石英MEMS传感器的工作道理、敏感芯片结构和加工工艺
，着沉论述了石英晶体各向异性蚀刻机理和湿法蚀刻工艺
，影响湿法蚀刻石英晶体状态结构的溶液浓度、溶液流场、反映气泡等成分
，结合设备造作安全性沉点论说了湿法蚀刻设备整体结构工艺、溶液浓度节造工艺、晶片旋转节造工艺等设备造作的沉要工艺。关键词：石英MEMS传感器石英晶体各向异性湿法蚀刻MEMS是指微机电系统
，是指选取微机电加工工艺
，凭据职能要求将机械元器件、电子元器件和传感器执行元器件整合到微米级芯片上形成的独立智能系统。单晶石英资料拥有压电成效
，拥有良好的温度、机械机能、高品质成分等个性
，因而选取单晶石英造作的石英MEMS加快度传感器、压力传感器和石英MEMS陀螺仪等拥有高精度、高不变性、高清澈度等个性
，在微型惯性导航系统、姿势丈量和节造、航空宇宙、汽车电子、仪表等领域得到宽泛利用
，其加工技术和设备造作技术钻研对推进产业发展拥有技术支持的沉要意思。1石英MEMS传感器敏感芯片结构石英MEMS传感器重要利用于振动惯性构件
，是通过振动道理丈量活动物体的各类活动参数(蕴含角速、角度、线速等)的惯性构件。石英MEMS振动惯性器件重要蕴含石英微机械振动陀螺、石英振梁加快度计等
，其敏感结构选取石英晶体
，凭据石英晶体的压电成效道理
，选取微电子加工技术
，是振动惯性技术与微机械加工技术的有机结合。石英微机械振动陀螺是音叉结构的哥氏振动陀螺
，是MEMS角速度传感器。其敏感芯片结构为双端叉结构
，蕴含驱动叉、读取叉和支持结构。石英微机械振动陀螺的工作道理和敏感芯片结构如图1所示。驱动叉受天然频率左右振动
，石英MEMS陀螺旋转垂直轴时
，驱动叉受到哥力(Coriolis)的作用
，产生垂直于叉平面的振动
，该哥力活动传递到读音叉
，使读音叉垂直于叉平面的方向振动
，振动幅杜纂驱动叉的速度和表加快度相比敏感芯片结构是以石英晶体为基体资料的一体式叉结构
，拥有双端叉、单端叉等结构大局。双端叉结构分离驱动叉与读出叉
，有利于削减耦合误差
，活络度高
，但体积大的单端叉结构驱动叉与读出叉共用叉
，体积幼
，但信号互有关扰
，活络度低。

石英微机械振动陀螺的工作道理和敏感芯片结构石英MEMS加快度计
，即石英振梁加快度计
，凭据石英振梁的谐振频率随表力变动的个性检测活动体的加快度。一对一压电石英振梁和质量块通过柔性系统支持形成一体化。石英振动梁与表电路组成两种分歧频率的自激振动器
，当其敏感轴方向有加快度输入时
，一个振动梁受到张力
，另一个振动梁受到压力
，相应的振动频率逐一增长削减
，其频率差能够丈量输入加快度的大幼。石英振动梁加快度计敏感芯片结构选取集石英振动梁、质量块、柔性支持等一体化单片结构
，通常有分体式和一体式两种大局。分体结构由两端固定石英振梁、柔性支持结构等组成。其利益是石英振梁、柔性支持结构单独加工
，工艺比力单一
，但组装工艺复杂。集成结构是在石英基片上实现振梁、柔性支持和隔离框架的造作
，其利益是预防资料分歧引起的热匹配问题
，精度高
，体积幼
，容易集成组装。但弊端是芯片造作工艺难度大
，制品率低。

石英振梁加快度计的工作道理和敏感芯片结构2石英MEMS传感器敏感芯片加工工艺石英MEMS传感器敏感芯片结构选取石英晶体资料。石英通常的加工步骤有机械加工、激光加工、干法蚀刻和湿法蚀刻等；导庸ぁ⒓す饧庸び捎诩庸ぶ柿亢统叽缇抛邢
，不适合石英MEMS传感器敏感芯片复杂藐幼结构；干法蚀刻结构尺寸节造
，可得到石英晶体表表平展的深邃宽比结构
，但其加工成本高
，效能低
，目前石英干法蚀刻设备尚不成熟；湿法蚀刻通过光法
，加工尺寸幼
，尺寸精度高
，可批量加工
，效能高
，成本低
，适合石英MEMS传感器敏感芯片复杂藐幼结构加工的技术。石英MEMS传感器敏感芯片工艺流程如图3所示。石英晶片洗濯干燥后
，进行晶片双面镀膜
，形成湿法浸蚀的；つ
，而后通过双面光刻技术
，在晶片金属膜上形成敏感的晶片结构状态
，而后进行石英晶片湿法浸蚀
，形成必要的三维晶片结构
，而后在晶片结构上形成电极
，形成齐全的敏感晶片。石英湿法蚀刻液是一种拥有很强侵蚀性的HF溶液
，对蕴含光刻胶在内的大部门物质都有侵蚀性
，所以通常选用金属作为口罩层
，黄金的化学性质比力不变
，不会与HF酸反映
，黄金口罩层的致密机能会很好的阻止蚀刻液的渗入
，但是黄金和石英的附着性比力差
，长功夫浸泡在蚀刻液中很容易与石英脱落
，导致口罩无效。因而
，通常在黄金和石英之间溅射或蒸镀石英附着性强的铬和钛
，有效预防口罩层故障。

石英MEMS传感器敏感芯片加工工艺流程3湿法蚀刻工艺石英在常压下
，陪伴着溫度的变动
，低温石英(α石英)、高温石英(β石英)、磷石英、方石英和石英玻璃等5种变体。其中石英玻璃是晶体型二氧化硅变为非晶体型的玻璃熔体
，又称熔体石英
，各向同性
，无压电成效。石英晶体通常是指低温石英(α石英)
，α石英晶体拥有典型的压电效应、优良的绝缘性和显著的各向异性。合用于石英不规定复杂结构加工
，如尖角、空腔、深邃宽比侧壁、悬臂梁等
，是石英MEMS传感器敏感芯片复杂三维结构的沉要晶体资料。由于石英晶体原子结构的分列有方向性
，分歧方向的晶体原子分列结构和原子密度分歧
，晶体化学反映(蚀刻速度)分歧
，阐发出分歧方向的异性个性。石英MEMS传感器敏感芯片湿法蚀刻技术
，利用石英晶体各向异性蚀刻个性
，通过化学蚀刻液与蚀刻晶体之间的非等向化学反映去除蚀刻部门
，实现敏感芯片的微纳米图形结构。为了获得预期不变的蚀刻结构和优良的石英表表加工质量
，必要严格节造蚀刻功夫和蚀刻速度。为了达到这主张
，通常通过选择适当的侵蚀液配比和节造侵蚀液温度和浓度来扭转各晶面的侵蚀速度
，削减侧侵蚀量
，达到预期的状态结构。通常
，侵蚀液在HF溶液中参与适量的NH4F溶液或鼓和的NH4HF2溶液
，温度领域(40~90℃)±1℃；Х从巢街瑁

SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O。

SiO2+4NH4F+2H2O→SiF4↑+4NH3H2O。

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，蕴含工业自动化出产线、3C、新能源、机械人、机械造作、医疗、纺织、汽车、冶金以及交通等领域。

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