[發明專利]一種石英音叉和基座的連接結構、連接方法及其應用

有效

• 申請號: 202010060372.9
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111256673B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 朱京;張琳琳;林立男
• 申請（專利權）人: 北京晨晶電子有限公司
• 主分類號: G01C19/5621
• 分類號: G01C19/5621;G01C19/5628
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 李亞南

本發明公開一種石英音叉與基座的連接結構，包括孤島、凸臺以及設置兩者之間用于將兩者相互連接的多層金屬膜層，所述孤島設置于石英音叉中心，所述凸臺設置于基座表面。本發明還提供上述石英音叉與基座連接結構的連接方法以及在石英音叉陀螺的應用。本發明采用微組裝工藝連接石英音叉和基座，基于材料的性質，從根本上解決了石英音叉與基座基于環氧樹脂粘接膠工藝所不可避免的溫度不匹配以及氣體釋放，可以有效改善石英陀螺的全溫性能與溫度穩定性，保證連接結構的強度及可靠性，同時采用MEMS工藝能夠兼容傳統自動粘接設備，通過特定的微組裝工藝參數保證了實現微米級微組裝精度。

技術領域

本發明涉及石英音叉陀螺加工領域，具體涉及一種石英音叉和基座的連接結構、連接方法及其應用。

背景技術

微機械陀螺是現代慣性導航與控制技術的核心部件，廣泛應用于航空航天、武器裝備、工業控制以及消費電子。其中石英音叉陀螺具有較高的檢測精度，在高精度應用領域獲得了廣泛的應用。石英音叉陀螺加工可以分為三個階段，第一階段為石英音叉的加工，即通過MEMS工藝對石英音叉結構進行精密加工；第二階段為石英音叉陀螺表芯微組裝，即通過環氧樹脂類絕緣粘接膠等實現石英音叉與基座的微組裝；第三階段為石英音叉陀螺表芯封裝，即通過電阻焊或激光封焊等實現特定內部氣氛的可靠封裝。

傳統的微組裝技術一般采用環氧樹脂類絕緣粘接膠等實現石英音叉與基座的微組裝，由于石英和基座材料(例如可伐合金等)具有接近的熱膨脹系數，能夠實現良好的熱匹配，但環氧樹脂粘接膠固化后熱膨脹系數與基座及石英晶體不匹配，在溫度變化時將產生應力，而石英音叉作為石英陀螺的敏感部件，微弱的應力將直接硬性其參數指標，與溫度相關的應力變化將影響石英陀螺全溫性能。同時，由于有機環氧樹脂粘接膠隨著時間的推移將釋放氣體，影響封裝氣氛，造成內部壓強、阻尼變化，進而導致石英陀螺Q值、標度因數等關鍵指標變化，與時間相關的內部氣氛變化將影響石英陀螺表芯長期穩定性。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中的石英和基座材料采用環氧樹脂類絕緣粘接膠進行連接，由于環氧樹脂熱膨脹系數與石英和基座材料不匹配而產生熱應力，同時會隨時間推移釋放氣體的缺陷，從而提供一種石英音叉和基座的連接結構及其連接方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種石英音叉與基座的連接結構，包括孤島、凸臺以及設置兩者之間用于將兩者相互連接的金屬連接層，所述孤島設置于石英音叉中心，所述凸臺設置于基座表面。

所述金屬連接層由多層金屬膜層鍵合而成，所述多層金屬膜層沿孤島靠近凸臺的方向上依次包括層疊設置的Cr層、第一Au層、Sn層和第二Au層。

進一步地，所述多層金屬膜層的面積大于孤島與凸臺的相交面積。

進一步地，所述多層金屬膜層厚度為9.5-10.5μm；優選地，Cr層的厚度為19-21nm，第一Au層的厚度為5700-6300nm，Sn層的厚度為3800-4200nm，第二Au層的厚度為9.5-10.5nm，所述多層金屬膜層不與其他Au電極相連接。

本發明還提供上述石英音叉和基座的連接結構的石英音叉陀螺的應用。

并提供一種石英音叉陀螺，包括上述石英音叉和基座的連接結構。

本發明還提供一種石英音叉與基座的連接方法，包括如下步驟：

在石英音叉中心的孤島上形成多層金屬膜層；

將石英音叉的孤島與基座的凸臺對準后，進行微組裝，通過多層金屬膜層連接石英音叉和基座。

進一步地，所述微組裝，包括如下步驟：