后進(jìn)彳T激活。
[0105]圖4a_圖4c是殼體諧振器的截面圖；其中，圖4a是殼體諧振器真空封裝后整體結(jié)構(gòu)截面示意圖，圖4b是整體結(jié)構(gòu)截面圖4a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖一，對應(yīng)圖5a;圖4c是整體結(jié)構(gòu)截面圖4a局部II半球諧振子圓周處與基底截面示意圖二，對應(yīng)圖5b ο
[0106]圖5是圖4中的線1-1上的基底水平截面俯視圖，圖5為基底結(jié)構(gòu)的一種方案，反應(yīng)基底主體部分材料為E6.4的結(jié)構(gòu)材料，如硅；圖5a是電極設(shè)計的一種方案，圖中E2.1-E2.8為嵌入基底的八個驅(qū)動檢測電極；圖5b是電極設(shè)計的另一種方案，圖中El為環(huán)形激勵電極，圖中E2.1.1、E2.1.2-E2.8.1、E2.8.2為嵌入基底的八組驅(qū)動檢測電極；電極如上述可有多種設(shè)計方案，可設(shè)計為8個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.8，8組驅(qū)動檢測電極E2.1.1、E2.1.2-E2.8.1、E2.8.2和1個環(huán)形激勵電極E1，12個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.12，12組驅(qū)動檢測電極E2.1.1、E2.1.2-E2.12.1、E2.12.2和1個環(huán)形激勵電極E1，16個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.16，16組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.16.1、E2.16.2和I個環(huán)形激勵電極El，24個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.24，24組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.24.1、E2.24.2和I個環(huán)形激勵電極El，32個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.32，32組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.32.1、E2.32.2和I個環(huán)形激勵電極EI，36個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.36，36組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.36.1、E2.36.2和I個環(huán)形激勵電極EI，48個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.48，48組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.48.1、E2.48.2和I個環(huán)形激勵電極El，64個驅(qū)動檢測電極E2.1-E2.64，64組驅(qū)動檢測電極E2.I.1、E2.I.2-E2.64.1、E2.64.2和I個環(huán)形激勵電極EI ；所述多個驅(qū)動檢測電極E2為扇形圓環(huán)，并中心對稱。
[0107]圖6是對應(yīng)圖5的另外一種基底水平截面俯視圖，圖6為基底結(jié)構(gòu)的另一種方案，反應(yīng)基底主體部分材料為E6.1的結(jié)構(gòu)材料，如硼硅酸鹽玻璃；圖5&是電極設(shè)計的一種方案，圖中E2.1-E2.8為嵌入基底的八個驅(qū)動檢測電極；圖5b是電極設(shè)計的另一種方案，圖中El為環(huán)形激勵電極，圖中E2.1.1、E2.1.2-E2.8.1、E2.8.2為嵌入基底的八組驅(qū)動檢測電極;電極如上述也可有多種設(shè)計方案。
[0108]圖7是帶緣邊5的半球諧振子的諧振頻率仿真結(jié)果圖，仿真的半球諧振子的參數(shù)為半徑3mm，殼體厚度lOOum，自對準(zhǔn)柱子為半徑150um的圓柱；圖7a為緣邊5長度為200um時厚度從50um以50um的步長增加至300um的半球諧振子的各階諧振頻率值，圖7b為緣邊5厚度為10um時長度從50um以50um的步長增加至400um的半球諧振子的各階諧振頻率值，仿真結(jié)果選用工作頻率大于5kHz的設(shè)計。
[0109]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種具有抗沖擊能力的殼體諧振器，其特征在于:包括: 一個半球諧振子； 一個封裝和垂直互連的基底； 多個嵌入基底的非平面電極； 一個用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋； 其中，所述半球諧振子由殼體、位于殼體內(nèi)部中心軸處的自對準(zhǔn)柱子組成，殼體的內(nèi)表面、自對準(zhǔn)柱子的表面均涂有一層導(dǎo)電層;所述自對準(zhǔn)柱子插入所述封裝和垂直互連的基底中，通過一層導(dǎo)電包裹層與引出結(jié)構(gòu)連接引出；所述封裝和垂直互連的基底中嵌入有多個非平面電極，多個非平面電極包括驅(qū)動檢測電極，其中包含偶數(shù)個驅(qū)動電極、偶數(shù)個檢測電極；所述引出結(jié)構(gòu)和多個非平面電極在封裝和垂直互連的基底背面通過導(dǎo)電引出層引出；所述用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋通過鍵合的方式與封裝和垂直互連的基底真空封裝，并在真空封裝后的腔室內(nèi)放置有吸氣劑。2.如權(quán)利要求1所述的具有抗沖擊能力的殼體諧振器，其特征在于:多個非平面電極中還包括一個環(huán)形激勵電極。3.如權(quán)利要求1所述的具有抗沖擊能力的殼體諧振器，其特征在于:所述半球諧振子由熱發(fā)泡工藝制備而成;所述半球諧振子直徑范圍為所述半球諧振子的結(jié)構(gòu)材料為無定形材料，所述無定形材料為硼娃酸鹽玻璃、石英玻璃、超低膨脹系數(shù)玻璃鈦娃酸鹽玻璃或金屬玻璃的一種;所述半球諧振子的殼體厚度從圓周處到極點沿經(jīng)度方向減小，殼體圓周處的厚度范圍為20um-800um ；所述半球諧振子的深寬比范圍為0.5_1.5;所述半球諧振子在基底上的投影區(qū)域在非平面電極內(nèi)邊沿和外邊沿之間；涂在殼體的內(nèi)表面的導(dǎo)電層材料為半導(dǎo)體材料或金屬材料，導(dǎo)電層厚度范圍為Inm-1OOnm04.如權(quán)利要求1或3所述的具有抗沖擊能力的殼體諧振器，其特征在于:所述半球諧振子的殼體的端部設(shè)置有緣邊，緣邊內(nèi)表面也涂有導(dǎo)電層，緣邊厚度和長度范圍均為50um-800umo5.如權(quán)利要求1所述的具有抗沖擊能力的殼體諧振器，其特征在于:所述自對準(zhǔn)柱子表面的導(dǎo)電層的材料與殼體內(nèi)表面的導(dǎo)電層材料一致，導(dǎo)電層厚度范圍為lnm-1 OOnm ；所述自對準(zhǔn)柱子插入封裝和垂直互連的基底中，通過一層導(dǎo)電包裹層與引出結(jié)構(gòu)連接引出或直接插入至基底底部;所述自對準(zhǔn)柱子插入基底中的深度大于50um或等于基底厚度。6.如權(quán)利要求1所述的具有抗沖擊能力的殼體諧振器，其特征在于:所述封裝和垂直互連的基底為復(fù)合型基底，由電極部分和主體部分組成，或者由電極部分、引出結(jié)構(gòu)和主體部分組成，主體部分的材料為硅或玻璃;所述封裝和垂直互連的基底嵌入有多個非平面電極和引出結(jié)構(gòu);所述引出結(jié)構(gòu)為圓柱體、長方柱或帶扇形柱的圓柱體;所述引出結(jié)構(gòu)材料為導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料為高摻雜導(dǎo)電娃、因瓦合金、金屬或金屬玻璃的一種;所述引出結(jié)構(gòu)的尺寸大于自對準(zhǔn)柱子，尺寸范圍為100um-5mm。7.如權(quán)利要求1所述的具有抗沖擊能力的殼體諧振器，其特征在于:所述多個嵌入基底的非平面電極的材料為導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料為高摻雜導(dǎo)電硅、因瓦合金、金屬或金屬玻璃的一種;多個驅(qū)動檢測電極為扇形圓環(huán)，并中心對稱。8.如權(quán)利要求1所述的具有抗沖擊能力的殼體諧振器，其特征在于:所述用于真空封裝的玻璃封裝殼蓋由熱發(fā)泡工藝制備而成;所述玻璃封裝殼蓋結(jié)構(gòu)材料的熱膨脹系數(shù)與基底主體部分材料的熱膨脹系數(shù)匹配;所述玻璃封裝殼蓋的直徑大于所述半球諧振子的直徑；所述玻璃封裝殼蓋的高度大于所述半球諧振子的高度;所述玻璃封裝殼蓋與基底直接鍵合或通過一層中間層鍵合實現(xiàn)真空封裝。9.如權(quán)利要求1所述的具有抗沖擊能力的殼體諧振器，其特征在于:所述多個嵌入基底的非平面電極與半球諧振子的間距范圍為lum-500um，最佳間距由半球諧振子尺寸和真空封裝后的真空度決定。10.如權(quán)利要求1所述的具有抗沖擊能力的殼體諧振器，其特征在于:所述吸氣劑在真空封裝前放入，吸氣劑在玻璃封裝殼蓋上或在基底上，實現(xiàn)鍵合后進(jìn)行激活。
【文檔編號】G01C19/56GK106052664SQ201610375804
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】尚金堂, 羅斌, 張瑾
【申請人】東南大學(xué)