×
09.06.2018
218.016.5d06

Способ изготовления чувствительного элемента акселерометра

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение может быть использовано при создании и изготовлении микромеханических устройств, содержащих упругие гибкие деформируемые исполнительные элементы методом химического травления с использованием масок. Способ изготовления чувствительного элемента акселерометра основан на формировании групповым методом объемных структур чувствительных элементов методом поэтапного травления пластин монокристаллического кремния ориентации (100) или кварцевого стекла диаметром не менее 100 мм, включающим жидкостное и ионно-плазменное травление. Обеспечиваются увеличение производительности за счёт использования группового техпроцесса и повышение качества получаемых деталей. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение может быть использовано при создании и изготовлении микромеханических устройств, содержащих упругие деформируемые исполнительные элементы методом химического травления с использованием масок.

Из уровня техники известны способы изготовления маятникового чувствительного элемента акселерометра (RU 2333137C1, 10.08.2008) (1), в которых формируют объемную структуру чувствительного элемента методом поэтапного травления пластины n-типа с ориентацией (100), включающий первичную химическую обработку пластины, нанесение на пластину маски, устойчивой к анизотропному травлению, последующее анизотропное травление пластины и разделение на отдельные элементы.

Недостатком указанного способа (1) является то, что при анизотропном травлении на получаемом чувствительном элементе образуются острые кромки, которые являются концентраторами механических напряжений.

Наиболее близким аналогом заявленного способа может быть выбран способ изготовления маятникового чувствительного элемента для акселерометра (RU 2539767C1, 27.01.2015) (2) методом поэтапного травления кремниевой пластины n-типа с ориентацией (100), включающий первичную химическую обработку пластины, многократное, последовательное нанесение на пластину маски, устойчивой к травлению, последующее травление пластины и разделение на отдельные элементы.

Наиболее близкий аналог (2) также основан на применении многократного анизотропного травления, который приводит к образованию острых кромок на получаемом чувствительном элементе, являющихся концентраторами механических напряжений.

Техническим результатом заявленного способа является увеличение производительности за счёт использования группового техпроцесса и повышение качества получаемых деталей за счет получения закругленных, неострых кромок чувствительного элемента, в частности кромок торсиона.

Указанный технический результат достигается за счет создания способа изготовления чувствительного элемента акселерометра, который основан на формировании групповым методом объемных структур чувствительных элементов методом поэтапного травления пластин монокристаллического кремния (ориентации (100)) или кварцевого стекла диаметром не менее 100 мм, включающим:

жидкостное травление, которое заключается в первичной химической обработке пластины, последовательном нанесении на пластину однослойной или двухслойной маски с двух сторон пластины, устойчивой к травлению в жидкостных анизотропных или изотропных растворах травления, формировании методами двусторонней фотолитографии химического травления рисунка, травлении на глубину, равную половине толщины пластины за вычетом половины толщины упругих элементов, и удалении маски, используемой при глубинном жидкостном травлении, и

ионно-плазменное травление, которое заключается в отмывке пластины, нанесении маски, стойкой к ионно-плазменному травлению, формировании элементов упругих и технологических перемычек в новой маске на одной стороне пластины, травлении ионно-плазменным методом на глубину, равную толщине упругих и технологических перемычек до образования сквозных отверстий, и снятии маски.

В частном варианте выполнения при ионно-плазменном травлении упругих элементов место их закрепления с неподвижной рамкой выполняют закругленным.

В еще одном частном варианте выполнения для последовательного нанесения на пластину кремния одно- или двухслойной маски, устойчивой к химическому травлению, последующее химическое травление пластины осуществляют на глубину Y=[(t/2-Z/2)], где t - толщина пластины, Z - толщина упругого элемента.

В другом частном случае выполнения для однослойной маски проводят жидкостное травление последней в травящем растворе, не вступающем в реакцию с материалом пластины на глубину ½ толщины маски.

В частном случае выполнения для двухслойной маски проводят жидкостное травление нижнего слоя на всю его толщину в травящем растворе, не вступающем в реакцию с материалом пластины и верхним слоем маски, а затем стравливают верхний слой маски ионно-плазменным методом.

В частном случае выполнения при изготовлении маятникового чувствительного элемента из монокристаллического кремния после ионно-плазменного травления выполняют: разделение пластины на отдельные элементы, их отмывку, нанесение на элементы слоя проводников и контактных площадок из электропроводящего материала через маску, сформированную в пластине монокристаллического кремния.

В еще одном частном случае выполнения способа при изготовлении маятникового чувствительного элемента из кварцевого стекла ионно-плазменное травление включает: отмывку пластины, нанесении с одной из сторон пластины маски, стойкой к ионно-плазменному травлению, с адгезионным подслоем, нанесение с другой стороны пластины электропроводящего слоя, стойкого к жидкостному травителю материала маски, с тем же адгезионным подслоем, как и у маски, формирование рисунков элементов упругих и технологических перемычек в маске на одной стороне пластины и слоя проводников и контактных площадок на другой стороне пластины, жидкостное травление маски, слоя проводников и адгезионного подслоя, травление ионно-плазменным методом на глубину, равную толщине упругих и технологических перемычек до образования сквозных отверстий, снятие маски и адгезионного подслоя.

Заявленное изобретение проиллюстрировано следующими чертежами:

На фиг.1 приведен кремниевый чувствительный элемент акселерометра с торсионами крестообразного типа: а) внешний вид; б) вид на пластине;

на фиг.2 - кварцевый чувствительный элемент акселерометра с торсионами мостикового типа: а) внешний вид; б) вид на пластине;

на фиг.3 - ориентация маски на пластине с ориентацией (100) для получения вертикального профиля травления;

на фиг. 4 – последовательность технологических операций маятниковых чувствительных элементов из кремния;

на фиг. 5 – последовательность технологических операций маятниковых чувствительных элементов из кварцевого стекла;

на фиг. 6 – последовательность технологических операций маятниковых чувствительных элементов из кварцевого стекла с «подвешенным» проводниковым слоем.

На фиг. 1-6 обозначено:

1 - маска;

2 - базовый срез пластины;

3 - пластина с нанесенной маской для жидкостного травления;

4 - пластина после жидкостного травления;

5 - пластина с нанесенной маской для ионно-плазменного травления;

6 - пластина после ионно-плазменного травления.

Заявленный способ изготовления чувствительного элемента акселерометра может быть осуществлен для получения кремниевых или кварцевых чувствительных элементов акселерометра различных конструкций. Данный способ основан на формировании групповым методом объемных структур чувствительных элементов методом поэтапного травления пластин монокристаллического кремния (ориентации (100)) или кварцевого стекла диаметром не менее 100 мм и включает жидкостное и ионно-плазменное травление. Жидкостное травление заключается в первичной химической обработке пластины, последовательном нанесении на пластину однослойной или двухслойной маски с двух сторон пластины, устойчивой к травлению в жидкостных анизотропных или изотропных растворах травления, формировании методами двусторонней фотолитографии, химического травления рисунка, травлении на глубину, равную половине толщины пластины за вычетом половины толщины упругих элементов, и удалении маски, используемой при глубинном жидкостном травлении.

Ионно-плазменное травление, заключается в отмывке пластины, нанесении маски, стойкой к ионно-плазменному травлению, формировании элементов упругих и технологических перемычек в новой маске на одной стороне пластины и травлении ионно-плазменным методом на глубину, равную толщине упругих и технологических перемычек, до образования сквозных отверстий. При ионно-плазменном травлении упругих элементов место их закрепления с неподвижной рамкой выполняют закругленным.

При изготовлении чувствительного элемента акселерометра из пластин монокристаллического кремния (ориентации (100)) после последовательного нанесения на пластину кремния одно- или двухслойной маски, устойчивой к химическому травлению, последующее химическое травление пластины осуществляют на глубину Y=[(t/2-Z/2)], где t - толщина пластины, Z - толщина упругого элемента. Для однослойной маски проводят жидкостное травление последней в травящем растворе, невступающем в реакцию с материалом пластины на глубину ½ толщины маски. Для двухслойной маски проводят жидкостное травление нижнего слоя на всю его толщину в травящем растворе, невступающем в реакцию с материалом пластины и верхним слоем маски, а затем стравливают верхний слой маски ионно-плазменным методом. После ионно-плазменного травления выполняют разделение пластины на отдельные элементы, их отмывку, нанесение на элементы слоя проводников и контактных площадок из электропроводящего материала через маску, сформированную в пластине монокристаллического кремния.

При изготовлении маятникового чувствительного элемента из кварцевого стекла ионно-плазменное травление включает: отмывку пластины, нанесение с одной из сторон пластины маски, стойкой к ионно-плазменному травлению, с адгезионным подслоем, нанесение с другой стороны пластины электропроводящего слоя с тем же адгезионным подслоем, как и у маски, формирование элементов упругих и технологических перемычек в маске на одной стороне пластины и слоя проводников и контактных площадок на другой стороне пластины, травление ионно-плазменным методом на глубину, равную толщине упругих и технологических перемычек до образования сквозных отверстий, травление маски и адгезионного подслоя маски и слоя проводников. С целью уменьшения паразитных механических напряжений, возникающих при изменении температуры из-за разницы в температурных коэффициентах расширения материалов упругого элемента и проводникового слоя, проходящего по поверхности упругих элементов, необходимо сформированные участки проводников располагать таким образом, чтобы они «висели» в воздухе (фиг. 6).

Применение указанного способа позволяет устранить следующие недостатки применяемых раннее методов, например при анизотропном жидкостном травлении кремния (без плазмохимического), при вскрытии отверстия в анизотропном травителе на торце рисунка формируются плоскости (110). При этом в другом месте пластины отверстия еще не вскрылись. Таким образом, скорость ухода линейного размера креста 4*cos45*V(110). По результатам измерений уход размера составил от 10 до 15 мкм при разнотолщинности пластины (±2 мкм).

Согласно численному моделированию при деформации торсиона, максимальные напряжения возникают в местах соединения торсиона с неподвижной рамкой. При анизотропном травлении места соединения гранятся плоскостями (111) и (110). При этом указанные точки являются концентраторами механических напряжений и могут при нагрузке приводить к разрушению торсионов.

При плазмохимическом травлении место закрепления креста можно сделать закругленным, что позволяет снизить механические напряжения в этих точках и тем самым повысить процент выхода годных.

При травлении кварца в изотропном травителе, при групповом травлении на пластинах диаметром 100 мм за счет неоднородности толщины пластины (± 2 микрометра) уход геометрических размеров составлял от 50 до 70 микрометров. Применение ионно-плазменного травления позволило достичь точности ±10 микрометров.

В качестве неисключительного примера выполнения способа можно привести получение кремниевого маятникового чувствительного элемента для акселерометра, который состоит из двух параллельно-расположенных балок, закреплённых по центру с помощью крестообразных торсионов с рамкой, и термокомпенсационной рамки с металлическими контактными площадками, предназначенной для защиты акселерометра от напряжений. На одном из плеч каждой балки, противоположных друг другу, травлением удалена часть материала кремния, поэтому в подвешенном состоянии из-за разности масс в плечах балки располагаются под углом к горизонту. Балки размещены таким образом, чтобы выемка располагалась на диагональных плечах балок.

Результаты моделирования показывают, что с помощью варьирования геометрией торсиона можно подобрать необходимые параметры жёсткости сочленения в достаточно широком диапазоне, ограниченном лишь габаритами кремниевой пластины, на которой выполняются элементы системы. Отличительной особенностью данной конструкции будут небольшие перемещения «подвешенного» элемента и высокая жёсткость конструкции.

В качестве материала для формирования структуры были выбраны кремниевые пластины n-типа с ориентацией (100) с удельным сопротивлением 4,5 Ом·см с двусторонней полировкой. Формирование структуры осуществлялось методом поэтапного травления кремния для получения нужной объемной структуры. Травление осуществлялось раствором KOH:H2O при температуре 80°С через маску оксида кремния. Локальные отверстия в маске формировались с помощью фотолитографии.

Другая сложность формирования структуры заключалась в выполнении требования к вертикальности стенок торсиона, которая может быть обеспечена ориентацией прямолинейных сторон маски под углом 45° относительно направления [110], вдоль которого ориентирован базовый срез кремниевой пластины (см. фиг. 3-а).

Вследствие поворота маски будет происходить подтравливание кремния под маской на величину, равную глубине травления (фиг. 3-б), а также подтравливание внешних углов выпуклых структур. Подтравливание связано с образованием на углах быстротравящихся граней типа (112). Таким образом, на фотошаблоне размеры элементов, параллельных плоскости (112), необходимо уменьшать на величину, равную глубине растравливания.

В результате ряда технологических операций, включающих в себя процессы фотолитографии, химическую обработку, анизотропное жидкостное травление, была сформирована структура маятника с вертикальными торсионами заданной геометрии.

Полученные образцы выламывались из пластины и методом анодного сращивания устанавливались на статорную пластину, с помощью которой осуществляются электрический контакт и определение выходных параметров устройства.

Метод позволяет изготавливать по групповой технологии большое количество маятников с высоким процентом выхода годных по пластине, причем наибольшее влияние на выход годных оказывает равномерность исходной пластины по толщине, то есть зависит от технологических возможностей производителя.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления чувствительного элемента акселерометра позволяет производить чувствительные элементы групповым методом таким образом, что влияние недостатков исходных пластин сводится к минимуму, а качество получаемых деталей повышается.


Способ изготовления чувствительного элемента акселерометра
Способ изготовления чувствительного элемента акселерометра
Способ изготовления чувствительного элемента акселерометра
Способ изготовления чувствительного элемента акселерометра
Способ изготовления чувствительного элемента акселерометра
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 99.
13.01.2017
№217.015.6d15

Способ дистанционного зондирования земли

Способ дистанционного зондирования Земли включает в себя получение потока светового излучения Солнца, отраженного от зондируемого участка земной поверхности. Далее поток разделяют на два пучка равной интенсивности, по одному из которых осуществляют преддетекторную адаптивную компенсацию...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597144
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.721d

Способ радиоподавления несанкционированных каналов космической радиолинии "космический аппарат - земля" и система для его реализации

Группа изобретений относится к области радиотехники и может быть использована для избирательного радиоподавления N несанкционированных каналов космических радиолиний «космический аппарат (КА) - Земля», в частности для радиоподавления несанкционированных каналов радиолиний «КА - Земля»...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597999
Дата охранного документа: 20.09.2016
13.01.2017
№217.015.901a

Наземный комплекс управления спутниковой навигационной системой

Изобретение относится к спутниковым навигационным системам, а именно к оборудованию наземного комплекса управления данных систем. Достигаемый технический результат - повышение надежности взаимодействия средств, обеспечивающих управление и измерение на пунктах эксплуатации и в центре управления....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604053
Дата охранного документа: 10.12.2016
25.08.2017
№217.015.9639

Делитель мощности для бортовой аппаратуры космического аппарата

Изобретение относится к СВЧ радиотехнике. Делитель мощности содержит четыре направленных ответвителя на связанных линиях. Смежные направленные ответвители расположены перпендикулярно один к другому, так что проводники связанных линий данных направленных ответвителей образуют стороны двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608978
Дата охранного документа: 30.01.2017
25.08.2017
№217.015.aef4

Устройство для измерения электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при входном контроле аналоговых микросхем при производстве радиоэлектронной аппаратуры. Сущность: устройство содержит испытываемый операционный усилитель или компаратор напряжения, неинвертирующий вход которого через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612872
Дата охранного документа: 13.03.2017
25.08.2017
№217.015.bdae

Наземная система контроля и управления бортовой аппаратурой межспутниковых измерений навигационной системы, например для системы глонасс

Изобретение относится к спутниковым навигационным системам, а именно к оборудованию наземного комплекса управления данных систем. Технический результат состоит в повышении качества контроля навигационных систем. Для этого наземная система контроля и управления бортовой аппаратурой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616278
Дата охранного документа: 14.04.2017
25.08.2017
№217.015.ca22

Способ получения заполненных переходных металлизированных сквозных отверстий печатной платы

Изобретение предназначено для конструирования и изготовления многослойных печатных плат (ПП) для высокоплотного монтажа поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК) с матричным расположением выводов в корпусах типа BGA, CGA. Технический результат - обеспечение надежности ПП при увеличении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619913
Дата охранного документа: 19.05.2017
25.08.2017
№217.015.d1ac

Способ радиометрической коррекции изображения от многоэлементного фотоприёмника инфракрасного диапазона

Изобретение относится к области дистанционного зондирования Земли. Способ радиометрической коррекции изображения от многоэлементного фотоприемника инфракрасного диапазона предусматривает выбор на фотоприёмнике не чувствительных к излучению от объекта съёмки элементов, сравнение сигналов от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621877
Дата охранного документа: 07.06.2017
25.08.2017
№217.015.d24c

Двунаправленный тепловой микромеханический актюатор и способ его изготовления

Использование: для изготовления микромеханических устройств, содержащих упругие гибкие деформируемые исполнительные элементы. Сущность изобретения заключается в том, что микромеханический актюатор выполнен в виде сформированной в меза-структуре упруго-шарнирной консольной балки, состоящей из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621612
Дата охранного документа: 06.06.2017
25.08.2017
№217.015.d2bb

Способ дистанционного мониторинга рисовых оросительных систем

Изобретение относится к способам радиометрической съемки земной поверхности и может быть использовано при проведении мониторинга рисовых оросительных систем. Сущность: выполняют панорамную космическую ИК-радиометрическую съемку поверхности земли со средним разрешением 100-200 м и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621876
Дата охранного документа: 07.06.2017
Показаны записи 1-10 из 43.
10.12.2013
№216.012.8a2a

Микросистема оптического излучения

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано в устройствах и системах для отклонения пучка квазимонохроматического оптического излучения по двум пространственным направлениям, создания плоских изображений с помощью пучка квазимонохроматического оптического излучения,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501052
Дата охранного документа: 10.12.2013
27.12.2013
№216.012.9222

Способ изготовления поглощающего покрытия

Изобретение относится к способу изготовления поглощающего покрытия, обеспечивающего поглощение в инфракрасном диапазоне длин волн для создания эталонов абсолютно черного тела в имитаторах излучения для аппаратуры дистанционного зондирования земли со стабильными характеристиками. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503103
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.06.2014
№216.012.cd07

Микросистемное устройство терморегуляции поверхности космических аппаратов

Изобретение относится к области микроэлектроники - устройствам микросистемной техники, выполненным по технологиям микрообработки кремния, и может быть использовано при создании систем терморегуляции нагреваемой поверхности космических аппаратов, либо иных систем, обеспечивающих микроперемещения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518258
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.08.2014
№216.012.e97d

Электронный датчик тока и напряжения на высоком потенциале

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения токов и напряжений. Электронный датчик тока и напряжения на высоком потенциале содержит измерительный модуль, высоковольтный токопровод, соединенные с аналого-цифровым преобразователем. Вход...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525581
Дата охранного документа: 20.08.2014
10.02.2015
№216.013.26ea

Микросистемный ёмкостной датчик измерения физических величин

Изобретение относится к области микроэлектроники - устройствам микросистемной техники, выполненным по технологиям микрообработки кремния, и может выполнять роль исполнительного элемента датчиковой аппаратуры в части измерения параметров перемещения, ускорения, температуры, механической силы,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541415
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.04.2015
№216.013.3b4d

Устройство дистанционного слежения в исследовательской радиационно-защитной "горячей" камере

Изобретение относится к устройству видеонаблюдения и может быть использовано для слежения за технологическими процессами в радиационно-защитных «горячих» камерах. Технический результат: расширение диапазона видеонаблюдения за счет вращения исполнительного механизма в двух взаимно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546669
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.4092

Способ извлечения из мишени плоской формы полученных в результате облучения целевых компонентов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к средствам извлечения компонентов из облученной мишени. В заявленном способе мишень, выполненную в виде загерметизированного в оболочку плоского сепаратора, сначала подвергают поперечной разрезке путем отсечения конечных частей мишени, а затем производят двухстороннее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548018
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.4093

Способ и устройство извлечения из цилиндрической мишени полученных в результате облучения целевых компонентов

Изобретение относится к средствам извлечения полученных в результате облучения целевых компонентов из мишени. В заявленном способе предусмотрено выполнение мишени (19) в виде цилиндра с центральным стержнем, позиционированным по центру цилиндра двумя пробками, герметизация мишени с двух сторон...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548019
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.06.2015
№216.013.5209

Способ дезактивации капсулы с источником ионизирующего излучения

Изобретение относится к способам удаления радиоактивных отложений с поверхностей капсул с источником ионизирующего излучения. Способ включает в себя последовательную обработку капсулы раствором кислоты и промывку капсулы водным раствором, которые нагревают до режима пузырькового кипения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552522
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.07.2015
№216.013.5e90

Способ герметизации источника ионизирующего излучения и устройство для его реализации

Изобретение относится к средствам получения источников ионизирующего излучения. Заявленный способ герметизации источника ионизирующего излучения (ИИИ) включает герметизацию ИИИ, помещенного в капсулу (19), загерметизированную аргонодуговой сваркой. В качестве ИИИ используется заготовка из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555749
Дата охранного документа: 10.07.2015
+ добавить свой РИД