專利名稱：一種加速度計(jì)擺片平橋的蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蝕刻方法，具體涉及一種加速度計(jì)擺片平橋的化學(xué)蝕刻方法，屬于加速度計(jì)擺片加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
擺片是加速度計(jì)的重要組成部分，通常包括平橋結(jié)構(gòu)作為檢測(cè)質(zhì)量塊的撓性支撐，因此平橋的加工精度對(duì)加速度計(jì)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(tǒng)的機(jī)械加工方法適用性較差，因此在擺片生產(chǎn)中常用到化學(xué)蝕刻的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)平橋部位的加工。
一種典型的擺片結(jié)構(gòu)如圖I所示，該擺片平橋I為矩形薄片狀，其厚度小于O. 1mm。為實(shí)現(xiàn)高的加速度檢測(cè)精度，加速度計(jì)的平橋處應(yīng)形成力學(xué)性能穩(wěn)定的撓性連接，因此加工中需嚴(yán)格控制平橋的厚度。在現(xiàn)有已知技術(shù)中，平橋和窗口是分別加工的。首先利用超聲落料或化學(xué)蝕刻等形成平橋處三個(gè)窗口，再利用化學(xué)蝕刻達(dá)到所要的平橋厚度(窗口和平橋處化學(xué)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(cè)量尤其是化學(xué)蝕刻時(shí)的在線厚度測(cè)量具有較大的難度，對(duì)平橋厚度的控制是通過(guò)估算蝕刻速率來(lái)進(jìn)行的，即通過(guò)檢測(cè)試驗(yàn)片蝕刻前后的厚度和蝕刻時(shí)間，獲得該批次腐蝕液的蝕刻速率。在平橋化學(xué)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(shí)間，通過(guò)控制蝕刻時(shí)間來(lái)控制平橋厚度?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是，僅依靠估算蝕刻速率，控制蝕刻時(shí)間來(lái)控制平橋厚度，坯料蝕刻過(guò)程中和蝕刻完成后，均無(wú)法精確測(cè)量厚度，得到的平橋厚度精度不高。蝕刻速率在蝕刻過(guò)程中會(huì)隨蝕刻液濃度及溫度的變化而變化，因此，采用蝕刻速率來(lái)控制蝕刻時(shí)間不準(zhǔn)確，得到的平橋厚度也會(huì)精確度不夠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種改進(jìn)的加速度計(jì)擺片平橋的蝕刻方法，提高蝕刻平橋厚度的精度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種加速度計(jì)擺片平橋的蝕刻方法，通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)第一步，配制腐蝕液，本發(fā)明可采用化學(xué)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(zhì)量比為I : O. I O. 2 O. I O. 5。第二步，估算蝕刻速率，利用第一步配制的腐蝕液對(duì)厚度為a I的試驗(yàn)片進(jìn)行蝕刻，蝕刻時(shí)間t，蝕刻后的試驗(yàn)片厚度為a2，估算蝕刻速率為V= (al_a2)/t。所述的試驗(yàn)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(gè)窗口圖形，窗口圖形蝕刻深度為擺片平橋設(shè)計(jì)厚度d的一半，蝕刻時(shí)間根據(jù)第二步的蝕刻速率計(jì)算tl =d/2V0蝕刻完成后測(cè)量窗口圖形深度，若深度小于d/2，則繼續(xù)腐蝕適當(dāng)時(shí)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(duì)三個(gè)窗口和平橋部位一同進(jìn)行蝕刻，蝕刻時(shí)對(duì)三個(gè)窗口部位進(jìn)行觀察，當(dāng)三個(gè)窗口部位被蝕刻穿后，即三個(gè)窗口部位形成通孔后停止蝕刻，此時(shí)即形成兩個(gè)獨(dú)立的平橋結(jié)構(gòu)。根據(jù)石英玻璃的各向同性，同一個(gè)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(duì)蝕刻后的平橋邊緣進(jìn)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(fā)明的工作原理首先在坯料兩面同時(shí)蝕刻三窗口。由于坯料較厚，不易碎，可以在蝕刻過(guò)程中在線測(cè)量窗口深度。當(dāng)窗口深度達(dá)到平橋設(shè)計(jì)厚度d的一半d/2時(shí)，停止蝕刻。此時(shí)，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(shí)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(dāng)窗口部位蝕穿時(shí)，平橋部位厚度恰好為d。由于窗口深度經(jīng)過(guò)精確測(cè)量，窗口部位和平橋部位在同樣的環(huán)境中同時(shí)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(xiàn)有方法得到的平橋厚度精度高。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果(I)本發(fā)明通過(guò)制作窗口參考面，在蝕刻過(guò)程中只需對(duì)窗口參考面的初始深度的進(jìn)行測(cè)量即可精確控制平橋厚度，簡(jiǎn)單易行，精度可靠，不會(huì)對(duì)坯料造成損害；(2)本發(fā)明的窗口和平橋結(jié)構(gòu)采用相同化學(xué)蝕刻的方法同時(shí)加工，保證了加工的一致性，利用窗口作為參考面，可以準(zhǔn)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(dá)±1μπι，提高了加速度計(jì)擺片的加工精度；(3)現(xiàn)有技術(shù)中的超聲落料工藝方法中設(shè)備、工藝復(fù)雜、周轉(zhuǎn)繁多，產(chǎn)品廢品率高，且要消耗大量的成本進(jìn)行落料沖頭的加工，本發(fā)明提供的方法無(wú)需超聲落料工藝，并且蝕刻窗口與平橋的工藝完全相同，簡(jiǎn)化了工藝流程，操作性強(qiáng)，具有成本優(yōu)勢(shì)；(4)本發(fā)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(jì)擺片結(jié)構(gòu)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(jīng)蝕刻平橋后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為蝕刻后的平橋截面示意圖6為本發(fā)明加工流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明如圖6所示，通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)I、配制腐蝕液，配制由水，氫氟酸和醋酸混合而成，水、氫氟酸和醋酸的質(zhì)量比為I : 0.15 : 0.3的腐蝕液。2、估算蝕刻速率，測(cè)量試驗(yàn)片厚度為al = 1_，利用第一步配制的腐蝕液試驗(yàn)片進(jìn)行雙面蝕刻，蝕 刻時(shí)間t = 60mi η后,試驗(yàn)片厚度變?yōu)閍2 = O. 88mm,估算蝕刻速率為v = (al_a2)/2t =O. OOlmm/mirin3、蝕刻窗口圖形，利用第一步配制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(shè)計(jì)厚度d = O. 06mm的一半，蝕刻時(shí)間根據(jù)第二步的蝕刻速率計(jì)算tl = d/2v = 30mi η。蝕刻完成后測(cè)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，利用第一步配制的腐蝕液對(duì)窗口參考面3和平橋面2進(jìn)行蝕刻，蝕刻時(shí)對(duì)窗口參考面3進(jìn)行觀察，當(dāng)參考面3被蝕刻穿后，即窗口部位形成通孔后停止蝕刻，此時(shí)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(jié)構(gòu)1，如圖4、5所示，平橋結(jié)構(gòu)I的厚度為O. 06mm。第五步，激光修邊，利用氣體激光器對(duì)蝕刻后的平橋結(jié)構(gòu)I的邊緣7進(jìn)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(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種加速度計(jì)擺片平橋的蝕刻方法，其特征在于通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn) 第一步，配制腐蝕液； 第二步，估算蝕刻速率； 第三步，蝕刻窗口參考面； 利用第一步配制的腐蝕液在擺片坯料的雙面同一位置上蝕刻三個(gè)窗口圖形，窗口圖形蝕刻深度為擺片平橋設(shè)計(jì)厚度d的一半，即d/2 ； 第四步，同時(shí)蝕刻平橋和窗口， 利用第一步配制的腐蝕液對(duì)三個(gè)窗口和平橋部位一同進(jìn)行蝕刻，蝕刻時(shí)對(duì)三個(gè)窗口部位進(jìn)行觀察，當(dāng)三個(gè)窗口部位被蝕刻穿后，即三個(gè)窗口部位形成通孔后停止蝕刻，此時(shí)即形成兩個(gè)獨(dú)立的平橋結(jié)構(gòu)，平橋的厚度為d ； 第五步，激光修邊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種加速度計(jì)擺片平橋的蝕刻方法，通過(guò)蝕刻窗口參考面、同時(shí)蝕刻平橋和窗口等步驟實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度計(jì)擺片平橋的精確刻蝕。本發(fā)明提供的方法只需對(duì)窗口參考面的初始深度進(jìn)行測(cè)量即可精確控制平橋厚度，蝕刻加工的平橋厚度精度可達(dá)±1μm，提高了加速度計(jì)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(hào)C03C15/00GK102923962SQ20121041416
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者袁楓, 張?zhí)m, 劉 英, 吳艷, 秦淑斌, 郭琳瑞, 周峰 申請(qǐng)人:航天科工慣性技術(shù)有限公司