专利名称：石英摆片矩阵排列式化学腐蚀装置及方法
技术领域：
本发明涉及化学腐蚀装置，尤其涉及一种石英摆片矩阵排列式化学腐蚀装置及方 法。
背景技术：
石英摆片是石英挠性加速度计的核心元件，石英摆片挠性桥需要精确腐蚀。长期 以来，化学腐蚀的过程存在化学反应场、温度场不均勻等问题，导致同一批腐蚀的零件尺寸 不一致，影响产品的性能。目前化学腐蚀过程中，几种成份的酸液混合通过机械搅拌，由于搅拌不充分，反应 场梯度不均，造成同一批次产品加工的速度无法精确控制。通过旋转反应槽内的花篮、输入 压缩空气使腐蚀溶液流动和工件位置转换，能使不同密度、不同成份的液体混合均勻，长时 间、连续、稳定、可靠的工作，使同一批次产品在化学腐蚀加工过程中所需化学反应的时间 可以有效控制。同时，压缩空气的搅动作用对腐蚀液和加工工件化学反应生成的沉淀物还 可进行剥离清洁。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种石英摆片矩阵排列式化学腐蚀装 置及方法。石英摆片矩阵排列式化学腐蚀装置包括抽风区、电气区、折叠门、透明玻璃罩、化 学腐蚀槽壳体、步进电机、压缩空气系统管路、轴承、架子、夹具、旋转主轴、花篮、化学腐蚀 槽槽体、夹具盖、石英摆片、夹具座、保护膜；装置本体上部设有风区和电气区，电气区侧设 有折叠门，装置本体下部设有化学腐蚀槽槽体，化学腐蚀槽槽体内设有旋转主轴，旋转主轴 通过轴承与化学腐蚀槽壳体底部相连，化学腐蚀槽壳体底部设有压缩空气系统管路，化学 腐蚀槽壳体上端设有透明玻璃罩，旋转主轴下端与步进电机相连，旋转主轴上部设有架子， 架子设有花篮，花篮底部设有夹具，夹具由压紧螺母、石英摆片、夹具体和二片保护膜组成， 二片保护膜贴在石英摆片正反表面上，放入夹具体中，用压紧螺母压紧石英摆片和二片保 护膜。石英摆片矩阵排列式化学腐蚀方法的步骤如下1)先将二片保护膜贴在石英摆片正反表面上，放入夹具体中，再用压紧螺母压紧 石英摆片和二片保护膜；2)将多种腐蚀溶液倒入化学腐蚀槽槽体中，启动步进电机高速旋转，使腐蚀溶液 混合，启动压缩空气系统，通过四个压缩空气孔向槽13输入压缩空气，使腐蚀溶液处于无 序的紊流状态，10分钟后，腐蚀溶液被搅拌均勻，然后，启动加温装置使腐蚀溶液升温至 40-50 0C ；3)将已经安装好石英摆片的夹具放入花蓝的长形槽中，并呈4X4矩阵方式排列；4)将盛有4X4石英摆片矩阵方式排列在夹具中的花篮放入化学腐蚀槽槽体内，反应15分钟后，每隔15分钟让步进电机低速旋转90度，4次转位一周后，通入压缩空气；然 后再每隔15分钟让步进电机低速旋转90度，4次转位一周后，再通入压缩空气；如此循环， 通过4N次转动，使工件在四个方位都到达N次，通入压缩空N+1次。本发明使不同成份的酸液混合的完全均质化，分散效果好，可以解决同一批次产 品在化学腐蚀生产中的由于腐蚀溶液混合不均造成的加工精度误差。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是矩阵排列式化学腐蚀装置结构主视图；图2是矩阵排列式化学腐蚀装置结构侧视图；图3是本发明的化学腐蚀槽体结构主视图；图4是本发明的化学腐蚀槽体结构俯视图；图5是本发明的化学腐蚀槽体结构右视图；图6是本发明的化学腐蚀夹具示意图；图7(a)是本发明的石英摆片原始工位示意图；图7(b)是本发明的石英摆片旋转90度工位示意图；图7(c)是本发明的石英摆片旋转180度工位示意图；图7(d)是本发明的石英摆片旋转270度工位示意图；图中，抽风区1、电气区2、折叠门3、透明玻璃罩4、化学腐蚀槽体5、步进电机6、压 缩空气系统管路7、轴承8、架子9、夹具10、旋转主轴11、花篮12、化学腐蚀槽槽体13、夹具 盖14、石英摆片15、夹具座16、保护膜17。
具体实施例方式石英摆片矩阵排列式化学腐蚀装置包括抽风区1、电气区2、折叠门3、透明玻璃罩 4、化学腐蚀槽壳体5、步进电机6、压缩空气系统管路7、轴承8、架子9、夹具10、旋转主轴 11、花篮12、化学腐蚀槽槽体13、夹具盖14、石英摆片15、夹具座16、保护膜17 ；装置本体上 部设有风区1和电气区2，电气区2侧设有折叠门3，装置本体下部设有化学腐蚀槽槽体13， 化学腐蚀槽槽体13内设有旋转主轴11，旋转主轴11通过轴承8与化学腐蚀槽壳体5底部 相连，化学腐蚀槽壳体5底部设有压缩空气系统管路7，化学腐蚀槽壳体5上端设有透明玻 璃罩4，旋转主轴11下端与步进电机6相连，旋转主轴11上部设有架子9，架子9设有花篮 12，花篮12底部设有夹具10，夹具10由压紧螺母14、石英摆片15、夹具体16和二片保护膜 17组成，二片保护膜17贴在石英摆片15正反表面上，放入夹具体16中，用压紧螺母14压 紧石英摆片15和二片保护膜17。石英摆片矩阵排列式化学腐蚀方法的步骤如下1)先将二片保护膜17贴在石英摆片15正反表面上，放入夹具体16中，再用压紧 螺母14压紧石英摆片15和二片保护膜17 ；2)将多种腐蚀溶液倒入化学腐蚀槽槽体13中，启动步进电机6高速旋转，使腐蚀 溶液混合，启动压缩空气系统，通过四个压缩空气孔向槽13输入压缩空气，使腐蚀溶液处 于无序的紊流状态，10分钟后，腐蚀溶液被搅拌均勻，然后，启动加温装置使腐蚀溶液升温M 40-50 0C ο空气压缩系统由空压机、管道、阀门和喷头等组成。空压机采用两点式控制(上、下限控制)，也就是当压缩气体气缸内压力达到设定 值上限时，空压机通过本身气压或油压关闭进气阀，小型空气压缩机则停机。当压力下降到 设定值下限时，空压机打开进气阀，小型空压机则又启动。腐蚀溶液加温装置由加热器、温度传感器和控制系统组成。先设定腐蚀工艺最佳 温度Ttl，启动加温装置使腐蚀溶液升温至τ。如果ITtl-Tl > δ (5为事先设定的温度误差 允许值)，则加温装置继续工作使腐蚀溶液升温。如果ITci-TI ^ δ，则加温装置停止工作。3)将已经安装好石英摆片15的夹具10放入花蓝12的长形槽中，并呈4X4矩阵方 式排列；4)将盛有4X4石英摆片矩阵方式排列在夹具中的花篮12放入化学腐蚀槽槽体13 内，反应15分钟后，每隔15分空气压缩系统由空压机、管道、阀门和喷头等组成。空压机采用两点式控制(上、下限控制)，也就是当压缩气体气缸内压力达到设定 值上限时，空压机通过本身气压或油压关闭进气阀，小型空气压缩机则停机。当压力下降到 设定值下限时，空压机打开进气阀，小型空压机则又启动。腐蚀溶液加温装置同加热器、温度传感器和控制系统组成。先设定腐蚀工艺最佳 温度Ttl，启动加温装置使腐蚀溶液升温至τ。如果ITtl-Tl > δ (5为事先设定的温度误差 允许值)，则加温装置继续工作使腐蚀溶液升温。如果T0-T ^ δ，则加温装置停止工作。15分钟后让步进电机低速旋转90度，4次转位 一周后，通入压缩空气；然后再每隔15分钟让步进电机低速旋转90度，4次转位一周后，再 通入压缩空气；如此循环，通过4Ν次转动，使工件在四个方位都到达N次，通入压缩空Ν+1 次。将有4X4个石英摆片、夹具的花篮12在腐蚀溶液中每隔15分钟转动90度一次， 由步进电机低速旋转拖动花蓝实现90度转动。步进电机由环形脉冲、功率放大等组成的控 制系统控制。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲 数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0. 3-0. 4左右，电机 转速越高，占空比则越大。功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的 动态平均电流。驱动方式一般有恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等几种方式。本发明可以解决同一批次产品在不同空间位置的化学腐蚀速度和成品精度问题。
权利要求
1.一种石英摆片矩阵排列式化学腐蚀装置，其特征在于包括抽风区(1)、电气区(2)、 折叠门(3)、透明玻璃罩(4)、化学腐蚀槽壳体(5)、步进电机(6)、压缩空气系统管路(7)、轴 承(8)、架子(9)、夹具(10)、旋转主轴(11)、花篮(12)、化学腐蚀槽槽体(13)、夹具盖(14)、 石英摆片(15)、夹具座(16)、保护膜(17)；装置本体上部设有风区⑴和电气区(2)，电气 区(2)侧设有折叠门(3)，装置本体下部设有化学腐蚀槽槽体(13)，化学腐蚀槽槽体(13) 内设有旋转主轴(11)，旋转主轴(11)通过轴承(8)与化学腐蚀槽壳体(5)底部相连，化学 腐蚀槽壳体(5)底部设有压缩空气系统管路(7)，化学腐蚀槽壳体(5)上端设有透明玻璃罩 (4)，旋转主轴(11)下端与步进电机(6)相连，旋转主轴(11)上部设有架子(9)，架子(9) 设有花篮(12)，花篮(12)底部设有夹具(10)，夹具(10)由压紧螺母(14)、石英摆片(15)、 夹具体(16)和二片保护膜(17)组成，二片保护膜(17)贴在石英摆片(15)正反表面上，放 入夹具体(16)中，用压紧螺母(14)压紧石英摆片(15)和二片保护膜(17)。
2.一种使用如权利要求1所述装置的石英摆片矩阵排列式化学腐蚀方法，其特征在于 它的步骤如下1)先将二片保护膜(17)贴在石英摆片(15)正反表面上，放入夹具体(16)中，再用压 紧螺母(14)压紧石英摆片(15)和二片保护膜(17)；2)将多种腐蚀溶液倒入化学腐蚀槽槽体(13)中，启动步进电机(6)高速旋转，使腐蚀 溶液混合，启动压缩空气系统，通过四个压缩空气孔向槽(13)输入压缩空气，使腐蚀溶液 处于无序的紊流状态，10分钟后，腐蚀溶液被搅拌均勻，然后，启动加温装置使腐蚀溶液升 温至 40-50°C ；3)将已经安装好石英摆片(15)的夹具10放入花蓝(12)的长形槽中，并呈4X4矩阵方 式排列；4)将盛有4X4石英摆片矩阵方式排列在夹具中的花篮(12)放入化学腐蚀槽槽体(13) 内，反应15分钟后，每隔15分钟让步进电机低速旋转90度，4次转位一周后，通入压缩空 气；然后再每隔15分钟让步进电机低速旋转90度，4次转位一周后，再通入压缩空气；如此 循环，通过4N次转动，使工件在四个方位都到达N次，通入压缩空N+1次。
全文摘要
本发明公开了一种石英摆片矩阵排列式化学腐蚀装置及方法。装置本体上部设有风区和电气区，电气区侧设有折叠门，装置本体下部设有化学腐蚀槽槽体，化学腐蚀槽槽体内设有旋转主轴，旋转主轴通过轴承与化学腐蚀槽壳体底部相连，化学腐蚀槽壳体底部设有压缩空气系统管路，化学腐蚀槽壳体上端设有透明玻璃罩，旋转主轴下端与步进电机相连，旋转主轴上部设有架子，架子设有花篮，花篮底部设有夹具，夹具由压紧螺母、石英摆片、夹具体和二片保护膜组成，二片保护膜贴在石英摆片正反表面上，放入夹具体中。本发明使不同成份的酸液混合的完全均质化，分散效果好，可以解决同一批次产品在化学腐蚀生产中的由于腐蚀溶液混合不均造成的加工精度误差。
文档编号C03C15/00GK102092954SQ20101053684
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者严明, 张云电 申请人:杭州电子科技大学