一种基于全石英结构振梁加表的多层粘接键合方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及惯性仪表微组装技术领域，具体涉及一种基于全石英结构振梁加表的多层粘接键合方法。
技术背景
[0002]随着现代武器装备和民用导航技术的快速发展，对新一代小型高精度惯导系统的需求日益迫切，高精度石英振梁加速度计成为惯性仪表一个新的研究方向。敏感组件的键合是影响加速度计性能指标的一个关键因素，是尚精度振梁表研制中的一项关键技术。
[0003]过去近20年，基于石英和硅材料零件的键合技术在国内外得到了快速发展，出现了不同的技术方案和技术路线。当前在MEMS制造领域中，常用于石英材料键合的方法主要有直接键合、共晶键合和胶接键合三种键合方式。直接键合对表面粗糙的要求十分苛刻，在Inm以内，多用于圆片级键合，目前尚无法用于敏感结构的键合。目前共晶工艺在MEMS封装和贴片领域应用广泛，传统的方式是釆用预制焊料片，但是由于预制焊料片厚度过大，无法满足石英振梁加速度计敏感组件键合的要求，目前较新的方法是将共晶合金直接镀到零件表面上，厚度可以控制在2 μm，但共晶焊料的镀制和石英结构件微加工艺存不兼容，目前无法用于加速度计敏感组件的键合。胶接工艺在双层结构的键合条件下已经是一种成熟的技术，但针对石英振梁加速度计敏感组件对高精度、低应力键合的技术要求，主要存在以下问题:
[0004]1、石英结构件的对准和基准的传递。石英振梁加速度计敏感结构全部采用石英材料，各零件的结构均是通过腐蚀工艺加工而成，由于石英材料存在各向异性，零件上的特征均为不规则形状，无法进行多层结构的精确对准。
[0005]2、多层结构的同时固化。石英振梁加速度计敏感组件由多层石英零件组成，采用两层结构多次键合的方式或多层堆叠的方式，都不能满足对准精度的要求。
[0006]3、胶层厚度的均匀性控制。胶层的厚度是造成键合应力的重要因素，由于敏感组件零件之间的键合面积大，且为不规则图形，所以胶层的均勻涂覆的难度大。
【发明内容】
[0007]发明目的
[0008]本发明的目的在于提供一种适用于全石英结构多层敏感组件胶接键合的工艺方法，以满足高精度石英振梁加速度计敏感结构键合的要求。
[0009]技术方案
[0010]本发明是一种基于全石英结构振梁加表的多层粘接键合方法，其中，包括以下步骤:
[0011]第一步，对准标记制作；在各个石英零件相对应的指定位置釆用石英微加工艺制作具有统一基准的对准标记；
[0012]第二步，零件一次涂胶；在零件的键合面，涂覆胶液；
[0013]第三步，一次对准；利用对准标记，对两层结构进行对准；
[0014]第四步，预固化；将对准后的组件放入温箱内进行预固化，得到预固化组件；
[0015]第五步，二次涂胶；在预固化组件的与另一层零件的键合面，涂覆胶液；
[0016]第六步，二次对准；在精密光学对准台上，预固化组件与另一层结构的精确对准；
[0017]第七步，判断是否还有未进行对准的零件，如果有，重复进行第四步?第六步，如果没有，继续进行第八步；
[0018]第八步，终固化；将完成对准后的多层预固化组件放入温箱内进行终固化。
[0019]如上所述的一种基于全石英结构振梁加表的多层粘接键合方法，其中，在第一步中，对准标记的加工精度小于±1 μπι。
[0020]如上所述的一种基于全石英结构振梁加表的多层粘接键合方法，其中，在第二步和第五步中，使用高精度自动涂胶装置，胶层厚度小于等于10 μπι，厚度均匀性小于等于
2μ m，胶点位置精度小于等于±3 μπι。
[0021]有益效果
[0022]本发明的有益效果是在于:
[0023]1、通过在各个零件上制作对准标记，统一了敏感组件多层结构的对准基准，保证了键合精度，两层结构的键合精度达到±1 μπι。
[0024]2、釆用高精度自动涂胶装置，实现了胶层的自动化、图像化涂覆，胶层厚度小于10 μ m，厚度均匀性小于±2 μ m，位置精度不低于±3 μ m，有效减小了键合应力，敏感组件的键合应力小于20MPa。
[0025]3、通过预固化方式，实现了多层石英结构的高精度对准，多层结构的键合精度达到±5 μπι，满足高精度石英振梁加速度计的技术要求。
[0026]本发明提出的全石英结构振梁加速度计多层敏感结构胶接键合方法，解决了高精度石英振梁加速度计敏感组件多层结构高精度、低应力键合的难题，键合精度达到±5 μπι，键合应力小于20Mpa。
【附图说明】
[0027]图1是对准标记与零件位置关系图；
[0028]图2是零件涂胶示意图；
[0029]图3是为本发明所提供的一种基于全石英结构振梁加表的多层粘接键合方法流程图。
[0030]图中:1.零件A ；2.零件B ；3.对准标记；4胶。
【具体实施方式】
[0031]以下，结合附图和【具体实施方式】，对本发明做进一步的说明。
[0032]如图1所示，一种基于全石英结构振梁加表的多层粘接键合方法，所述对准标记3通过微加工艺方法制作，位于零件Al和零件B2结构中，并且各个零件的对准标记具有统一的基准。为保证对准精度，每组对准标记由两个标记组成。
[0033]如图3所示，一种基于全石英结构振梁加表的多层粘接键合方法，包括以下步骤:
[0034]第一步，对准标记制作。在各个石英零件相应位置釆用石英微加工艺制作具有统一基准的对准标记，
[0035]在本实例中，如图1所示，对准标记3位于零件Al和零件B2结构中，每组对准标记由两个标记组成，沿对角线分布；具体的工艺可以是光刻工艺。
[0036]第二步，零件一次涂胶。在零件的键合面，使用精密涂胶设备均勻涂覆胶液；
[0037]在本实例中，如图2所示，零件表面涂胶4，分为两组线条，宽度为20 μm，厚度10 μ m，厚度均勾性±2 μ m。
[0038]第三步，一次对准。在精密光学对准台上，完成对两层结构的精确对准。
[0039]在本实例中，使用高精度光学对准台，对准精度±1μπι，其中对准台包括对准工装，完成对准后，工装将两零件压紧，取出。
[0040]第四步，预固化。将对准后的组件放入温箱内进行低温预固化；
[0041]在本实例中，产品使用7-2312单组分环氧胶，初固化温度为120°C，终固化温度为180°C，选择的预固化温度为100°C，保温时间为2小时。
[0042]第五步，零件二次涂胶。在完成预固化组件的与第三层零件的键合面，使用精密涂胶设备均匀涂覆胶液；
[0043]在本实例中，将完成预固化的组件翻转，在零件A的另外一个键合面涂胶，如图2所示，零件表面涂胶4，分为两组线条，宽度为20 μm，厚度10 μm，厚度均匀性±2 μπι。
[0044]第六步，二次对准。在精密光学对准台上，完成对第三层结构的精确对准；
[0045]在本实例中，使用高精度光学对准台，对准精度±1μπι，其中对准台包括对准工装，完成对准后，工装将两零件压紧，取出。
[0046]第七步，判断是否还有未进行对准的零件，如果有，重复进行第四步?第六步，如果没有，继续进行第八步；本实施例中，为三层结构，继续进行第八步；
[0047]第八步，终固化。将完成对准后的多层组件放入温箱内进行终固化。
[0048]在本实例中，产品使用7-2312单组分环氧胶，固化条件为120°C保持3h，160°C保持lh，180°C保持0.5h。完成整个键合过程。
[0049]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
[0050]虽然通过上述实施例对本发明所述的一种基于全石英结构振梁加表的多层粘接键合方法进行了详细的说明，但是上述说明并不是对本发明的限定，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种变形和变更，例如，最优化的方法可以在现有技术的各种方法中选择。
【主权项】
1.一种基于全石英结构振梁加表的多层粘接键合方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，对准标记制作；在各个石英零件相对应的指定位置釆用石英微加工艺制作具有统一基准的对准标记； 第二步，零件一次涂胶；在零件的键合面，涂覆胶液； 第三步，一次对准；利用对准标记，对两层结构进行对准； 第四步，预固化；将对准后的组件放入温箱内进行预固化，得到预固化组件； 第五步，二次涂胶；在预固化组件的与另一层零件的键合面，涂覆胶液； 第六步，二次对准；在精密光学对准台上，预固化组件与另一层结构的精确对准； 第七步，判断是否还有未进行对准的零件，如果有，重复进行第四步?第六步，如果没有，继续进行第八步； 第八步，终固化；将完成对准后的多层预固化组件放入温箱内进行终固化。2.如权利要求1所述的一种基于全石英结构振梁加表的多层粘接键合方法，其特征在于，在第一步中，对准标记的加工精度小于±ι μπι。3.如权利要求2所述的一种基于全石英结构振梁加表的多层粘接键合方法，其特征在于，在第二步和第五步中，使用高精度自动涂胶装置，胶层厚度小于等于10 μ m，厚度均匀性小于等于2 μm，胶点位置精度小于等于±3 μπι。
【专利摘要】本发明是一种基于全石英结构振梁加表的多层粘接键合方法。包括以下步骤：第一步，对准标记制作；第二步，零件一次涂胶；第三步，一次对准；利用对准标记，对两层结构进行对准；第四步，预固化；将对准后的组件放入温箱内进行预固化，得到预固化组件；第五步，二次涂胶；在预固化组件的与另一层零件的键合面，涂覆胶液；第六步，二次对准；在精密光学对准台上，预固化组件与另一层结构的精确对准；第七步，判断是否还有未进行对准的零件，如果有，重复进行第四步～第六步，如果没有，继续进行第八步；第八步，终固化；将完成对准后的多层预固化组件放入温箱内进行终固化。本发明键合精度达到±5μm，键合应力小于20Mpa。
【IPC分类】G01P15/097
【公开号】CN105572421
【申请号】CN201410554757
【发明人】丁凯, 刘韧, 张菁华, 刘晓智
【申请人】北京自动化控制设备研究所
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2014年10月17日