石英振梁加速度计微细加工工艺研究

　　0引言

　　石英振梁加速度计具有动态范围宽、标度因数稳定性极佳、耐恶劣环境、抗电磁辐射、小体积、低功耗、直接频率输出等特点，因此，广泛应用于航天、国防、工业等领域。例如:战术导弹的制导和姿态控制，巡航导弹和飞机惯导系统，智能炸弹，地面车辆的导航(GPS/INS)等。

　　石英振梁加速度计的工作原理是基于石英的压电特性，使被测力改变石英谐振梁的应力状态从而调制谐振频率，通过侧量谐振频率的变化量来实现对加速度的测量。其工艺主要包括基片清洗、薄膜淀积、光刻、腐蚀、元件粘接、引线键合和真空封焊等。

　　1石英振梁加速度计工艺流程

　　石英振梁加速度敏感元件是在石英基片上，通过沉积铬、金薄膜，利用光刻技术在基片上形成掩膜图案，然后在氟基腐蚀液中对石英晶片进行腐蚀，得到需要的结构形式和电极，从基片释放元件，进行安装和电互联。振梁加速度计工艺流程分为前道和后道。前道包括:基片清洗、薄膜沉积、光刻、腐蚀。如图1所示。后道包括:元件粘接、引线键合和真空封焊。如图2所示。

　　基片清洗是振梁加速度计加工的第一步，并且在随后的每一步工艺中都会被用到的。清洗的目的是将污染物对振梁加速度计的性能影响降到可以忽略不计的水平。针对被清洗的材料、表面的状态和污染物的种类，选用合适的清洗手段可以达到事半功倍的效果。例如，前道工艺主要采用湿法清洗，使用不同的化学试剂和去离子水，结合超声波、高温、喷淋、浸泡等手段达到目的。而后道工艺中，由于下片后被清洗表面形貌较为复杂，材料种类较多，同时，考虑清洗的效率，可以适当引人等离子清洗。

　　薄膜沉积是在石英晶片表面采用真空电子束沉积铬、金薄膜。薄膜的作用是抵抗氢氟酸的腐蚀和制作电极引线。由于振梁加速度计薄梁最小尺寸只有50μm左右，因此，沉积的金属膜的抗蚀性最为关键。在电子束沉积薄膜过程中，避免设备对基片的二次污染，采用高真空和对基片施加较高的温度以提高薄膜的抗蚀性。光刻是将振梁加速度计结构图形和电极图形转移到基片上的工艺。由于石英的各向异性，对设计的图形进行适当的侧蚀量补偿，再次通过对匀胶、曝光、显影的参数修正，最终得到精确的图形。

　　振梁加速度计的腐蚀是整个工艺过程中的一项关键技术，它直接影响结构的品质因数及灵敏度。要求腐蚀液具有均匀的腐蚀速度，以便于控制腐蚀量，同时要求对金属掩膜层钻蚀能力小。经过实验研究，腐蚀液配比不同，腐蚀后得到的形貌不同，而规则的截面及良好的表面形貌可以获得较大的P.对于z切石英，腐蚀前表面脏污对腐蚀后表面光洁度影响尤为突出，因此如何控制腐蚀时基片表面的洁净度也是研究的重点。此外，腐蚀液的温度对腐蚀速率有很大的影响，腐蚀液的温度每改变1℃会造成腐蚀速率6%的改变，因此，必须对腐蚀温度严格控制。