CN102923962A - 一种加速度计摆片平桥的蚀刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加速度计摆片平桥的蚀刻方法，通过蚀刻窗口参考面、同时蚀刻平桥和窗口等步骤实现对加速度计摆片平桥的精确刻蚀。本发明提供的方法只需对窗口参考面的初始深度进行测量即可精确控制平桥厚度，蚀刻加工的平桥厚度精度可达±1μm，提高了加速度计摆片的加工精度，蚀刻得到的平桥厚度，不受原材料、腐蚀液及蚀刻速率的影响。

Description

一种加速度计摆片平桥的蚀刻方法

技术领域

本发明涉及一种蚀刻方法，具体涉及一种加速度计摆片平桥的化学蚀刻方法，属于加速度计摆片加工技术领域。

背景技术

摆片是加速度计的重要组成部分，通常包括平桥结构作为检测质量块的挠性支撑，因此平桥的加工精度对加速度计的性能有直接影响。摆片通常采用石英玻璃加工而成，具有硬脆的材料特性，传统的机械加工方法适用性较差，因此在摆片生产中常用到化学蚀刻的方法来实现平桥部位的加工。

一种典型的摆片结构如图1所示，该摆片平桥1为矩形薄片状，其厚度小于0.1mm。为实现高的加速度检测精度，加速度计的平桥处应形成力学性能稳定的挠性连接，因此加工中需严格控制平桥的厚度。

在现有已知技术中，平桥和窗口是分别加工的。首先利用超声落料或化学蚀刻等形成平桥处三个窗口，再利用化学蚀刻达到所要的平桥厚度(窗口和平桥处化学蚀刻方法不同)。由于平桥尺寸小、厚度薄，而且特别易碎，厚度测量尤其是化学蚀刻时的在线厚度测量具有较大的难度，对平桥厚度的控制是通过估算蚀刻速率来进行的，即通过检测试验片蚀刻前后的厚度和蚀刻时间，获得该批次腐蚀液的蚀刻速率。在平桥化学蚀刻中，利用该蚀刻速率，估算得到一定厚度平桥所需要的蚀刻时间，通过控制蚀刻时间来控制平桥厚度。

现有技术的缺点是，仅依靠估算蚀刻速率，控制蚀刻时间来控制平桥厚度，坯料蚀刻过程中和蚀刻完成后，均无法精确测量厚度，得到的平桥厚度精度不高。蚀刻速率在蚀刻过程中会随蚀刻液浓度及温度的变化而变化，因此，采用蚀刻速率来控制蚀刻时间不准确，得到的平桥厚度也会精确度不够。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种改进的加速度计摆片平桥的蚀刻方法，提高蚀刻平桥厚度的精度。

本发明的技术解决方案：一种加速度计摆片平桥的蚀刻方法，通过以下步骤实现：

第一步，配制腐蚀液，

本发明可采用化学蚀刻中通用的腐蚀液，也可采用由水，氢氟酸和醋酸混合而成的腐蚀液，水、氢氟酸和醋酸的质量比为1∶0.1～0.2∶0.1～0.5。

第二步，估算蚀刻速率，

利用第一步配制的腐蚀液对厚度为a 1的试验片进行蚀刻，蚀刻时间t，蚀刻后的试验片厚度为a2，估算蚀刻速率为v＝(a1-a2)/t。所述的试验片与摆片坯料的材料相同。

第三步，蚀刻窗口图形，

利用第一步配制的腐蚀液在摆片坯料的双面同一位置上蚀刻三个窗口图形，窗口图形蚀刻深度为摆片平桥设计厚度d的一半，蚀刻时间根据第二步的蚀刻速率计算t1＝d/2v。蚀刻完成后测量窗口图形深度，若深度小于d/2，则继续腐蚀适当时间，直至深度为d/2。若深度大于d/2，则为废片。窗口刻蚀完成后，平桥部位的厚度比窗口部位薄d。

第四步，蚀刻平桥，

利用第一步配制的腐蚀液对三个窗口和平桥部位一同进行蚀刻，蚀刻时对三个窗口部位进行观察，当三个窗口部位被蚀刻穿后，即三个窗口部位形成通孔后停止蚀刻，此时即形成两个独立的平桥结构。

根据石英玻璃的各向同性，同一个工件的窗口和平桥部位在相同的蚀刻条件下具有相同的蚀刻速率，因此最终形成的平桥的厚度为d。

第五步，激光修边，

利用激光对蚀刻后的平桥边缘进行加热处理，使边缘气化或重熔，消除平桥边缘因双面各向同性腐蚀造成的斜边。激光修边采用的激光器为气体激光器。

本发明的工作原理：

首先在坯料两面同时蚀刻三窗口。由于坯料较厚，不易碎，可以在蚀刻过程中在线测量窗口深度。当窗口深度达到平桥设计厚度d的一半d/2时，停止蚀刻。此时，坯料的窗口部位比平桥部位薄d。

然后，将坯料置于腐蚀液中，开始同时蚀刻坯料两面平桥部位和窗口部位。由于窗口部位比平桥部位薄d，当窗口部位蚀穿时，平桥部位厚度恰好为d。

由于窗口深度经过精确测量，窗口部位和平桥部位在同样的环境中同时蚀刻，并且坯料材料是各向同性腐蚀的，所以使用本方法得到的平桥的厚度较现有方法得到的平桥厚度精度高。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明通过制作窗口参考面，在蚀刻过程中只需对窗口参考面的初始深度的进行测量即可精确控制平桥厚度，简单易行，精度可靠，不会对坯料造成损害；

(2)本发明的窗口和平桥结构采用相同化学蚀刻的方法同时加工，保证了加工的一致性，利用窗口作为参考面，可以准确的获得所要求的平桥厚度，蚀刻加工的平桥厚度精度可达±1μm，提高了加速度计摆片的加工精度；

(3)现有技术中的超声落料工艺方法中设备、工艺复杂、周转繁多，产品废品率高，且要消耗大量的成本进行落料冲头的加工，本发明提供的方法无需超声落料工艺，并且蚀刻窗口与平桥的工艺完全相同，简化了工艺流程，操作性强，具有成本优势；

(4)本发明利用具有精确深度的平桥窗口平面作参考，可精确控制平桥的厚度，因此蚀刻得到的平桥厚度，不受原材料、腐蚀液及蚀刻速率的影响。

附图说明

图1为加速度计摆片结构示意图；

图2为摆片窗口示意图；

图3为图2中A-A截面图；

图4为图3经蚀刻平桥后的结构示意图；

图5为蚀刻后的平桥截面示意图；

图6为本发明加工流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明进行详细描述。

本发明如图6所示，通过以下步骤实现：

1、配制腐蚀液，

配制由水，氢氟酸和醋酸混合而成，水、氢氟酸和醋酸的质量比为1∶0.15∶0.3的腐蚀液。

2、估算蚀刻速率，

测量试验片厚度为a1＝1mm，利用第一步配制的腐蚀液试验片进行双面蚀刻，蚀刻时间t＝60mi n后，试验片厚度变为a2＝0.88mm，估算蚀刻速率为v＝(a1-a2)/2t＝0.001mm/min。

3、蚀刻窗口图形，

利用第一步配制的腐蚀液在摆片坯料4的双面同一位置上蚀刻窗口，窗口图形如图2、3所示。窗口图形的蚀刻深度为摆片平桥设计厚度d＝0.06mm的一半，蚀刻时间根据第二步的蚀刻速率计算t1＝d/2v＝30mi n。蚀刻完成后测量窗口图形的深度为0.03mm，形成窗口参考面3，即窗口参考面比平桥面低0.03mm。

4、蚀刻平桥，

利用第一步配制的腐蚀液对窗口参考面3和平桥面2进行蚀刻，蚀刻时对窗口参考面3进行观察，当参考面3被蚀刻穿后，即窗口部位形成通孔后停止蚀刻，此时参考面3被蚀刻到位置6，平桥面2被蚀刻到位置5，形成薄板状的平桥结构1，如图4、5所示，平桥结构1的厚度为0.06mm。

第五步，激光修边，

利用气体激光器对蚀刻后的平桥结构1的边缘7进行加热处理，使边缘7气化或重熔，消除平桥边缘因双面各向同性腐蚀造成的斜边。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种加速度计摆片平桥的蚀刻方法，其特征在于通过以下步骤实现：

第一步，配制腐蚀液；

第二步，估算蚀刻速率；

第三步，蚀刻窗口参考面；

利用第一步配制的腐蚀液在摆片坯料的双面同一位置上蚀刻三个窗口图形，窗口图形蚀刻深度为摆片平桥设计厚度d的一半，即d/2；

第四步，同时蚀刻平桥和窗口，

利用第一步配制的腐蚀液对三个窗口和平桥部位一同进行蚀刻，蚀刻时对三个窗口部位进行观察，当三个窗口部位被蚀刻穿后，即三个窗口部位形成通孔后停止蚀刻，此时即形成两个独立的平桥结构，平桥的厚度为d；

第五步，激光修边。

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