[发明专利]一种加工三维石英微机械陀螺音叉侧电极的方法

说明书

本发明提供了一种加工三维石英微机械陀螺音叉侧电极的方法，包括：在石英晶片上依次形成多层金属层，采用光刻‑湿法腐蚀方法刻蚀多层金属层及石英晶片，形成三维石英微机械陀螺音叉结构和表面电极；以光刻胶为掩膜，对三维述石英微机械陀螺音叉基片进行溅射镀膜，形成侧面电极、减薄梁电极和表面电连接电极；剥离所述光刻胶，得到三维石英微机械陀螺音叉侧电极。本发明极大地简化了制备工艺流程，工艺兼容性好且易于加工，适用于大批量生产。

技术领域

本发明涉及电极制备技术领域，具体涉及一种加工三维石英微机械陀螺音叉侧电极的方法。

背景技术

石英微机械陀螺具有体积小、成本低、功耗小、可靠性高、抗过载能力强及可批量生产等优点，使其适用于战术武器指导、微小卫星姿态控制、微小飞行器导航、作战平台稳定控制及微小型机器人等军事领域，又可广泛应用于汽车稳定控制系统、相机防抖系统、医疗仪器、运动机械及玩具等民用领域。

石英音叉是石英微机械陀螺的敏感元件，基于哥氏效应进行工作，利用压电效应和逆压电效应进行驱动和检测。工作时，利用逆压电效应，驱动叉指沿驱动轴方向产生在音叉所在平面内固定频率和固定幅值的持续振动，当陀螺壳体存在一个绕输入轴的角速率输入时，音叉受到哥氏力的作用产生一个垂直于音叉平面的振动，哥氏力通过音叉的框架结构耦合到检测叉指，检测叉指产生的位移通过压电效应产生出电荷信号，经外电路检测并放大后用驱动信号解调、滤波，从而得到与输入角速度成比例的输出电压信号。

高精度三维复杂侧电极加工的难点主要在于：高精度侧面电极加工、高精度减薄梁电极加工、高精度电连接电极加工。现有技术中，可以通过微电铸掩模蒸镀加工侧面电极和不等高电极，其侧面电极尺寸精度可以控制在±10um；该方法制备的电极尺寸精度可以控制在一定精度范围内，但仍然是使用掩膜蒸镀的方法，所要求湿法腐蚀的音叉尺寸一致性精度高，高精度掩膜加工难度大，同时掩膜与音叉对位精度要求高，工艺复杂，效率低，不适用于大批量生产。还可以通过喷胶、光刻的方式加工电极，虽然改善了三维微机械结构上光刻胶层的均匀性，可以在石英结构表面获得复杂电极图形，但三维结构的侧面不能进行光刻，在同一侧面上不能形成不同极性的侧面电极；同时采用本方法不能制备减薄梁电极和表面电连接电极。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种加工三维石英微机械陀螺音叉侧电极的方法，该方法省去了高精度掩膜的加工和掩膜与音叉的高精度对位步骤，极大地简化了制备工艺流程，工艺兼容性好且易于加工，适用于大批量生产。

第一方面，本发明提供了一种加工三维石英微机械陀螺音叉侧电极的方法，所述方法包括：

在石英晶片上依次形成多层金属层，采用光刻-湿法腐蚀方法刻蚀所述多层金属层及石英晶片，形成三维石英微机械陀螺音叉结构和表面电极；

以光刻胶为掩膜，对所述三维石英微机械陀螺音叉基片进行溅射镀膜，形成侧面电极、减薄梁电极和表面电连接电极；

剥离所述光刻胶，得到三维石英微机械陀螺音叉侧电极。

优选地，所述在石英晶片上依次形成多层金属层，采用光刻-湿法腐蚀方法刻蚀所述多层金属层及石英晶片，形成三维石英微机械陀螺音叉结构和表面电极，包括：

在石英晶片上形成依次形成铬、金、铬三层金属层，以及光刻胶；

以光刻胶为掩膜，对所述三层金属层依次进行湿法腐蚀，得到表面电极膜结构图形和表面电连接电极膜结构图形；

对所述石英晶片进行第一次湿法腐蚀，形成石英微机械陀螺音叉结构；

去除无光刻胶覆盖的金金属层和铬金属层，并对石英晶片进行第二次湿法腐蚀，形成减薄梁结构。

优选地，对所述三层金属层依次进行湿法腐蚀，包括：