[發明專利]一種加速度計擺片平橋的蝕刻方法

有效

• 申請號: 201210414161.6
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN102923962A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 袁楓;張蘭;劉英;吳艷;秦淑斌;郭琳瑞;周峰
• 申請（專利權）人: 航天科工慣性技術有限公司
• 主分類號: C03C15/00
• 分類號: C03C15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種蝕刻方法，具體涉及一種加速度計擺片平橋的化學蝕刻方法，屬于加速度計擺片加工技術領域。

背景技術

擺片是加速度計的重要組成部分，通常包括平橋結構作為檢測質量塊的撓性支撐，因此平橋的加工精度對加速度計的性能有直接影響。擺片通常采用石英玻璃加工而成，具有硬脆的材料特性，傳統的機械加工方法適用性較差，因此在擺片生產中常用到化學蝕刻的方法來實現平橋部位的加工。

一種典型的擺片結構如圖1所示，該擺片平橋1為矩形薄片狀，其厚度小于0.1mm。為實現高的加速度檢測精度，加速度計的平橋處應形成力學性能穩定的撓性連接，因此加工中需嚴格控制平橋的厚度。

在現有已知技術中，平橋和窗口是分別加工的。首先利用超聲落料或化學蝕刻等形成平橋處三個窗口，再利用化學蝕刻達到所要的平橋厚度(窗口和平橋處化學蝕刻方法不同)。由于平橋尺寸小、厚度薄，而且特別易碎，厚度測量尤其是化學蝕刻時的在線厚度測量具有較大的難度，對平橋厚度的控制是通過估算蝕刻速率來進行的，即通過檢測試驗片蝕刻前后的厚度和蝕刻時間，獲得該批次腐蝕液的蝕刻速率。在平橋化學蝕刻中，利用該蝕刻速率，估算得到一定厚度平橋所需要的蝕刻時間，通過控制蝕刻時間來控制平橋厚度。

現有技術的缺點是，僅依靠估算蝕刻速率，控制蝕刻時間來控制平橋厚度，坯料蝕刻過程中和蝕刻完成后，均無法精確測量厚度，得到的平橋厚度精度不高。蝕刻速率在蝕刻過程中會隨蝕刻液濃度及溫度的變化而變化，因此，采用蝕刻速率來控制蝕刻時間不準確，得到的平橋厚度也會精確度不夠。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，提供一種改進的加速度計擺片平橋的蝕刻方法，提高蝕刻平橋厚度的精度。

本發明的技術解決方案：一種加速度計擺片平橋的蝕刻方法，通過以下步驟實現：

第一步，配制腐蝕液，

本發明可采用化學蝕刻中通用的腐蝕液，也可采用由水，氫氟酸和醋酸混合而成的腐蝕液，水、氫氟酸和醋酸的質量比為1∶0.1～0.2∶0.1～0.5。

第二步，估算蝕刻速率，

利用第一步配制的腐蝕液對厚度為a?1的試驗片進行蝕刻，蝕刻時間t，蝕刻后的試驗片厚度為a2，估算蝕刻速率為v＝(a1-a2)/t。所述的試驗片與擺片坯料的材料相同。

第三步，蝕刻窗口圖形，

利用第一步配制的腐蝕液在擺片坯料的雙面同一位置上蝕刻三個窗口圖形，窗口圖形蝕刻深度為擺片平橋設計厚度d的一半，蝕刻時間根據第二步的蝕刻速率計算t1＝d/2v。蝕刻完成后測量窗口圖形深度，若深度小于d/2，則繼續腐蝕適當時間，直至深度為d/2。若深度大于d/2，則為廢片。窗口刻蝕完成后，平橋部位的厚度比窗口部位薄d。

第四步，蝕刻平橋，

利用第一步配制的腐蝕液對三個窗口和平橋部位一同進行蝕刻，蝕刻時對三個窗口部位進行觀察，當三個窗口部位被蝕刻穿后，即三個窗口部位形成通孔后停止蝕刻，此時即形成兩個獨立的平橋結構。

根據石英玻璃的各向同性，同一個工件的窗口和平橋部位在相同的蝕刻條件下具有相同的蝕刻速率，因此最終形成的平橋的厚度為d。

第五步，激光修邊，

利用激光對蝕刻后的平橋邊緣進行加熱處理，使邊緣氣化或重熔，消除平橋邊緣因雙面各向同性腐蝕造成的斜邊。激光修邊采用的激光器為氣體激光器。

本發明的工作原理：

首先在坯料兩面同時蝕刻三窗口。由于坯料較厚，不易碎，可以在蝕刻過程中在線測量窗口深度。當窗口深度達到平橋設計厚度d的一半d/2時，停止蝕刻。此時，坯料的窗口部位比平橋部位薄d。

然后，將坯料置于腐蝕液中，開始同時蝕刻坯料兩面平橋部位和窗口部位。由于窗口部位比平橋部位薄d，當窗口部位蝕穿時，平橋部位厚度恰好為d。

由于窗口深度經過精確測量，窗口部位和平橋部位在同樣的環境中同時蝕刻，并且坯料材料是各向同性腐蝕的，所以使用本方法得到的平橋的厚度較現有方法得到的平橋厚度精度高。

本發明與現有技術相比的有益效果：

(1)本發明通過制作窗口參考面，在蝕刻過程中只需對窗口參考面的初始深度的進行測量即可精確控制平橋厚度，簡單易行，精度可靠，不會對坯料造成損害；

(2)本發明的窗口和平橋結構采用相同化學蝕刻的方法同時加工，保證了加工的一致性，利用窗口作為參考面，可以準確的獲得所要求的平橋厚度，蝕刻加工的平橋厚度精度可達±1μm，提高了加速度計擺片的加工精度；