一体式石英双振梁加速度计及制备方法技术

本发明专利技术的实施例公开了一种一体式石英双振梁加速度计及制备方法，该一体式石英双振梁加速度计包括：一体成型的装配区、挠性梁、振梁、质量块及金属电极，质量块通过挠性梁及振梁连接于装配区；挠性梁的上表面与质量块上表面之间的距离等于挠性梁的下表面与质量块下表面之间的距离，振梁的一端连接于装配区的上表面，另一端连接于质量块的上表面。该一体式石英双振梁加速度计一体成型，相比分体式具有结构紧凑、免装配、易加工的特点，另外采用双振梁，可以避免真空封装，在使用中更加稳定可靠，挠性梁位于质量块上下表面的中间，提高器件的灵敏度，挠性梁的厚度跟振梁的厚度可以不一致，增加了设计的自由度。

Integral Quartz Double Vibration Beam Accelerometer and Its Preparation Method

The embodiment of the present invention discloses an integral quartz double-vibrating beam accelerometer and its preparation method. The integral quartz double-vibrating beam accelerometer comprises an integral forming assembly area, a flexible beam, a vibrating beam, a mass block and a metal electrode, and the mass block is connected to the assembly area through a flexible beam and a vibrating beam; the distance between the upper surface of the flexible beam and the upper surface of the mass block is equal to the lower surface of the flexible beam. The distance between the surface and the lower surface of the mass block is that one end of the vibration beam is connected to the upper surface of the assembly area and the other end is connected to the upper surface of the mass block. The integral quartz double-vibrating-beam accelerometer has the characteristics of compact structure, no assembly and easy processing compared with the split-type accelerometer. In addition, the double-vibrating-beam can avoid vacuum encapsulation and is more stable and reliable in use. The flexible-beam is located in the middle of the upper and lower surfaces of the mass block, which improves the sensitivity of the device. The thickness of the flexible-beam can be different from that of the vibrating-beam and increases the installation. The degree of freedom of the meter.

【技术实现步骤摘要】
一体式石英双振梁加速度计及制备方法
本专利技术涉及微电子机械系统，具体涉及一种一体式石英双振梁加速度计及制备方法。
技术介绍
石英振梁加速度计是一种利用石英振梁的力-频特性敏感惯性力的MEMS惯性传感器，具有直接数字输出、偏置稳定性好、刻度因数稳定性好、量程设计灵活等优点，可广泛用于战术导弹姿态控制、惯性导航，地球资源勘探等领域，有着重要的军用价值和名用价值。目前的石英振梁加速度计主要分为一体式和分体式，分体式结构典型代表为Honeywell公司的RBA500，由石英双梁振梁与金属质量块组成，需精密装配，面临不同材料热失配以及胶老化的问题，长期稳定性和可靠性较差。一体式结构以法国ONERA设计的结构为典型代表，振梁与质量结构全部由石英材料组成，具有结构紧凑，一体成型的优点，但采用单振梁，需要真空封装，使用中真空度的改变会影响器件的性能。中国工程物理研究院电子工程研究所张照云等人针对上述问题提出了一种一体式石英双振梁加速度计（申请号：201811339689.5），具有结构紧凑，一体成型的优点，且可以避免真空封装的问题。但该加速度计的挠性梁位于质量块的一边，灵敏度没有挠性梁位于质量块上下表面中间的结构灵敏度高，该加速度计的挠性梁厚度跟振梁的厚度必须一样，限制了设计的自由度。针对这些问题，本专利技术提出了一种挠性梁位于质量块上下表面中间的结构，挠性梁的厚度跟振梁的厚度可以不一致，且提出了相应的制备工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种一体式石英双振梁加速度计及制备方法，该一体式石英双振梁加速度计一体成型，相比分体式具有结构紧凑、免装配、易加工的特点，另外采用双振梁，可以避免真空封装，在使用中更加稳定可靠，挠性梁位于质量块上下表面的中间，提高器件的灵敏度，挠性梁的厚度跟振梁的厚度可以不一致，增加了设计的自由度。。为了实现上述目的，根据本专利技术的一方面提供了一种一体式石英双振梁加速度计包括：一体成型的装配区、挠性梁、振梁、质量块及金属电极，所述质量块通过所述挠性梁及所述振梁连接于所述装配区；其中，所述振梁包括第一直梁及第二直梁，所述第一直梁及所述第二直梁并列设置，所述第一直梁及所述第二直梁的一端连接于所述装配区，另一端连接于所述质量块，所述金属电极设置所述第一直梁及所述第二直梁上，所述第一直梁及所述第二直梁上的金属电极的极性相反；其中，所述挠性梁包括两个连接梁，两个连接梁位于所述振梁的两侧，所述挠性梁的一端连接于所述装配区，另一端连接于所述质量块；其中，所述挠性梁及振梁的厚度小于所述装配区及所述质量块的厚度；所述挠性梁的上表面与所述质量块上表面之间的距离等于所述挠性梁的下表面与所述质量块下表面之间的距离，所述振梁的一端连接于所述装配区的上表面，另一端连接于所述质量块的上表面。优选地，所述装配区及所述质量块为凹字形，所述凹字形的缺口为凹陷区，所述质量块位于所述装配区的凹陷区内，所述质量块的凹陷区朝向所述质量块的凹陷区。优选地，所述装配区与所述质量块中线处于一条直线上，使所述一体式石英双振梁加速度计呈轴对称结构。优选地，所述振梁的一端连接于所述质量块的凹陷区，另一端连接于所述装配区，所述第一直梁与所述第二直梁以质量块的中线为轴线对称设置。优选地，所述挠性梁的一端连接于所述质量块为凹字形的突出部，另一端连接于所述装配区，两个所述连接梁以所述装配区的中线为轴线对称设置在所述振梁的两侧。优选地，所述装配区与所述质量块的厚度相同。优选地，所述金属电极包括第一电极、第二电极及引线；其中，所述第一电极包括第一左电极、第一中电极、第一右电极；所述第二电极包括第二左电极、第二中电极、第二右电极；所述引线包括第一引线及第二引线；其中，所述第一电极设置在所述第一直梁上，所述第二电极设置在所述第二直梁上；其中，所述第一左电极位于所述第一中电极左侧，所述第一右电极位于所述第一中电极右侧；所述第二左电极位于所述第二中电极左侧，所述第二右电极位于所述第二中电极右侧；其中，所述第一左电极连接于所述第一右电极，而后连接于所述第二中电极，所述第二左电极连接于所述第二右电极，而后连接于所述第一中电极；其中，所述第一引线连接于所述第一左电极，所述第二引线连接于所述第一中电极及所述第二右电极。根据本专利技术的另一方面提供了一种一体式石英双振梁加速度计的制备方法，所述制备方法包括：1）切割获取石英基片；2）在所述石英基片的上下表面溅射掩模；3）通过标定掩模去除区域，贯穿腐蚀去除所述振梁、所述质量块及所述挠性梁侧壁的晶棱；4）通过标定掩模去除区域，单面部分腐蚀，削减所述振梁的厚度；5）通过标定掩模去除区域，双面部分腐蚀削减所述挠性梁的厚度以及单面部分腐蚀继续消减所述振梁的厚度；6）在所述振梁上铺设金属电极，获取一体式石英双振梁加速度计。优选地，所述制备方法包括：1）原始材料采用双抛Z切石英单晶，获取厚度为400μm-600μm厚度的石英基片；2）在所述石英基片的表面依次溅射铬和金，在所述石英基片的上下表面形成厚度为2000Ǻ-4000Ǻ的石英腐蚀金属掩膜；3）通过双面涂胶及曝光在所述铬金掩模上显露第一掩模去除区域；4）通过金、铬腐蚀液腐蚀去除第一掩模去除区域上的铬金掩模，并去除光刻胶；5）通过饱和氟化氢铵溶液在第一掩模去除区域上双面腐蚀贯穿所述石英基片，去除所述振梁、质量块及所述挠性梁侧壁的晶棱；6）通过双面喷胶及一面曝光在所述铬金属掩模上显露第二掩模去除区域；7）通过金、铬腐蚀液腐蚀去除第二掩模去除区域上的铬金掩模，并去除光刻胶；8）通过饱和氟化氢铵溶液腐蚀液在第二掩模去除区域上单面部分腐蚀所述石英基片，使得所述振梁厚度减小，减小的厚度需要根据基片厚度以及所需挠性梁的厚度确定；9）通过双面喷胶及曝光在所述铬金掩模上显露第三掩模去除区域；10）通过金、铬腐蚀液腐蚀去除第三掩模去除区域上的铬金掩模，并去除光刻胶；11）通过饱和氟化氢铵溶液腐蚀液在第三掩模去除区域上双面部分腐蚀和继续在第二掩模去除区域上单面部分腐蚀所述石英基片，使得所述挠性梁以及振梁获得所需要的厚度；12）去除石英基片上的石英腐蚀金属掩膜，在所述振梁上溅射金属电极，所述金属电极的厚度为2000Ǻ-4000Ǻ。本专利技术的有益效果在于：1）本专利技术的一体式石英双振梁加速度计一体成型，相比分体式具有结构紧凑、免装配、易加工的特点。2）本专利技术的一体式石英双振梁加速度计采用双振梁，可以避免真空封装，在使用中更加稳定可靠。3）通过本专利技术的制备方法能够使一体式石英双振梁加速度计的规格得到准确控制，使一体式石英双振梁加速度计使用更为方便，测量更为准确。4）挠性梁位于质量块上下表面的中间，提高器件的灵敏度，挠性梁的厚度跟振梁的厚度可以不一致，增加了设计的自由度。附图说明图1示出了根据本专利技术的一个实施例一体式石英双振梁加速度计的示意性结构图；图2示出了根据本专利技术的一个实施例一体式石英双振梁加速度计的电机分布示意图；图3示出了根据本专利技术的一个实施例金属电极的示意性结构图；图4a-图4k示出了根据本专利技术的一个实施例一体式石英双振梁加速度计的制备工艺流程图；图5示出了根据本专利技术的一个实施例石英基片贯穿腐蚀示意图；图6示出了根据本专利技术的一个实施例石英基片部分腐蚀示意图。其中：1-装配区，2-挠性梁，3-振梁，4-质量块，5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一体式石英双振梁加速度计，其特征在于，该一体式石英双振梁加速度计包括：一体成型的装配区、挠性梁、振梁、质量块及金属电极，所述质量块通过所述挠性梁及所述振梁连接于所述装配区；其中，所述振梁包括第一直梁及第二直梁，所述第一直梁及所述第二直梁并列设置，所述第一直梁及所述第二直梁的一端连接于所述装配区，另一端连接于所述质量块，所述金属电极设置所述第一直梁及所述第二直梁上，所述第一直梁及所述第二直梁上的金属电极的极性相反；其中，所述挠性梁包括两个连接梁，两个连接梁位于所述振梁的两侧，所述挠性梁的一端连接于所述装配区，另一端连接于所述质量块；其中，所述挠性梁及振梁的厚度小于所述装配区及所述质量块的厚度；所述挠性梁的上表面与所述质量块上表面之间的距离等于所述挠性梁的下表面与所述质量块下表面之间的距离，所述振梁的一端连接于所述装配区的上表面，另一端连接于所述质量块的上表面。

【技术特征摘要】
1.一种一体式石英双振梁加速度计，其特征在于，该一体式石英双振梁加速度计包括：一体成型的装配区、挠性梁、振梁、质量块及金属电极，所述质量块通过所述挠性梁及所述振梁连接于所述装配区；其中，所述振梁包括第一直梁及第二直梁，所述第一直梁及所述第二直梁并列设置，所述第一直梁及所述第二直梁的一端连接于所述装配区，另一端连接于所述质量块，所述金属电极设置所述第一直梁及所述第二直梁上，所述第一直梁及所述第二直梁上的金属电极的极性相反；其中，所述挠性梁包括两个连接梁，两个连接梁位于所述振梁的两侧，所述挠性梁的一端连接于所述装配区，另一端连接于所述质量块；其中，所述挠性梁及振梁的厚度小于所述装配区及所述质量块的厚度；所述挠性梁的上表面与所述质量块上表面之间的距离等于所述挠性梁的下表面与所述质量块下表面之间的距离，所述振梁的一端连接于所述装配区的上表面，另一端连接于所述质量块的上表面。2.根据权利要求1所述的一体式石英双振梁加速度计，其特征在于，所述装配区及所述质量块为凹字形，所述凹字形的缺口为凹陷区，所述质量块位于所述装配区的凹陷区内，所述质量块的凹陷区朝向所述装配区的凹陷区。3.根据权利要求2所述的一体式石英双振梁加速度计，其特征在于，所述装配区与所述质量块中线处于一条直线上，使所述一体式石英双振梁加速度计呈轴对称结构。4.根据权利要求2所述的一体式石英双振梁加速度计，其特征在于，所述振梁的一端连接于所述质量块的凹陷区，另一端连接于所述装配区，所述第一直梁与所述第二直梁以质量块的中线为轴线对称设置。5.根据权利要求2所述的一体式石英双振梁加速度计，其特征在于，所述挠性梁的一端连接于所述质量块为凹字形的突出部，另一端连接于所述装配区，两个所述连接梁以所述装配区的中线为轴线对称设置在所述振梁的两侧。6.根据权利要求1所述的一体式石英双振梁加速度计，其特征在于，所述装配区与所述质量块的厚度相同。7.根据权利要求1所述的一体式石英双振梁加速度计，其特征在于，所述金属电极包括第一电极、第二电极及引线；其中，所述第一电极包括第一左电极、第一中电极、第一右电极；所述第二电极包括第二左电极、第二中电极、第二右电极；所述引线包括第一引线及第二引线；其中，所述第一电极设置在所述第一直梁上，所述第二电极设置在所述第二直梁上；其中，所述第一左电极位于所述第一中电极左侧，所述第一右电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：张照云，唐彬，刘显学，苏伟，高彩云，沈朝阳，熊壮，许蔚，彭勃，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51