一種加速度計擺片平橋的蝕刻方法
2023-05-24 01:43:01
專利名稱：一種加速度計擺片平橋的蝕刻方法
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，屬於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。擺片通常採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I所示，該擺片平橋I為矩形薄片狀，其厚度小於O. 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)。由於平橋尺寸小、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後的厚度和蝕刻時間，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後，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，採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
本發明的目的在於克服現有技術不足，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，配製腐蝕液，本發明可採用化學蝕刻中通用的腐蝕液，也可採用由水，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I : O. I O. 2 O. I O. 5。第二步，估算蝕刻速率，利用第一步配製的腐蝕液對厚度為a I的試驗片進行蝕刻，蝕刻時間t，蝕刻後的試驗片厚度為a2，估算蝕刻速率為V= (al_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，利用第一步配製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tl =d/2V0蝕刻完成後測量窗口圖形深度，若深度小於d/2，則繼續腐蝕適當時間，直至深度為d/2。若深度大於d/2，則為廢片。窗口刻蝕完成後，平橋部位的厚度比窗口部位薄d。第四步，蝕刻平橋，利用第一步配製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後，即三個窗口部位形成通孔後停止蝕刻，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，雷射修邊，利用雷射對蝕刻後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。雷射修邊採用的雷射器為氣體雷射器。本發明的工作原理首先在坯料兩面同時蝕刻三窗口。由於坯料較厚，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。 然後，將坯料置於腐蝕液中，開始同時蝕刻坯料兩面平橋部位和窗口部位。由於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。由於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，並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(I)本發明通過製作窗口參考面，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採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±1μπι，提高了加速度計擺片的加工精度；(3)現有技術中的超聲落料工藝方法中設備、工藝複雜、周轉繁多，產品廢品率高，且要消耗大量的成本進行落料衝頭的加工，本發明提供的方法無需超聲落料工藝，並且蝕刻窗口與平橋的工藝完全相同，簡化了工藝流程，操作性強，具有成本優勢；(4)本發明利用具有精確深度的平橋窗口平面作參考，可精確控制平橋的厚度，因此蝕刻得到的平橋厚度，不受原材料、腐蝕液及蝕刻速率的影響。
圖I為加速度計擺片結構示意圖；圖2為擺片窗口示意圖；圖3為圖2中A-A截面圖；圖4為圖3經蝕刻平橋後的結構示意圖；圖5為蝕刻後的平橋截面示意圖6為本發明加工流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實例對本發明進行詳細描述。本發明如圖6所示，通過以下步驟實現I、配製腐蝕液，配製由水，氫氟酸和醋酸混合而成，水、氫氟酸和醋酸的質量比為I : 0.15 : 0.3的腐蝕液。2、估算蝕刻速率，測量試驗片厚度為al = 1_，利用第一步配製的腐蝕液試驗片進行雙面蝕刻，蝕 刻時間t = 60mi η後,試驗片厚度變為a2 = O. 88mm,估算蝕刻速率為v = (al_a2)/2t =O. OOlmm/mirin3、蝕刻窗口圖形，利用第一步配製的腐蝕液在擺片坯料4的雙面同一位置上蝕刻窗口，窗口圖形如圖2、3所示。窗口圖形的蝕刻深度為擺片平橋設計厚度d = O. 06mm的一半，蝕刻時間根據第二步的蝕刻速率計算tl = d/2v = 30mi η。蝕刻完成後測量窗口圖形的深度為O. 03mm,形成窗口參考面3，即窗口參考面比平橋面低O. 03mm。4、蝕刻平橋，利用第一步配製的腐蝕液對窗口參考面3和平橋面2進行蝕刻，蝕刻時對窗口參考面3進行觀察，當參考面3被蝕刻穿後，即窗口部位形成通孔後停止蝕刻，此時參考面3被蝕刻到位置6，平橋面2被蝕刻到位置5，形成薄板狀的平橋結構1，如圖4、5所示，平橋結構I的厚度為O. 06mm。第五步，雷射修邊，利用氣體雷射器對蝕刻後的平橋結構I的邊緣7進行加熱處理，使邊緣7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。本發明未詳細說明部分為本領域技術人員公知技術。
權利要求
1.一種加速度計擺片平橋的蝕刻方法，其特徵在於通過以下步驟實現 第一步，配製腐蝕液； 第二步，估算蝕刻速率； 第三步，蝕刻窗口參考面； 利用第一步配製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，即d/2 ； 第四步，同時蝕刻平橋和窗口， 利用第一步配製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後，即三個窗口部位形成通孔後停止蝕刻，此時即形成兩個獨立的平橋結構，平橋的厚度為d ； 第五步，雷射修邊。
全文摘要
本發明提供一種加速度計擺片平橋的蝕刻方法，通過蝕刻窗口參考面、同時蝕刻平橋和窗口等步驟實現對加速度計擺片平橋的精確刻蝕。本發明提供的方法只需對窗口參考面的初始深度進行測量即可精確控制平橋厚度，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，蝕刻得到的平橋厚度，不受原材料、腐蝕液及蝕刻速率的影響。
文檔編號C03C15/00GK102923962SQ20121041416
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者袁楓, 張蘭, 劉 英, 吳豔, 秦淑斌, 郭琳瑞, 周峰 申請人:航天科工慣性技術有限公司