一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置的製造方法
2023-05-08 16:32:06 2
一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置的製造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，屬於石英晶體微天平的微加工領域。
【背景技術】
[0002]石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbanlance，QCM)是一種聲波厚度剪切模式傳感器，由一塊具有壓電效應的石英晶體片和成對的電極組成。根據外部物理載荷的特點，QCM分為重量載荷和粘彈性載荷兩類。重量載荷是沉積在電極表面的附著物，其引起QCM諧振頻率變化，主要應用在物理蒸發沉積過程的厚度監測;粘彈性載荷是QCM處於粘彈性介質環境中產生的載荷，液體的粘度和密度導致諧振頻率變化，其主要應用於生物和化學傳感。QCM在傳感領域具有高靈敏度、高穩定性、低成本、快速響應和免標記檢測等特點，應用還包括:電化學、分析化學和免疫分析、病毒檢測、蛋白質互相作用監測等多個領域。
[0003]單個QCM面臨的主要技術缺陷為測量參數受環境變量如溫度、粘度、傳導率影響較大，AT石英具有較低的溫度係數，其應用雖然能減弱溫度的影響，但溫度和其他影響因素仍不能消除。多通道石英晶體微天平(Multichannel Quartz Crystal Microbanlance，MQCM)是在一塊石英晶體上陣列多個QCM，選用一個QCM通道作為參照，放置於其他通道相同的環境變量中，其測量的頻率變化即為環境引起，再通過作差的方法消除環境變量的影響。另夕卜，還可通過在MQCM不同通道上修飾不同的傳感層，實現多成分分析。此外，MQCM還具有匹配性好、集成化程度高、成本低、樣品需求少的優勢，提供了一個高穩定性、多功能的傳感器平臺。然而，在MQCM系統中，單個QCM誘導的聲波沿石英晶片側向傳播一定距離，如果另一個QCM位於此聲場附近，聲波幹涉便形成，只有當相鄰QCM間距足夠大時，幹擾問題才能消除。因此，MQCM技術面臨著聲波幹擾問題，其不僅影響其性能和測量結果的準確性，而且約束其小型化。通過在電極區域加工凹孔形成反臺面結構是一種減小MQCM中相鄰QCM幹擾的方法。根據QCM固有諧振頻率反比於電極區域晶片厚度，反臺面結構凹孔的加工使得反臺面結構使得電極區域諧振頻率大於非電極區域諧振頻率，從而加大電極區域和非電極區域的固有諧振頻率的差異，厚度剪切聲波的能量更好的限制在電極區域、減小向相鄰QCM傳播的能量，最終有效的減小MQCM的聲波幹擾。
[0004]帶有反臺面結構的QCM的加工方法分為兩類:傳統的化學刻蝕方法和離子刻蝕方法。傳統的化學刻蝕方法是利用氫氟酸能與石英晶體反應，而光刻膠或部分金屬膜不與氫氟酸發生反應的原理加工反臺面結構。即首先在晶體表面塗覆不與氫氟酸發生反應的光刻膠或金屬膜，然後通過曝光、顯影方法去除電極區域對應的光刻膠、金屬膜，暴露出其下的晶片，再將晶片直接與含刻蝕劑HF、緩衝劑NH4F的溶液反應。沒有光刻膠或金屬膜保護的電極區域與刻蝕劑反應，其他部分不與刻蝕液反應，即形成具有一定深度的凹孔。加工MQCM時則是通過反覆上述的操作，加工出多個反臺面結構，最後鍍電極形成MQCM晶片。通過化學刻蝕方法製作MQCM存在以下缺點:I)工序複雜;2)HF毒性大，操作危險;3)由於HF與接觸的石英晶片都會反應，導致得到的凹孔尺寸不規則;4)塗布光刻膠、金屬膜容易引起晶片汙染。
[0005]離子刻蝕的方法是指將Ar、Kr或Xe之類的惰性氣體或可與晶片材料反應的HF氣體電離形成離子，射向晶片表面，產生碰撞，使原子拋離晶體表面，便形成反臺面結構，再鍍電極形成QCM晶片。但目前這種方法主要用於製作單個反臺面結構QCM，並未推廣到MQCM的製作。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的發明目的是提供一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置。該裝置不僅可以通過離子刻蝕方法一次性在石英晶片上加工多個不同深度的反臺面結構，還可同時在石英晶片上鍍電極，製作多通道石英晶體微天平晶片，節約了製作成本、提高了製作效率。
[0007]本實用新型實現其發明目的所採取的技術方案是:一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，包括電極加工部件和晶片固定部件，其特徵在於:所述電極加工部件由位於下部的共用電極加工板和通過可拆卸方式固定於共用電極加工板上部的功能電極加工板構成，所述共用電極加工板上有至少一個用於加工共用電極的共用電極孔，功能電極加工板上與所述每個共用電極孔對應的區域處開有至少兩個用於加工功能電極的功能電極孔；所述晶片固定部件可將晶片固定於共用電極加工板和功能電極加工板之間，並覆蓋每個共用電極孔;所述功能電極加工板的上部還設置有可遮擋部分功能電極孔的遮擋部件，用於加工反臺面結構。
[0008]本實用新型的工作過程是:將晶片通過晶片固定部件固定於共用電極加工板和功能電極加工板之間，然後組裝固定共用電極加工板和功能電極加工板，整體置於真空腔中進行離子刻蝕，在晶片加工功能電極的區域加工凹孔形成反臺面結構。在離子刻蝕過程中，還可通過機械手之類的自動裝置控制遮擋部件遮擋部分功能電極孔繼續刻蝕，從而可加工出不同深度的反臺面結構。然後分別在加工功能電極的區域和加工共用電極的區域鍍電極，形成功能電極和共用電極，即完成多通道石英晶體微天平的製作。
[0009]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0010]本實用新型配合離子刻蝕方法可以一次性在石英晶片上加工多個同深度或不同深度的反臺面結構，製作多通道石英晶體微天平。相比於化學刻蝕方法，本實用新型避免了操作過程中接觸毒性大的化學物質和晶片汙染，製作的臺面形狀規則，工藝簡單。而且，本實用新型裝置在完成刻蝕之後不須拆卸可直接鍍電極，節約了製作成本，提高了製作效率，有利於大量的工業化應用。
[0011]進一步，本實用新型所述晶片固定部件的具體結構是:在所述共用電極加工板上表面的共用電極孔處設置有下晶片固定槽。
[0012]或者，在所述功能電極加工板下表面的功能電極孔處設置有上晶片固定槽。又或者，在所述共用電極加工板上表面的共用電極孔處設置有下晶片固定槽，在功能電極加工板下表面的功能電極孔處設置有上晶片固定槽，所述共用電極加工板上表面的下晶片固定槽與功能電極加工板下表面的上晶片固定槽大小相同，位置對應，共同將晶片固定於共用電極加工板和功能電極加工板之間。
[0013]這樣，通過簡單的方式達到了固定晶片的目的，製作工藝簡單，成本低。
[0014]進一步，本實用新型所述共用電極加工板和功能電極加工板之間通過可拆卸方式固定的一種具體方式是:共用電極加工板和功能電極加工板的邊緣對應位置處設置有帶磁性的材料，共用電極加工板和功能電極加工板通過磁性吸引力結合固定。
[0015]這樣，通過簡單的方式完成了共用電極加工板和功能電極加工板的快速可拆卸固定，提高了多通道石英晶體微天平的製作效率。
[0016]再進一步，本實用新型所述共用電極加工板和功能電極加工板上設置有對準裝置，用於共用電極加工板和功能電極加工板通過磁性吸引力結合時，共用電極孔和功能電極孔位置對準。所述對準裝置的一種具體結構是:共用電極加工板的上表面設置有至少一個凸起，功能電極加工板的下表面對應位置處設置有與所述凸起配合的凹槽，共用電極加工板和功能電極加工板通過磁性吸弓I力結合時，通過共用電極加工板上的凸起和功能電極加工板上的凹槽配合對準。
[0017]所述對準裝置的另一種具體結構是:功能電極加工板的下表面設置有至少一個凸起，共用電極加工板的上表面對應位置處設置有與所述凸起配合的凹槽，共用電極加工板和功能電極加工板通過磁性吸引力結合時，通過功能電極加工板下表面的凸起和共用電極加工板上表面的凹槽配合對準。
[0018]對準裝置可保證晶片的準確安裝，並可在微天平製作過程中使共用電極加工板和功能電極加工板的位置不變，確保加工的微天平的電極位置精確，保證多通道微天平電極的加工質量。
[0019]進一步，本實用新型所述共用電極加工板和功能電極加工板的邊緣對應位置處設置的磁性材料的一種布置方式是:共用電極加工板邊緣的上表面設置有磁性凸起，功能電極加工板的下表面對應位置處設置有與所述磁性凸起配合的磁性凹槽。
[0020]進一步，本實用新型所述共用電極加工板和功能電極加工板的邊緣對應位置處設置的磁性材料的另一種布置方式是:功能電極加工板邊緣的下表面設置有磁性凸起，共用電極加工板的上表面對應位置處設置有與所述磁性凸起配合的磁性凹槽。
[0021]這樣，既通過簡單的方式完成了共用電極加工板和功能電極加工板的快速可拆卸固定，提高了多通道石英晶體微天平的製作效率，同時可在微天平製作過程中使共用電極加工板和功能電極加工板的位置不變，確保加工的微天平的電極位置精確，保證多通道微天平電極的加工質量。
[0022]更進一步，本實用新型所述共用電極加工板和功能電極加工板之間通過可拆卸方式固定的另一種具體方式是:共用電極加工板和功能電極加工板的邊緣對應位置處均開有螺栓通孔，螺栓依次通過功能電極加工板上的螺栓通孔和共用電極加工板上的螺栓通孔，與螺母配合固定。
[0023]這樣，通過簡單的方式實現共用電極加工板和功能電極加工板的可拆卸方式固定，且可同時確保微天平製作過程中共用電極加工板和功能電極加工板的位置不變、加工的微天平的電極位置精確，保證多通道微天平電極的加工質量。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型實施例一的整體結構爆炸圖。
[0025]圖2為本實用新型實施例一共用電極加工板的俯視示意圖。
[0026]圖3為本實用新型實施例一共用電極加工板的仰視示意圖。
[0027]圖4為本實用新型實施例一功能電極加工板的俯視示意圖。
[0028]圖5為本實用新型實施例一功能電極加工板的仰視示意圖。
[0029]圖6為本實用新型實施例一遮擋部件遮擋部分功能電極孔的功能電極加工板俯視示意圖。
[0030]圖7為本實用新型實施例一遮擋部件遮擋部分功能電極孔的功能電極加工板俯視示意圖。
[0031 ]圖8為本實用新型實施例一■功能電極加工板的仰視不意圖。
[0032]圖9為本實用新型實施例二共用電極加工板的俯視示意圖。
[0033]圖10為本實用新型實施例三的整體結構爆炸圖。
[0034]圖11為本實用新型實施例三共用電極加工板的俯視示意圖。
[0035]圖12為本實用新型實施例三共用電極加工板的仰視示意圖。
[0036]圖13為本實用新型實施例三功能電極加工板的俯視示意圖。
[0037]圖14為本實用新型實施例三功能電極加工板的仰視示意圖。
【具體實施方式】
[0038]實施例一
[0039]圖1-5示出，本實用新型的一種【具體實施方式】是:一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，包括電極加工部件和晶片固定部件，其結構特點是:所述電極加工部件由位於下部的共用電極加工板10和通過可拆卸方式固定於共用電極加工板10上部的功能電極加工板20構成，所述共用電極加工板10上有至少一個用於加工共用電極的共用電極孔11，功能電極加工板20上與所述每個共用電極孔11對應的區域處開有至少兩個用於加工功能電極的功能電極孔21;所述晶片固定部件可將晶片固定於共用電極加工板10和功能電極加工板20之間，並覆蓋每個共用電極孔11;所述功能電極加工板20的上部還設置有可遮擋部分功能電極孔21的遮擋部件。
[0040]本例中，共用電極加工板10和功能電極加工板20為圓盤形設計，共用電極孔11和功能電極孔21的布置如圖中所示，遮擋部件為兩個直徑不同的環形，小直徑環形61可遮擋功能電極加工板20的最內圈功能電極孔21，如圖6所示;大直徑環形62可遮擋功能電極加工板20的中間一圈功能電極孔21，如圖7所示。
[0041]本例中，所述晶片固定部件的具體結構是:在所述共用電極加工板10上表面的共用電極孔11處設置有下晶片固定槽12，在功能電極加工板20下表面的功能電極孔21處設置有上晶片固定槽22，所述共用電極加工板10上表面的下晶片固定槽12與功能電極加工板20下表面的上晶片固定槽22大小相同，位置對應，共同將晶片固定於共用電極加工板10和功能電極加工板20之間。
[0042]本例中所述共用電極加工板10和功能電極加工板20之間通過可拆卸方式固定的具體方式是:共用電極加工板10和功能電極加工板20的邊緣對應位置處設置有磁性材料30，共用電極加工板10和功能電極加工板20通過磁性吸引力結合固定。
[0043]本例中，所述共用電極加工板10和功能電極加工板20的邊緣對應位置處設置的磁性材料30的布置方式是:共用電極加工板10邊緣的上表面設置有磁性凸起31，功能電極加工板20的下表面對應位置處設置有與所述磁性凸起41配合的磁性凹槽32。
[0044]實施例二
[0045]圖8-9示出，本實用新型的另一種【具體實施方式】是:一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，包括電極加工部件和晶片固定部件，其結構特點是:所述電極加工部件由位於下部的共用電極加工板10和通過可拆卸方式固定於共用電極加工板10上部的功能電極加工板20構成，所述共用電極加工板10上有至少一個用於加工共用電極的共用電極孔11，功能電極加工板20上與所述每個共用電極孔11對應的區域處開有至少兩個用於加工功能電極的功能電極孔21;所述晶片固定部件可將晶片固定於共用電極加工板10和功能電極加工板20之間，並覆蓋每個共用電極孔11;所述功能電極加工板20的上部還設置有可遮擋部分功能電極孔21的遮擋部件。
[0046]本例中，所述共用電極加工板10和功能電極加工板20為圓盤形設計，共用電極孔11和功能電極孔21的布置如圖中所示。
[0047]本例中，所述晶片固定部件的具體結構是:在所述共用電極加工板10上表面的共用電極孔11處設置有下晶片固定槽12，在功能電極加工板20下表面的功能電極孔21處設置有上晶片固定槽22，所述共用電極加工板10上表面的下晶片固定槽12與功能電極加工板20下表面的上晶片固定槽22大小相同，位置對應，共同將晶片固定於共用電極加工板10和功能電極加工板20之間。
[0048]本例中所述共用電極加工板10和功能電極加工板20之間通過可拆卸方式固定的具體方式是:共用電極加工板10和功能電極加工板20的邊緣對應位置處設置有磁性材料30，共用電極加工板10和功能電極加工板20通過磁性吸引力結合固定。
[0049]本例中所述共用電極加工板10和功能電極加工板20的邊緣對應位置處設置的磁性材料30的布置方式是:共用電極加工板10和功能電極加工板20的邊緣部分均為磁性材料30 ο
[0050]本例中所述共用電極加工板10、功能電極加工板20還設置有對準裝置，用於共用電極加工板10和功能電極加工板20通過磁性吸引力結合時，共用電極孔11和功能電極孔21位置對準。所述對準裝置的具體結構是:共用電極加工板10的上表面設置有至少一個凸起41，功能電極加工板20的下表面對應位置處設置有與所述凸起41配合的凹槽42，共用電極加工板10和功能電極加工板20通過磁性吸引力結合時，通過共用電極加工板10上的凸起41和功能電極加工板20上的凹槽42配合對準。
[0051 ] 實施例三
[0052]圖10-14示出，本實用新型的另一種【具體實施方式】是:所述電極加工部件由位於下部的共用電極加工板10和通過可拆卸方式固定於共用電極加工板10上部的功能電極加工板20構成，所述共用電極加工板10上有至少一個用於加工共用電極的共用電極孔11，功能電極加工板20上與所述每個共用電極孔11對應的區域處開有至少兩個用於加工功能電極的功能電極孔21;所述晶片固定部件可將晶片固定於共用電極加工板10和功能電極加工板20之間，並覆蓋每個共用電極孔11;所述功能電極加工板20的上部還設置有可遮擋部分功能電極孔21的遮擋部件。
[0053]本例中，共用電極加工板10和功能電極加工板20為圓盤形設計，共用電極孔11和功能電極孔21的設計如圖中所示，遮擋部件為兩個直徑不同的環形，小直徑環形61可遮擋功能電極加工板20的最內圈功能電極孔21;大直徑環形62可遮擋功能電極加工板20的中間一圈功能電極孔21。
[0054]本例中所述晶片固定部件的具體結構是:在所述功能電極加工板20下表面的功能電極孔21處設置有上晶片固定槽22。
[0055]本例中，所述共用電極加工板10和功能電極加工板20之間通過可拆卸方式固定的具體方式是:共用電極加工板10和功能電極加工板20的邊緣對應位置處均開有螺栓通孔，螺栓依次通過功能電極加工板20上的螺栓通孔和共用電極加工板10上的螺栓通孔，與螺母配合固定。
[0056]最後應說明的是:以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制;儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍。
【主權項】
1.一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，包括電極加工部件和晶片固定部件，其特徵在於:所述電極加工部件由位於下部的共用電極加工板(10)和通過可拆卸方式固定於共用電極加工板(10)上部的功能電極加工板(20)構成，所述共用電極加工板(10)上有至少一個用於加工共用電極的共用電極孔(11)，功能電極加工板(20)上與所述每個共用電極孔(11)對應的區域處開有至少兩個用於加工功能電極的功能電極孔(21);所述晶片固定部件可將晶片固定於共用電極加工板(10)和功能電極加工板(20)之間，並覆蓋每個共用電極孔(11);所述功能電極加工板(20)的上部還設置有可遮擋部分功能電極孔(21)的遮擋部件。2.根據權利要求1所述的一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，其特徵在於:所述晶片固定部件的具體結構是:在所述共用電極加工板(10)上表面的共用電極孔(11)處設置有下晶片固定槽(12)。3.根據權利要求1所述的一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，其特徵在於:所述晶片固定部件的具體結構是:在所述功能電極加工板(20)下表面的功能電極孔(21)處設置有上晶片固定槽(22)。4.根據權利要求1所述的一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，其特徵在於:所述晶片固定部件的具體結構是:在所述共用電極加工板(10)上表面的共用電極孔(11)處設置有下晶片固定槽(12)，在功能電極加工板(20)下表面的功能電極孔(21)處設置有上晶片固定槽(22)，所述共用電極加工板(10)上表面的下晶片固定槽(12)與功能電極加工板(20)下表面的上晶片固定槽(22)大小相同，位置對應，共同將晶片固定於共用電極加工板(10)和功能電極加工板(20)之間。5.根據權利要求1-4任一所述的一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，其特徵在於:所述共用電極加工板(10)和功能電極加工板(20)之間通過可拆卸方式固定的具體方式是:共用電極加工板(10)和功能電極加工板(20)的邊緣對應位置處設置有磁性材料(30)，共用電極加工板(1)和功能電極加工板(20)通過磁性吸弓I力結合固定。6.根據權利要求5所述的一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，其特徵在於:所述共用電極加工板(10)和功能電極加工板(20)上設置有對準裝置，用於共用電極加工板(10)和功能電極加工板(20)通過磁性吸引力結合時，共用電極孔(11)和功能電極孔(21)位置對準。7.根據權利要求5所述的一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，其特徵在於:所述共用電極加工板(10)和功能電極加工板(20)的邊緣對應位置處設置的磁性材料(30)的布置方式是:共用電極加工板(10)邊緣的上表面設置有磁性凸起(31)，功能電極加工板(20)的下表面對應位置處設置有與所述磁性凸起(31)配合的磁性凹槽(32)。8.根據權利要求5所述的一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，其特徵在於:所述共用電極加工板(10)和功能電極加工板(20)的邊緣對應位置處設置的磁性材料(30)的布置方式是:功能電極加工板(20)邊緣的下表面設置有磁性凸起(31)，共用電極加工板(10)的上表面對應位置處設置有與所述磁性凸起(31)配合的磁性凹槽(32)。9.根據權利要求1-4任一所述的一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，其特徵在於:所述共用電極加工板(10)和功能電極加工板(20)之間通過可拆卸方式固定的具體方式是:共用電極加工板(10)和功能電極加工板(20)的邊緣對應位置處均開有螺栓通孔，螺栓依次通過功能電極加工板(20)上的螺栓通孔和共用電極加工板(10)上的螺栓通孔，與螺母配合固定。
【專利摘要】一種多通道石英晶體微天平晶片的製作裝置，包括電極加工部件和晶片固定部件，電極加工部件由共用電極加工板和可拆卸固定於其上部的功能電極加工板構成，晶片固定部件位於共用電極加工板和功能電極加工板之間；共用電極加工板上有至少一個用於加工共用電極的共用電極孔，功能電極加工板上與每個共用電極孔對應的區域處開有至少兩個用於加工功能電極的功能電極孔；晶片固定部件可將晶片固定於共用電極加工板和功能電極加工板之間，並覆蓋每個共用電極孔；所述功能電極加工板的上部還設置有可遮擋部分功能電極孔的遮擋部件。該裝置可通過離子刻蝕方法一次性在石英晶片上加工不同深度的反臺面結構，製作多通道石英晶體微天平晶片，成本低、效率高。
【IPC分類】G01G3/16, H01L41/29, G01G3/13
【公開號】CN205384069
【申請號】CN201620177445
【發明人】永遠, 黃小霞, 謝小川
【申請人】成都柏森松傳感技術有限公司
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年3月8日