CN103668054A - 一种石英微机械传感器电极蒸镀用的掩膜工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石英微机械传感器电极蒸镀用的掩膜工装，包括上掩膜板（10）、下掩膜板（30）和固定夹具（40）；上掩膜板（10）包括第一框架（1）和第一薄板（3）；下掩膜板（30）包括第二框架（5）和第二薄板（8）；第二薄板（8）通过激光焊接方式固定在第二框架（5）的上表面；在第二框架（5）横向上形成吸气孔（4）；在第二框架（5）上靠近所述第二薄板（8）的外边缘的圆周方向上形成吸气槽（7），且吸气槽（7）与吸气孔（4）相通；通过所述固定夹具（40）依次将上掩膜板（10）、待加工基片（20）和下掩膜板（30）固定。本发明的掩膜工装结构简单、便于机加制作，同时能够很好地实现对电极的双面掩膜蒸镀。

Description

一种石英微机械传感器电极蒸镀用的掩膜工装

技术领域

本发明涉及一种石英微机械传感器电极蒸镀用的掩膜工装。

背景技术

微机械传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器，与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。石英晶体由于其具有绝缘性好、温度稳定性好、机械性能良好、品质因数高以及易于制造加工等优点，广泛用于制备微机械传感器。如石英微机械陀螺、石英微机械加速度计、微机械石英压力传感器等。由于石英晶体的绝缘性与压电性，制备这些传感器时必须在其表面与侧面制备出分离的电极，表面电极可以通过蒸镀电极膜层后光刻得到，侧面电极的制备一般都是通过掩膜板遮盖住表面电极后进行二次蒸镀得到。

真空蒸发镀膜工艺由于其设备操作简单，厚度控制方便，生长机理单纯等特点。已经广泛应用于制备微机械石英传感器电极膜层的制备。但是为了提高电极膜层与石英基片的结合力，通常要对基片施加100℃左右的烘烤温度，而且在蒸发过程中由于蒸发舟的加热也会对基片进行加温，这个过程的温升速率大，最终的温度可大于200℃。通常使用的不锈钢金属掩膜板此时会出现较大的变形，使得对表面电极遮挡保护不好而发生短路现象。一般解决金属掩膜板在蒸发过程中的变形都是采用复杂的工装对掩膜板进行压紧固定，但这种工装机加困难，不适于大批量基片生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、便于机加制作的石英微机械传感器电极蒸镀用的掩膜工装，同时能够很好地实现对石英微机械传感器电极的双面掩膜蒸镀。

本发明包括如下技术方案：

一种石英微机械传感器电极蒸镀用的掩膜工装，包括上掩膜板、下掩膜板和固定夹具；所述上掩膜板包括第一框架和第一薄板；第一薄板通过激光焊接方式固定在第一框架的下表面；所述第一框架上形成第一锥形孔，第一锥形孔的上端直径比下端直径大；所述下掩膜板包括第二框架和第二薄板；第二薄板通过激光焊接方式固定在第二框架的上表面；所述第二框架上形成第二锥形孔，第二锥形孔的上端直径比下端直径小；在第二框架横向上形成吸气孔；在第二框架上靠近所述第二薄板的外边缘的圆周方向上形成吸气槽，且吸气槽与吸气孔相通；第一薄板与待加工基片的上表面接触；第二薄板与待加工基片的下表面接触；通过所述固定夹具将上掩膜板、待加工基片和下掩膜板固定；在第一薄板和第二薄板上分别形成与石英微机械传感器电极形状对应的图形；第一框架、第一薄板、第二框架、第二薄板和固定夹具的材料相同。

第一框架、第一薄板、第二框架、第二薄板和固定夹具均为因瓦合金材料。

所述第一薄板和第二薄板的厚度为40微米至130微米。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明上下掩膜板的薄板与框架焊接在一起，框架结构简单，便于机加制作，并且与框架焊接在一起，减少了薄板与框架的对准固定，便于生产操作。

本发明的工装通过采用上下掩膜板能实现基片的双面对准，双面掩膜蒸镀，相对于单面掩膜蒸镀，使基片可以在镀膜机中翻转镀膜，这样只需进行一次抽真空便能完成基片的两面掩膜蒸镀电极，不仅提高生产效率，减少工序时间，而且可以提高膜层质量。

本发明的第一框架、第一薄板、第二框架、第二薄板和固定夹具的材料相同，使得整个结构随温升变形相同，对基片上的图形能够起到非常好的掩膜作用。

附图说明

图1a为本发明的石英微机械传感器电极蒸镀用的掩膜工装的组装图；

图1b为本发明的石英微机械传感器电极蒸镀用的掩膜工装的分解图；

图2a为上掩膜板的下表面结构示意图；

图2b为上掩膜板中的第一框架立体示意图；

图3a为下掩膜板的上表面结构示意图；

图3b为下掩膜板中的第二框架立体示意图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

如图1所示，本发明提供了一种石英微机械传感器电极蒸镀用的掩膜工装100，该掩膜工装100包括上掩膜板10、下掩膜板30和固定夹具40。如图2所示，所述上掩膜板10包括第一框架1和第一薄板3；第一薄板3通过激光焊接方式固定在第一框架1下表面，面上留有的激光焊接点2不高于第一薄板3表面。所述第一框架1上形成第一锥形孔11，第一锥形孔的上端直径比下端直径大。如图3所示，所述下掩膜板30包括第二框架5和第二薄板8；第二薄板8通过激光焊接方式固定在第二框架5的上表面，面上留有的激光焊点6不高于第二薄板8表面；所述第二框架5上形成第二锥形孔12，第二锥形孔的上端直径比下端直径小；在第二框架5横向上形成吸气孔4；在第二框架5上靠近所述第二薄板8的外边缘圆周方向上形成吸气槽7，且吸气槽7与吸气孔4相通。第一薄板3与待加工基片20的上表面接触；第二薄板8与待加工基片20的下表面接触；通过所述固定夹具40将上掩膜板10、待加工基片20、和下掩膜板30固定；在第一薄板3和第二薄板8上分别形成与石英微机械传感器电极形状对应的图形。第一锥形孔和第二锥形孔的锥角根据掩膜板结构100在进行倾斜蒸镀时，使框架不对掩膜板图形区域造成遮挡来确定；例如可以取30°-60°。所述固定夹具40有4个，在第一框架1、第二框架5上分别形成4个安装槽，用于安装固定夹具40。

第一框架1、第一薄板3、第二框架5、第二薄板8、固定夹具40的材料均为因瓦合金材料，使得掩膜板在230℃以下变形很小。

所述第一薄板3和第二薄板8的厚度为40微米至130微米。

该掩膜工装结构简单坚固，易于加工与操作，整个工装采用因瓦合金材料，耐磨性好，适于重复使用，满足石英基片元件蒸镀电极的批量生产。

利用本发明的掩膜工装对基片进行固定的其中一个方法是：最先把下掩膜板30与基片20放入对位装置中进行对准操作，对准过程中两者相距一定的间距，此时下掩膜板30中有着第二薄板8的一面与基片20下表面相对放置。下掩膜板30中吸气孔4与有一定真空压力管道相连，基片20装载在一个固定装置中，当确定下掩膜板30与基片20对准后两者接触贴紧，打开真空开关，释放基片20，利用下掩膜板20中的吸气槽7把基片20固定在下掩膜板20上面。再次把上掩膜板10装载在对位装置中，此时上掩膜板10有第一薄板3的一面与基片20的上表面相对放置，对准过程中基片20与上掩膜板10相隔一定距离，对准后使基片20与上掩膜板10紧密贴近，安装上固定夹具40，关闭真空开关，完成基片20与上下掩膜板的两面对准固定。

利用本发明的掩膜工装对基片进行固定的另一个方法是：先把上掩膜板10，下掩膜板30放入对位装置中对准，此时两个掩膜板中具有薄板的一面相对放置，下掩膜板30中吸气孔4与有一定真空压力管道相连。当上下掩膜板对准后，再利用机械操作手把基片20放入对位装置中，让基片20与下掩膜板30进行对准，对准过程中两者相距一定距离，对准完成后机械操作手把基片20放置在下掩膜板30上，打开真空开关让下掩膜板吸紧基片，让上掩膜板10与基片20靠近便完成三者的对准，安装上固定夹具40，关闭真空开关，便完成基片20与上下掩膜板的对准固定。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种石英微机械传感器电极蒸镀用的掩膜工装，其特征在于，包括上掩膜板（10）、下掩膜板（30）和固定夹具（40）；所述上掩膜板（10）包括第一框架（1）和第一薄板（3）；第一薄板（3）通过激光焊接方式固定在第一框架（1）的下表面；所述第一框架（1）上形成第一锥形孔（11），第一锥形孔的上端直径比下端直径大；所述下掩膜板（30）包括第二框架（5）和第二薄板（8）；第二薄板（8）通过激光焊接方式固定在第二框架（5）的上表面；所述第二框架（5）上形成第二锥形孔（12），第二锥形孔的上端直径比下端直径小；在第二框架（5）横向上形成吸气孔（4）；在第二框架（5）上靠近所述第二薄板（8）的外边缘的圆周方向上形成吸气槽（7），且吸气槽（7）与吸气孔（4）相通；第一薄板（3）与待加工基片（20）的上表面接触；第二薄板（8）与待加工基片（20）的下表面接触；通过所述固定夹具（40）依次将上掩膜板（10）、待加工基片（20）和下掩膜板（30）固定；在第一薄板（3）和第二薄板（8）上分别形成与石英微机械传感器电极形状对应的图形；第一框架（1）、第一薄板（3）、第二框架（5）、第二薄板（8）和固定夹具（40）的材料相同。

2.如权利要求1所述的掩膜工装，其特征在于：第一框架（1）、第一薄板（3）、第二框架（5）、第二薄板（8）和固定夹具（40）均为因瓦合金材料。

3.如权利要求1所述的掩膜工装，其特征在于：所述第一薄板（3）和第二薄板（8）的厚度为40微米至130微米。

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