选择性激光蚀刻石英谐振器制造技术

一种示例性检验质量块组件，该示例性检验质量块组件包括：检验质量块；检验质量块载体；挠曲件，该挠曲件将该检验质量块连接至该检验质量块载体，其中该检验质量块被配置为经由该挠曲件相对于该检验质量块载体旋转；第一谐振器，该第一谐振器连接至该检验质量块的第一主表面和该检验质量块载体的第一主表面；和第二谐振器，该第二谐振器连接至该检验质量块的第二主表面和该检验质量块载体的第二主表面，其中该检验质量块、该检验质量块载体、该挠曲件、该第一谐振器或该第二谐振器中的至少一者通过选择性激光蚀刻来形成。过选择性激光蚀刻来形成。过选择性激光蚀刻来形成。

【技术实现步骤摘要】
选择性激光蚀刻石英谐振器
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2022年5月25日提交的美国临时申请号63/365,301的权益；本申请要求2022年5月13日提交的美国临时申请63/364,692的权益，每个申请的全部内容以引用方式并入本文。


[0003]本公开涉及石英谐振器和振动梁加速度计(也称为谐振梁加速度计)。

技术介绍

[0004]加速度计通过检测在惯性力下检验质量块的位移起作用。一种检测力和加速度的技术是测量质量块相对于框架的位移。另一种技术是测量谐振器在抵消检验质量块的惯性力时诱导产生的力。例如，可通过测量谐振器的频率变化来确定加速度，该频率变化是由于经受加速度的检验质量块的牛顿力所生成的载荷变化引起的。

技术实现思路

[0005]本公开描述了选择性激光蚀刻的石英谐振器、选择性激光蚀刻的振动梁加速度计(VBA)以及用于制造激光蚀刻的石英谐振器和VBA的技术。例如，第一谐振器和第二谐振器中的一者或多者可通过选择性激光蚀刻石英基底来形成，以减少或消除通过湿法蚀刻形成的石英谐振器的侧壁上存在的微凸体和不需要的晶体平面。在一些示例中，本文所述的VBA可由检验质量块组件构成，该检验质量块组件由单一材料(例如，单个结晶石英基底)构成。在一些示例中，检验质量块组件可从单个单片石英基底激光蚀刻而成。在其他示例中，检验质量块组件可包括由相同材料单独制成并且随后在不使用附加材料的情况下附接的部件。例如，谐振器可由结晶石英形成，并且激光焊接至检验质量块和检验质量块载体，而不使用使检验质量块组件经受热和压力的任何粘结材料或粘结技术。无论是由相同的基底单片地形成，还是由相同的材料形成并随后激光焊接，本公开的装置和技术描述了包括单一材料的检验质量块组件，该单一材料在检验质量块组件的部件之间提供减小的和/或为零的热膨胀系数(CTE)差，从而提供改进的运动感测准确度和传感器鲁棒性。在一些示例中，VBA可由石英基底构成。在一些示例中，石英基底可以为结晶石英基底、单片石英基底或单片结晶石英基底。
[0006]在一些示例中，本公开描述了一种包括石英基底的检验质量块组件，该石英基底包括：检验质量块；检验质量块载体；挠曲件，该挠曲件将该检验质量块连接至该检验质量块载体，其中该检验质量块被配置为经由该挠曲件相对于该检验质量块载体旋转；第一谐振器，该第一谐振器连接至该检验质量块的第一主表面和该检验质量块载体的第一主表面；和第二谐振器，该第二谐振器连接至该检验质量块的第二主表面和该检验质量块载体的第二主表面，其中该检验质量块、该检验质量块载体、该挠曲件、该第一谐振器或该第二谐振器中的至少一者通过选择性激光蚀刻来形成。
[0007]在其他示例中，本公开描述了一种方法，该方法包括：在石英基底内选择性激光蚀刻第一谐振器；以及在该石英基底内选择性激光蚀刻第二谐振器。
[0008]在其他示例中，本公开描述了一种振动梁加速度计，该振动梁加速度计包括：至少一个阻尼板；至少一个应变隔离器；和检验质量块组件，该检验质量块组件包括：检验质量块；检验质量块载体；挠曲件，该挠曲件将该检验质量块连接至该检验质量块载体，其中该检验质量块被配置为经由该挠曲件相对于该检验质量块载体旋转；第一谐振器，该第一谐振器连接至该检验质量块的第一主表面和该检验质量块载体的第一主表面；和第二谐振器，该第二谐振器连接至该检验质量块的第二主表面和该检验质量块载体的第二主表面，其中该至少一个阻尼板、该至少一个应变隔离器和该检验质量块组件包括结晶石英，并且该检验质量块组件通过选择性激光蚀刻形成在石英基底内。
[0009]附图和以下描述中阐述了一个或多个示例的细节。其他特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求书中显而易见。
附图说明
[0010]图1A是示出示例性检验质量块组件的顶视图的概念图。
[0011]图1B是示出沿着AA
‑
AA线的图1A的示例性检验质量块组件的横截面侧视图的概念图。
[0012]图2是示例性谐振器的放大示意图。
[0013]图3是包括应变隔离器的示例性检验质量块组件的示例性检验质量块组件的放大示意图。
[0014]图4是示出加速度计系统的框图。
[0015]图5是示出制造检验质量块组件的示例性技术的流程图。
[0016]图6A是通过湿法蚀刻产生的石英谐振器的放大示意图。
[0017]图6B至图6C是图6A的横截面BB的放大示意图。
具体实施方式
[0018]导航系统和定位系统依赖于加速度计的准确度来在各种环境中执行关键操作。由于在生产此类加速度计时使用了不同类型的材料，因此可能因温度变化而在各种部件上施加热致应变(例如，力)。这些变化可能导致误差并降低加速度计的总体准确度、精度或灵敏度。振动梁加速度计(VBA)中热致误差的一个来源与VBA的谐振器与VBA的检验质量块和检验质量块载体之间的粘结机制有关。此类部件通常使用诸如环氧树脂材料或钎焊的粘合剂来接合，与检验质量块、检验质量块载体或谐振器相比，粘合剂具有更高的热膨胀率，例如更高的热膨胀系数(CTE)。这种响应于温度变化的微分体积变化可能在谐振器上诱导产生力，导致测量不准确。
[0019]振动梁加速度计(VBA)可包括由相同材料形成的部件。例如，检验质量块组件可由单片结晶石英基底形成(formed of/formed from)和/或在单片结晶石英基底内形成。针对石英谐振器的当前处理在顶表面和底表面上使用具有期望谐振器图案的掩模。然后，诸如通过使用氢氟酸(HF)溶液对暴露的石英进行湿法蚀刻。然而，由于石英的独特性质及其蚀刻特性，湿法蚀刻在谐振器的侧壁上产生蚀刻微凸体。在一些示例中，湿法蚀刻石英可导致
沿着谐振器的尖叉的侧壁产生三角形形状的微凸体。石英的湿法蚀刻通常导致对尖叉的非对称抽吸，因为这些抽吸可能仅发生在尖叉的一侧上。仅发生在尖叉的一侧上的侧壁蚀刻抽吸可导致侧向弯曲中性轴偏移，从而导致在尖叉的端部处产生非对称弹性边界条件。这可降低谐振器端部配置在操作期间消除端泵浦的能力，这可增加谐振器之间的交叉耦合。然后，这可驱动活性下降偏置误差。非对称边界条件还可降低尖叉之间的耦合系数，并且可使侧向尖叉位移在操作期间为非对称的。这可导致谐振器的品质因数(“Q”)损失。
[0020]此外，湿法蚀刻石英可导致产生在尖叉的端部或根部处非对称地发生且在尖叉的端部处表现为多小面圆角嵌条的抽吸。尖叉的端部处的多小面圆角嵌条可产生应力梯级，这可通过高动态载荷降低谐振器的生存能力。尖叉的端部处的多小面圆角嵌条还可造成有效尖叉长度的差异，这可使各个尖叉具有略微不同的解耦频率。这种效应连同尖叉之间耦合的降低可导致谐振器的耦合公共频率具有不稳定性。
[0021]在一些示例中，用于形成石英基底的当前处理使用标准激光烧蚀或标准激光切割来去除材料。在一些示例中，标准激光烧蚀或标准激光切割可导致剩余材料变热，这可导致在剩余材料中形成裂纹且材料结构发生不需要的变化。材料结构中裂纹的形成和不需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种检验质量块组件，所述检验质量块组件包括石英基底，所述石英基底包括：检验质量块；检验质量块载体；挠曲件，所述挠曲件将所述检验质量块连接至所述检验质量块载体，其中所述检验质量块被配置为经由所述挠曲件相对于所述检验质量块载体旋转；第一谐振器，所述第一谐振器连接至所述检验质量块的第一主表面和所述检验质量块载体的第一主表面；和第二谐振器，所述第二谐振器连接至所述检验质量块的第二主表面和所述检验质量块载体的第二主表面，其中所述检验质量块、所述检验质量块载体、所述挠曲件、所述第一谐振器或所述第二谐振器中的至少一者通过选择性激光蚀刻来形成。2.根据权利要求1所述的检验质量块组件，其中所述检验质量块、所述检验质量块载体、所述挠曲件、所述第一谐振器或所述第二谐振器中的所述至少一者通过选择性激光蚀刻来形成，所述选择性激光蚀刻包括：通过激光器改变所述检验质量块、所述检验质量块载体、所述挠曲件、所述第一谐振器或所述第二谐振器中的所述至少一者的各部分的一个或多个特性；以及通过湿法蚀刻去除所述检验质量块、所述检验质量块载体、所述挠曲件、所述第一谐振器或所述第二谐振器中的所述至少一者的改性部分。3.根据权利要求1所述的检验质量块组件，其中所述石英基底为结晶石英基底或单片基底，其中所述检验质量块的所述第一主表面与所述检验质量块的所述第二主表面相对，其中所述检验质量块载体的所述第一主表面与所述检验质量块载体的所述第二主表面相对。4.根据权利要求1所述的检验质量块组件，其中所述石英基底还包括：阻尼板，所述阻尼板连接至所述检验质量块载体并且被配置为限制所述检验质量块的旋转范围，其中所述阻尼板通过选择性激光蚀刻来形成。5.一种方法，所述方法包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：