[发明专利]一种石英音叉和基座的连接结构、连接方法及其应用

说明书

本发明公开一种石英音叉与基座的连接结构，包括孤岛、凸台以及设置两者之间用于将两者相互连接的多层金属膜层，所述孤岛设置于石英音叉中心，所述凸台设置于基座表面。本发明还提供上述石英音叉与基座连接结构的连接方法以及在石英音叉陀螺的应用。本发明采用微组装工艺连接石英音叉和基座，基于材料的性质，从根本上解决了石英音叉与基座基于环氧树脂粘接胶工艺所不可避免的温度不匹配以及气体释放，可以有效改善石英陀螺的全温性能与温度稳定性，保证连接结构的强度及可靠性，同时采用MEMS工艺能够兼容传统自动粘接设备，通过特定的微组装工艺参数保证了实现微米级微组装精度。

技术领域

本发明涉及石英音叉陀螺加工领域，具体涉及一种石英音叉和基座的连接结构、连接方法及其应用。

背景技术

微机械陀螺是现代惯性导航与控制技术的核心部件，广泛应用于航空航天、武器装备、工业控制以及消费电子。其中石英音叉陀螺具有较高的检测精度，在高精度应用领域获得了广泛的应用。石英音叉陀螺加工可以分为三个阶段，第一阶段为石英音叉的加工，即通过MEMS工艺对石英音叉结构进行精密加工；第二阶段为石英音叉陀螺表芯微组装，即通过环氧树脂类绝缘粘接胶等实现石英音叉与基座的微组装；第三阶段为石英音叉陀螺表芯封装，即通过电阻焊或激光封焊等实现特定内部气氛的可靠封装。

传统的微组装技术一般采用环氧树脂类绝缘粘接胶等实现石英音叉与基座的微组装，由于石英和基座材料(例如可伐合金等)具有接近的热膨胀系数，能够实现良好的热匹配，但环氧树脂粘接胶固化后热膨胀系数与基座及石英晶体不匹配，在温度变化时将产生应力，而石英音叉作为石英陀螺的敏感部件，微弱的应力将直接硬性其参数指标，与温度相关的应力变化将影响石英陀螺全温性能。同时，由于有机环氧树脂粘接胶随着时间的推移将释放气体，影响封装气氛，造成内部压强、阻尼变化，进而导致石英陀螺Q值、标度因数等关键指标变化，与时间相关的内部气氛变化将影响石英陀螺表芯长期稳定性。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的石英和基座材料采用环氧树脂类绝缘粘接胶进行连接，由于环氧树脂热膨胀系数与石英和基座材料不匹配而产生热应力，同时会随时间推移释放气体的缺陷，从而提供一种石英音叉和基座的连接结构及其连接方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种石英音叉与基座的连接结构，包括孤岛、凸台以及设置两者之间用于将两者相互连接的金属连接层，所述孤岛设置于石英音叉中心，所述凸台设置于基座表面。

所述金属连接层由多层金属膜层键合而成，所述多层金属膜层沿孤岛靠近凸台的方向上依次包括层叠设置的Cr层、第一Au层、Sn层和第二Au层。

进一步地，所述多层金属膜层的面积大于孤岛与凸台的相交面积。

进一步地，所述多层金属膜层厚度为9.5-10.5μm；优选地，Cr层的厚度为19-21nm，第一Au层的厚度为5700-6300nm，Sn层的厚度为3800-4200nm，第二Au层的厚度为9.5-10.5nm，所述多层金属膜层不与其他Au电极相连接。

本发明还提供上述石英音叉和基座的连接结构的石英音叉陀螺的应用。

并提供一种石英音叉陀螺，包括上述石英音叉和基座的连接结构。

本发明还提供一种石英音叉与基座的连接方法，包括如下步骤：

在石英音叉中心的孤岛上形成多层金属膜层；

将石英音叉的孤岛与基座的凸台对准后，进行微组装，通过多层金属膜层连接石英音叉和基座。

进一步地，所述微组装，包括如下步骤：