[发明专利]一种基于临时悬梁结构实现微间隙装配的工艺方法

说明书

本发明公开了一种基于临时悬梁结构实现微间隙装配的工艺方法，包括：沿基板厚度方向贯穿加工形成悬梁结构；沿基板厚度方向加工间隙台阶结构；将芯片单元置于预设位置，使芯片单元上的芯片单元装配平面与基板上的悬梁装配平面贴合，且芯片单元装配平面位于间隙区域内；将芯片单元与基板固定连接；去除悬梁，实现微间隙装配。与传统的垫片法/陪片法/牺牲层法制作微间隙结构相比，本发明采用临时悬梁制作微间隙结构避免了垫片或陪片法引起的间隙过大或不均匀，也避免了牺牲层法腐蚀液/腐蚀气体在微小狭长缝隙结构中流动性差、均匀性差的缺陷。提高了工艺一致性，且适用于圆片级批量装配，并在大深宽比，小间隙结构上具有更高的工艺精度。

技术领域

本发明涉及微机械工艺与微组装技术领域，具体涉及一种基于临时悬梁结构实现微间隙装配的工艺方法。

背景技术

随着微机械技术的发展，微型传感器芯片对精细化、复杂化结构有了更大的需求。其中微间隙结构单元主要应用在谐振式陀螺仪、电容传感器、集成光学芯片等领域，用于形成微电容或特定光学界面。在上述领域中，微间隙结构的大小通常在数微米至数十微米量级，微间隙均匀性需要达到亚微米量级，而传统的微间隙结构制作/装配工艺方法具有一定的局限性。

以微半球谐振陀螺仪为例，微半球谐振子具有三维薄壳体结构，是陀螺的核心敏感器件，谐振子需要在一定的外力激励条件下形成四波腹振动，从而具备敏感角速率的性能。静电激励基于电极芯片与镀膜后的谐振子形成的微电容结构实现，微电容受交变电压影响产生周期变化的电场，从而激励谐振壳体振动。微电容静电激励具有非接触、控制精度高、利于陀螺信号拾取等优点，是微半球谐振陀螺普遍采用的激励检测控制方法。但微电容结构需要极小的电容间隙（通常在5-10um左右）和较高的电容间隙一致性，因此微间隙装配工艺难度极大，是微半球谐振陀螺的一项技术瓶颈。

为了减少电容间隙大小、提高电容间隙一致性，有研究者提出使用金属垫片作为临时装配间隙，在谐振子锚点与电极固化后将垫片抽出，以实现微电容间隙的装配。但金属垫片的厚度通常在10um以上，同时由于垫片翘曲、易拉伸形变等特点，难以保证间隙的大小及一致性。还有研究者提出使用光刻胶、铜、三氧化二铝等膜层作为形成电容间隙的牺牲层，在谐振子锚点与电极固化后通过干法/湿法刻蚀去除牺牲层，形成电容间隙。由于谐振子与电极间形成的电容平面为狭长区域且间隙很小，湿法刻蚀方法不利于腐蚀液的流通，容易形成牺牲层残余；干法刻蚀方法受谐振子三维薄壳结构限制，反应气体的流通方向性较差，工艺效率及质量也难以保证。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于临时悬梁结构实现微米量级间隙装配的工艺方法，可使电极基板与芯片单元装配后在特定区域形成微米量级微间隙结构。

本发明采用了如下的技术方案：

一种基于临时悬梁结构实现微间隙装配的工艺方法，包括：

S1、沿基板厚度方向贯穿加工形成悬梁结构，所述悬梁结构中，悬梁的一部分位于间隙区域内，位于间隙区域内的悬梁的顶面为悬梁装配平面，悬梁的非自由端位于间隙区域外，间隙区域为安装完成后形成装配间隙的区域；

S2、沿基板厚度方向加工间隙台阶结构，间隙区域包含在间隙台阶结构区域内，间隙台阶结构底面与悬梁顶面高度差为预设装配间隙值；

S3、将芯片单元置于预设位置，使芯片单元上的芯片单元装配平面与基板上的悬梁装配平面贴合，且芯片单元装配平面位于间隙区域内；

S4、将芯片单元与基板固定连接；

S5、破坏悬梁非自由端，进而去除悬梁，实现微间隙装配。