RU2712927C1 - Способ изготовления микрогироскопа - Google Patents
Способ изготовления микрогироскопа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2712927C1 RU2712927C1 RU2019119946A RU2019119946A RU2712927C1 RU 2712927 C1 RU2712927 C1 RU 2712927C1 RU 2019119946 A RU2019119946 A RU 2019119946A RU 2019119946 A RU2019119946 A RU 2019119946A RU 2712927 C1 RU2712927 C1 RU 2712927C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- microgyroscope
- vacuum
- degassing
- resonator
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 16
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 150000003608 titanium Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения и может применяться при изготовлении кремниевых чувствительных элементов микромеханических датчиков угловой скорости, гироскопов. Изобретение обеспечивает улучшение метрологических характеристик микрогироскопа за счет повышения степени вакуума во внутренней полости прибора. Способ изготовления микрогироскопа включает изготовление деталей и сборочных единиц, сборку резонатора на основании, накрытие крышкой и герметизацию крышки с основанием лазерной сваркой, обезгаживание и вакуумирование микрогироскопа в одном операционном цикле при остаточном давлении не более чем 5⋅10-5 мм рт.ст. при температуре не менее 150°С в течение не менее 4 часов. При этом перед сборкой резонатора на основании на внутренние поверхности основания и крышки наносят пленку титана. Обезгаживание и вакуумирование проводят в камере нагрева через откачную трубку, расположенную на крышке, герметизацию проводят на воздухе. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области приборостроения и может применяться при изготовлении кремниевых чувствительных элементов микромеханических датчиков угловой скорости, гироскопов.
Отрицательное влияние на работу микромеханических приборов, содержащих чувствительные элементы с внутренними вакуумированными полостями, таких как микрогироскопы, выполненные по технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС), играет процесс газовыделения материалов применяемых при изготовлении корпусов приборов во время их работы и эксплуатации. В процессе эксплуатации материалы деталей и сборочных единиц непрерывно выделяют в вакуумную полость растворенные в них газы и ухудшают вакуум, что крайне отрицательно сказывается на работе приборов, в частности, ухудшается такой параметр, как добротность, что ухудшает метрологические характеристики изготавливаемых приборов. Таким образом, поиск оптимальных решений снижения газовыделения конструкционных материалов при изготовлении чувствительных элементов микрогироскопов является актуальной задачей.
Известен вибрационный вакуумный гироскоп [Патент РФ №2518379, МПК G01С 19/56, опубл. 10.07.2014], содержащий основание с металлостеклянными гермовыводами и размещенные на основании немагнитную подложку, гироскопическую систему в составе кремниевого резонатора и опоры резонатора, магнитную систему с входящими в нее магнитом и верхним и нижним магнитопроводами, крышку с отбортовкой. Магнитная система содержит немагнитное центрирующее кольцо, установленное на магните, верхний магнитопровод установлен по посадке на немагнитное центрирующее кольцо. Опора кремниевого резонатора установлена на немагнитную подложку по посадке с нижним магнитопроводом. Поверхности магнита, центрирующего кольца, нижнего и верхнего магнитопроводов, немагнитной подложки, кремниевого резонатора и опоры резонатора собраны без образования внутренних полостей.
Недостатком гироскопа является низкая добротность за счет выделения остаточных газов с внутренних поверхностей основания и крышки, что приводит к снижению степени вакуума во внутренней полости гироскопа и ухудшает его работоспособность во время эксплуатации.
Известен способ изготовления корпусов гибридных интегральных схем [А.с. №868893, МПК H01L 21/96, опубл. 23.12.1991]. Способ предусматривает сварку корпуса гибридной микросхемы импульсом тока с образованием эвтектического соединения соединяемых деталей.
Недостатком способа применительно к микрогироскопам является низкая надежность, обусловленная наличием остаточных газов внутри прибора.
Наиболее близким техническим решением является способ изготовления вакуумного микрогироскопа [Патент РФ №2521678, МПК H01L 21/48, опубл. 10.07.2014]. Согласно способа, обезгаживание, вакуумирование и герметизацию выполняют в одном операционном цикле в герметичной вакуумной камере с остаточным давлением не более чем 5⋅10-5 мм. рт.ст. При этом основание с магнитной системой и кремниевым резонатором и крышку размещают в герметичной вакуумной камере раздельно, не соприкасая друг с другом и обезгаживают одновременно при температуре не менее 150°С в течение не менее 4-х часов. Для вакуумирования и герметизации основание накрывают крышкой и герметизируют, одновременно обеспечивают вакуумирование микрогироскопа, поддерживая внутри герметичной вакуумной камеры остаточное давление не более чем 5⋅10-5 мм. рт.ст.
Недостатком способа являются низкие метрологические характеристики прибора, обусловленные натеканием остаточных газов с внутренних стенок крышки и основания во время эксплуатации.
Целью изобретения является улучшение метрологических характеристик микрогироскопа за счет повышения степени вакуума во внутренней полости прибора.
Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления микрогироскопа, включающем изготовление деталей и сборочных единиц, сборку резонатора на основании, накрытие крышкой и герметизацию крышки с основанием лазерной сваркой, обезгаживание и вакуумирование микрогироскопа в одном операционном цикле при остаточном давлении не более чем 5⋅10-5 мм.рт.ст. при температуре не менее 150°С в течение не менее 4-х часов, согласно способа, перед сборкой резонатора на основании на внутренние поверхности основания и крышки наносят пленку титана.
Кроме того, обезгаживание и вакуумирование микрогироскопа проводят в камере нагрева через откачную трубку, расположенную на крышке, а герметизацию проводят на воздухе.
Газовыделение металлических деталей приборов в вакууме значительно, так как металлам свойственна абсорбция газа, т.е. процесс растворения газа во внутренних слоях вещества. Понижение давления над поверхностью металла нарушает равновесное состояние газов в металле и они начинают интенсивно выделяться. С поверхности металлических деталей абсорбированные газы отделяются более или менее быстро, но перенос газов из внутренних слоев, происходящий путем диффузии, затруднен.
Учитывая то, что нанесенная пленка титана, например, методом магнетронного распыления в вакууме характеризуется отсутствием растворенных в ней газов, следует ожидать отсутствия газовыделений с поверхностей деталей и сборочных единиц микрогироскопа, граничащих с вакуумированной полостью, за счет абсорбции пленкой титана остаточных газов из вакуумированной полости и создания диффузионного барьера в виде пленки титана для десорбции газов в вакуумированную полость, растворенных в объеме металлических деталей. Помимо этого, детали, на которые наносится пленка титана, предварительно обезгаживаются во время напыления титана, так как процесс напыления проходит в условиях высокого вакуума. Кроме того, герметизация крышки и основания лазерной сваркой на воздухе не требует применения сложных приспособлений, таких как специальные манипуляторы, размещаемые внутри камеры нагрева. Обезгаживание и вакуумирование через откачную трубку не требует применения сложного технологического оборудования, такого как вакуумная камера большого объема, требующая поддержания степени вакуума во время технологического процесса не более чем 5⋅10-5 мм.рт.ст.
Нанесение пленки титана на внутренние поверхности деталей гироскопа, таких как крышка и основание, выполняет две основные функции. Во-первых, титан, нанесенный на внутренние поверхности деталей гироскопа, сорбирует остаточные газы из вакуумной полости гироскопа, повышая степень вакуума внутренней полости прибора. Во-вторых, плотная пленка титана препятствует диффузии растворенных в объеме деталей абсорбированных газов, создавая им барьер к проникновению в вакуумированную полость прибора, что способствует сохранению степени вакуума микрогироскопа во время его работы.
На фиг. 1 показан микрогироскоп.
Он содержит основание 1, резонатор 2, крышку 3, пленку титана 4, нанесенную на внутренние поверхности крышки и основания, откачную трубку 5, внутреннюю полость микрогироскопа 6, проволочные выводы 7, металлостеклянные гермовыводы 8.
Способ осуществляют следующим способом.
На внутренние поверхности основания 1, крышки 3 известными методами, например, магнетронным распылением в вакууме, наносят пленку титана 4 толщиной 0,5-1,2 мкм. На основание 1, выполненное из сплава 29НК устанавливают резонатор 2 посредством анаэробного герметика, например АН-6В, не выделяющего газы во время вакуумирования. Резонатор 2 выполняют известными методами из кристаллического или аморфного материалов, таких как кремний или плавленый кварц. На основание 1 устанавливают крышку 3, после чего сборку (крышку 3 и основание 1) герметизируют лазерной сваркой по периметру на воздухе без применения сложных манипуляторов. К откачной трубке 5, расположенной на крышке 3, методом пайки подсоединяют вакуумную магистраль, ведущую к вакуумному посту. Микрогироскоп помещают в камеру нагрева, включают откачной пост и нагрев камеры, проводят одновременное обезгаживание и вакуумирование в одном операционном цикле при остаточном давлении во внутренней полости микрогироскопа 6, образованной герметичным соединением основания 1 и крышки 3, до уровня вакуума не более чем 5⋅10-5 мм.рт.ст. при поддержании температуре не менее 150°С. Процесс проводят в течение не менее 4-х часов. Отключают нагрев камеры, после чего откачную трубку 5 пережимают методом холодного спая. При этом давление во внутренней полости 6 микрогироскопа составляет не более чем 5⋅10-5 мм.рт.ст. Проволочные выводы 7, разваренные на резонатор 2 и металлостеклянные гермовыводы 8, служат для снятия выходного сигнала с микрогироскопа во время его работы.
Таким образом, предложенный способ позволяет улучшить метрологические характеристики микрогироскопа за счет повышения степени вакуума во внутренней полости прибора.
Claims (3)
1. Способ изготовления микрогироскопа, включающий изготовление деталей и сборочных единиц, сборку резонатора на основании, накрытие крышкой и герметизацию крышки с основанием лазерной сваркой, обезгаживание и вакуумирование микрогироскопа в одном операционном цикле при остаточном давлении не более чем 5⋅10-5 мм рт.ст. при температуре не менее 150°С в течение не менее 4 часов, отличающийся тем, что перед сборкой резонатора на основании на внутренние поверхности основания и крышки наносят пленку титана.
2. Способ изготовления микрогироскопа по п. 1, отличающийся тем, что обезгаживание и вакуумирование проводят в камере нагрева через откачную трубку, расположенную на крышке.
3. Способ изготовления микрогироскопа по п. 1, отличающийся тем, что герметизацию проводят на воздухе.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019119946A RU2712927C1 (ru) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Способ изготовления микрогироскопа |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019119946A RU2712927C1 (ru) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Способ изготовления микрогироскопа |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2712927C1 true RU2712927C1 (ru) | 2020-02-03 |
Family
ID=69624815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019119946A RU2712927C1 (ru) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Способ изготовления микрогироскопа |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2712927C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2784820C1 (ru) * | 2022-04-12 | 2022-11-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ изготовления микрогироскопа |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7202100B1 (en) * | 2004-09-03 | 2007-04-10 | Hrl Laboratories, Llc | Method of manufacturing a cloverleaf microgyroscope and cloverleaf microgyroscope |
| RU2518379C1 (ru) * | 2012-11-26 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Вибрационный вакуумный микрогироскоп |
| RU2521678C1 (ru) * | 2012-11-26 | 2014-07-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Способ изготовления вакуумного микрогироскопа |
| RU2547661C2 (ru) * | 2010-12-22 | 2015-04-10 | Сагем Дефенс Секьюрите | Вибрационный гироскоп и способ его изготовления |
-
2019
- 2019-06-25 RU RU2019119946A patent/RU2712927C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7202100B1 (en) * | 2004-09-03 | 2007-04-10 | Hrl Laboratories, Llc | Method of manufacturing a cloverleaf microgyroscope and cloverleaf microgyroscope |
| RU2547661C2 (ru) * | 2010-12-22 | 2015-04-10 | Сагем Дефенс Секьюрите | Вибрационный гироскоп и способ его изготовления |
| RU2518379C1 (ru) * | 2012-11-26 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Вибрационный вакуумный микрогироскоп |
| RU2521678C1 (ru) * | 2012-11-26 | 2014-07-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Способ изготовления вакуумного микрогироскопа |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2784820C1 (ru) * | 2022-04-12 | 2022-11-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ изготовления микрогироскопа |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100583627C (zh) | 压电振动片和压电器件 | |
| JP2008058005A (ja) | 力学量センサ及び電子機器並びに力学量センサの製造方法 | |
| EP2570874B1 (en) | Atomic sensor device and method for gettering an atomic sensor | |
| US10527422B2 (en) | Micro three-dimensional shell resonator gyroscope | |
| US8546748B2 (en) | Helium barrier atom chamber | |
| JP2010124448A (ja) | 電子部品用パッケージ、圧電デバイスおよびその製造方法 | |
| US8941442B2 (en) | Fabrication techniques to enhance pressure uniformity in anodically bonded vapor cells | |
| RU2712927C1 (ru) | Способ изготовления микрогироскопа | |
| EP2746876B1 (en) | Fabrication techniques to enhance pressure uniformity in anodically bonded vapor cells and corresponding wafer structure | |
| CN111854723B (zh) | 适用于高真空环境的谐振子和电极的固定连接方法 | |
| TWI715689B (zh) | 具有雷射活化集氣劑材料的感測器元件 | |
| KR20030038353A (ko) | 미세 기계장치 및 미세 기계장치를 생산하기 위한 방법 | |
| JP2009289953A (ja) | ウェハレベルパッケージ、ウェハレベルパッケージの製造方法及びｍｅｍｓデバイスの製造方法 | |
| JP2007047069A (ja) | 力学量センサ及び電子機器並びに力学量センサの製造方法 | |
| JP2006201022A (ja) | 力学量センサ及び電子機器並びに力学量センサの製造方法 | |
| CN112379125B (zh) | 一种分体式差分石英振梁加速度计的制作及封装方法 | |
| RU2521678C1 (ru) | Способ изготовления вакуумного микрогироскопа | |
| JP2005016965A (ja) | パッケージおよびその製造方法、ならびに振動ジャイロおよびその製造方法 | |
| US20050118920A1 (en) | Method for the production of a microstructure comprising a vacuum cavity and a microstructure | |
| JP2008057995A (ja) | 振動子封止体の製造方法、振動子封止体、および物理量センサ | |
| RU2784820C1 (ru) | Способ изготовления микрогироскопа | |
| JP5189666B2 (ja) | ガラス基板のエッチング方法 | |
| US9018043B2 (en) | Method of encapsulating a micro-device by anodic bonding | |
| RU2518379C1 (ru) | Вибрационный вакуумный микрогироскоп | |
| US11766651B1 (en) | Passively pumped, polycrystalline ceramic high and ultra-high vacuum chambers |