一種基于全石英結(jié)構(gòu)振梁加表的多層粘接鍵合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及慣性儀表微組裝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于全石英結(jié)構(gòu)振梁加表的多層粘接鍵合方法。
技術(shù)背景
[0002]隨著現(xiàn)代武器裝備和民用導(dǎo)航技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)新一代小型高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)的需求日益迫切，高精度石英振梁加速度計(jì)成為慣性儀表一個(gè)新的研究方向。敏感組件的鍵合是影響加速度計(jì)性能指標(biāo)的一個(gè)關(guān)鍵因素，是尚精度振梁表研制中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]過(guò)去近20年，基于石英和硅材料零件的鍵合技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到了快速發(fā)展，出現(xiàn)了不同的技術(shù)方案和技術(shù)路線。當(dāng)前在MEMS制造領(lǐng)域中，常用于石英材料鍵合的方法主要有直接鍵合、共晶鍵合和膠接鍵合三種鍵合方式。直接鍵合對(duì)表面粗糙的要求十分苛刻，在Inm以內(nèi)，多用于圓片級(jí)鍵合，目前尚無(wú)法用于敏感結(jié)構(gòu)的鍵合。目前共晶工藝在MEMS封裝和貼片領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，傳統(tǒng)的方式是釆用預(yù)制焊料片，但是由于預(yù)制焊料片厚度過(guò)大，無(wú)法滿足石英振梁加速度計(jì)敏感組件鍵合的要求，目前較新的方法是將共晶合金直接鍍到零件表面上，厚度可以控制在2 μm，但共晶焊料的鍍制和石英結(jié)構(gòu)件微加工藝存不兼容，目前無(wú)法用于加速度計(jì)敏感組件的鍵合。膠接工藝在雙層結(jié)構(gòu)的鍵合條件下已經(jīng)是一種成熟的技術(shù)，但針對(duì)石英振梁加速度計(jì)敏感組件對(duì)高精度、低應(yīng)力鍵合的技術(shù)要求，主要存在以下問題:
[0004]1、石英結(jié)構(gòu)件的對(duì)準(zhǔn)和基準(zhǔn)的傳遞。石英振梁加速度計(jì)敏感結(jié)構(gòu)全部采用石英材料，各零件的結(jié)構(gòu)均是通過(guò)腐蝕工藝加工而成，由于石英材料存在各向異性，零件上的特征均為不規(guī)則形狀，無(wú)法進(jìn)行多層結(jié)構(gòu)的精確對(duì)準(zhǔn)。
[0005]2、多層結(jié)構(gòu)的同時(shí)固化。石英振梁加速度計(jì)敏感組件由多層石英零件組成，采用兩層結(jié)構(gòu)多次鍵合的方式或多層堆疊的方式，都不能滿足對(duì)準(zhǔn)精度的要求。
[0006]3、膠層厚度的均勻性控制。膠層的厚度是造成鍵合應(yīng)力的重要因素，由于敏感組件零件之間的鍵合面積大，且為不規(guī)則圖形，所以膠層的均勻涂覆的難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明目的
[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于全石英結(jié)構(gòu)多層敏感組件膠接鍵合的工藝方法，以滿足高精度石英振梁加速度計(jì)敏感結(jié)構(gòu)鍵合的要求。
[0009]技術(shù)方案
[0010]本發(fā)明是一種基于全石英結(jié)構(gòu)振梁加表的多層粘接鍵合方法，其中，包括以下步驟:
[0011]第一步，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記制作；在各個(gè)石英零件相對(duì)應(yīng)的指定位置釆用石英微加工藝制作具有統(tǒng)一基準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；
[0012]第二步，零件一次涂膠；在零件的鍵合面，涂覆膠液；
[0013]第三步，一次對(duì)準(zhǔn)；利用對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，對(duì)兩層結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)；
[0014]第四步，預(yù)固化；將對(duì)準(zhǔn)后的組件放入溫箱內(nèi)進(jìn)行預(yù)固化，得到預(yù)固化組件；
[0015]第五步，二次涂膠；在預(yù)固化組件的與另一層零件的鍵合面，涂覆膠液；
[0016]第六步，二次對(duì)準(zhǔn)；在精密光學(xué)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)上，預(yù)固化組件與另一層結(jié)構(gòu)的精確對(duì)準(zhǔn)；
[0017]第七步，判斷是否還有未進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)的零件，如果有，重復(fù)進(jìn)行第四步?第六步，如果沒有，繼續(xù)進(jìn)行第八步；
[0018]第八步，終固化；將完成對(duì)準(zhǔn)后的多層預(yù)固化組件放入溫箱內(nèi)進(jìn)行終固化。
[0019]如上所述的一種基于全石英結(jié)構(gòu)振梁加表的多層粘接鍵合方法，其中，在第一步中，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的加工精度小于±1 μπι。
[0020]如上所述的一種基于全石英結(jié)構(gòu)振梁加表的多層粘接鍵合方法，其中，在第二步和第五步中，使用高精度自動(dòng)涂膠裝置，膠層厚度小于等于10 μπι，厚度均勻性小于等于
2μ m，膠點(diǎn)位置精度小于等于±3 μπι。
[0021]有益效果
[0022]本發(fā)明的有益效果是在于:
[0023]1、通過(guò)在各個(gè)零件上制作對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，統(tǒng)一了敏感組件多層結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn)基準(zhǔn)，保證了鍵合精度，兩層結(jié)構(gòu)的鍵合精度達(dá)到±1 μπι。
[0024]2、釆用高精度自動(dòng)涂膠裝置，實(shí)現(xiàn)了膠層的自動(dòng)化、圖像化涂覆，膠層厚度小于10 μ m，厚度均勻性小于±2 μ m，位置精度不低于±3 μ m，有效減小了鍵合應(yīng)力，敏感組件的鍵合應(yīng)力小于20MPa。
[0025]3、通過(guò)預(yù)固化方式，實(shí)現(xiàn)了多層石英結(jié)構(gòu)的高精度對(duì)準(zhǔn)，多層結(jié)構(gòu)的鍵合精度達(dá)到±5 μπι，滿足高精度石英振梁加速度計(jì)的技術(shù)要求。
[0026]本發(fā)明提出的全石英結(jié)構(gòu)振梁加速度計(jì)多層敏感結(jié)構(gòu)膠接鍵合方法，解決了高精度石英振梁加速度計(jì)敏感組件多層結(jié)構(gòu)高精度、低應(yīng)力鍵合的難題，鍵合精度達(dá)到±5 μπι，鍵合應(yīng)力小于20Mpa。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與零件位置關(guān)系圖；
[0028]圖2是零件涂膠示意圖；
[0029]圖3是為本發(fā)明所提供的一種基于全石英結(jié)構(gòu)振梁加表的多層粘接鍵合方法流程圖。
[0030]圖中:1.零件A ；2.零件B ；3.對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；4膠。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下，結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0032]如圖1所示，一種基于全石英結(jié)構(gòu)振梁加表的多層粘接鍵合方法，所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記3通過(guò)微加工藝方法制作，位于零件Al和零件B2結(jié)構(gòu)中，并且各個(gè)零件的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記具有統(tǒng)一的基準(zhǔn)。為保證對(duì)準(zhǔn)精度，每組對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記由兩個(gè)標(biāo)記組成。
[0033]如圖3所示，一種基于全石英結(jié)構(gòu)振梁加表的多層粘接鍵合方法，包括以下步驟:
[0034]第一步，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記制作。在各個(gè)石英零件相應(yīng)位置釆用石英微加工藝制作具有統(tǒng)一基準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，
[0035]在本實(shí)例中，如圖1所示，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記3位于零件Al和零件B2結(jié)構(gòu)中，每組對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記由兩個(gè)標(biāo)記組成，沿對(duì)角線分布；具體的工藝可以是光刻工藝。
[0036]第二步，零件一次涂膠。在零件的鍵合面，使用精密涂膠設(shè)備均勻涂覆膠液；
[0037]在本實(shí)例中，如圖2所示，零件表面涂膠4，分為兩組線條，寬度為20 μm，厚度10 μ m，厚度均勾性±2 μ m。
[0038]第三步，一次對(duì)準(zhǔn)。在精密光學(xué)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)上，完成對(duì)兩層結(jié)構(gòu)的精確對(duì)準(zhǔn)。
[0039]在本實(shí)例中，使用高精度光學(xué)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)，對(duì)準(zhǔn)精度±1μπι，其中對(duì)準(zhǔn)臺(tái)包括對(duì)準(zhǔn)工裝，完成對(duì)準(zhǔn)后，工裝將兩零件壓緊，取出。
[0040]第四步，預(yù)固化。將對(duì)準(zhǔn)后的組件放入溫箱內(nèi)進(jìn)行低溫預(yù)固化；
[0041]在本實(shí)例中，產(chǎn)品使用7-2312單組分環(huán)氧膠，初固化溫度為120°C，終固化溫度為180°C，選擇的預(yù)固化溫度為100°C，保溫時(shí)間為2小時(shí)。
[0042]第五步，零件二次涂膠。在完成預(yù)固化組件的與第三層零件的鍵合面，使用精密涂膠設(shè)備均勻涂覆膠液；
[0043]在本實(shí)例中，將完成預(yù)固化的組件翻轉(zhuǎn)，在零件A的另外一個(gè)鍵合面涂膠，如圖2所示，零件表面涂膠4，分為兩組線條，寬度為20 μm，厚度10 μm，厚度均勻性±2 μπι。
[0044]第六步，二次對(duì)準(zhǔn)。在精密光學(xué)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)上，完成對(duì)第三層結(jié)構(gòu)的精確對(duì)準(zhǔn)；
[0045]在本實(shí)例中，使用高精度光學(xué)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)，對(duì)準(zhǔn)精度±1μπι，其中對(duì)準(zhǔn)臺(tái)包括對(duì)準(zhǔn)工裝，完成對(duì)準(zhǔn)后，工裝將兩零件壓緊，取出。
[0046]第七步，判斷是否還有未進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)的零件，如果有，重復(fù)進(jìn)行第四步?第六步，如果沒有，繼續(xù)進(jìn)行第八步；本實(shí)施例中，為三層結(jié)構(gòu)，繼續(xù)進(jìn)行第八步；
[0047]第八步，終固化。將完成對(duì)準(zhǔn)后的多層組件放入溫箱內(nèi)進(jìn)行終固化。
[0048]在本實(shí)例中，產(chǎn)品使用7-2312單組分環(huán)氧膠，固化條件為120°C保持3h，160°C保持lh，180°C保持0.5h。完成整個(gè)鍵合過(guò)程。
[0049]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。倘若這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
[0050]雖然通過(guò)上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種基于全石英結(jié)構(gòu)振梁加表的多層粘接鍵合方法進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是上述說(shuō)明并不是對(duì)本發(fā)明的限定，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變形和變更，例如，最優(yōu)化的方法可以在現(xiàn)有技術(shù)的各種方法中選擇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于全石英結(jié)構(gòu)振梁加表的多層粘接鍵合方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記制作；在各個(gè)石英零件相對(duì)應(yīng)的指定位置釆用石英微加工藝制作具有統(tǒng)一基準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記； 第二步，零件一次涂膠；在零件的鍵合面，涂覆膠液； 第三步，一次對(duì)準(zhǔn)；利用對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，對(duì)兩層結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)； 第四步，預(yù)固化；將對(duì)準(zhǔn)后的組件放入溫箱內(nèi)進(jìn)行預(yù)固化，得到預(yù)固化組件； 第五步，二次涂膠；在預(yù)固化組件的與另一層零件的鍵合面，涂覆膠液； 第六步，二次對(duì)準(zhǔn)；在精密光學(xué)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)上，預(yù)固化組件與另一層結(jié)構(gòu)的精確對(duì)準(zhǔn)； 第七步，判斷是否還有未進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)的零件，如果有，重復(fù)進(jìn)行第四步?第六步，如果沒有，繼續(xù)進(jìn)行第八步； 第八步，終固化；將完成對(duì)準(zhǔn)后的多層預(yù)固化組件放入溫箱內(nèi)進(jìn)行終固化。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于全石英結(jié)構(gòu)振梁加表的多層粘接鍵合方法，其特征在于，在第一步中，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的加工精度小于±ι μπι。3.如權(quán)利要求2所述的一種基于全石英結(jié)構(gòu)振梁加表的多層粘接鍵合方法，其特征在于，在第二步和第五步中，使用高精度自動(dòng)涂膠裝置，膠層厚度小于等于10 μ m，厚度均勻性小于等于2 μm，膠點(diǎn)位置精度小于等于±3 μπι。
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于全石英結(jié)構(gòu)振梁加表的多層粘接鍵合方法。包括以下步驟：第一步，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記制作；第二步，零件一次涂膠；第三步，一次對(duì)準(zhǔn)；利用對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，對(duì)兩層結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)；第四步，預(yù)固化；將對(duì)準(zhǔn)后的組件放入溫箱內(nèi)進(jìn)行預(yù)固化，得到預(yù)固化組件；第五步，二次涂膠；在預(yù)固化組件的與另一層零件的鍵合面，涂覆膠液；第六步，二次對(duì)準(zhǔn)；在精密光學(xué)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)上，預(yù)固化組件與另一層結(jié)構(gòu)的精確對(duì)準(zhǔn)；第七步，判斷是否還有未進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)的零件，如果有，重復(fù)進(jìn)行第四步～第六步，如果沒有，繼續(xù)進(jìn)行第八步；第八步，終固化；將完成對(duì)準(zhǔn)后的多層預(yù)固化組件放入溫箱內(nèi)進(jìn)行終固化。本發(fā)明鍵合精度達(dá)到±5μm，鍵合應(yīng)力小于20Mpa。
【IPC分類】G01P15/097
【公開號(hào)】CN105572421
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410554757
【發(fā)明人】丁凱, 劉韌, 張菁華, 劉曉智
【申請(qǐng)人】北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2014年10月17日