石英MEMS傳感器敏感芯片濕法刻蝕設(shè)備結(jié)構(gòu)

濕法蝕刻一般分為①化學(xué)蝕刻液向片晶表面擴(kuò)散②蝕刻液與片晶材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)③反應(yīng)后產(chǎn)物從片晶表面擴(kuò)散至溶液中排出。一般情況下，溶液溫度越高，擴(kuò)散越快，濃度越高，腐蝕性越強(qiáng)，腐蝕速率也就越大。HF+NH4F+H2O溶液與石英晶體反應(yīng)生成SiF62-離子，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡也會(huì)吸附在晶體表面，從而形成微孔，阻礙HF溶液的擴(kuò)散。石英MEMS傳感器敏感芯片濕式蝕刻機(jī)結(jié)構(gòu)技術(shù)、化學(xué)液溫、液流場(chǎng)、化學(xué)溶液濃度、氣泡去除等技術(shù)是濕式蝕刻機(jī)的關(guān)鍵制造技術(shù)。4.重要的濕法蝕刻設(shè)備制造技術(shù)，濕法蝕刻設(shè)備是一種整體結(jié)構(gòu)技術(shù)。其結(jié)構(gòu)主要由清洗槽、防蝕槽、槽體、排氣孔、控制系統(tǒng)、水管系統(tǒng)等組成，主要用于清潔、封閉環(huán)境。因?yàn)镠F溶液腐蝕性很強(qiáng)，所以設(shè)備的安全至關(guān)重要。一般情況下，框架采用鋼結(jié)構(gòu)框架封裝，外殼采用耐腐蝕、強(qiáng)度高的PP(聚丙烯)板焊接而成。采用耐HF腐蝕、耐高溫的PVDF材料制造，槽體選材潔凈、耐HF腐蝕，保證長(zhǎng)期腐蝕過(guò)程槽體不變形。此外，除過(guò)載、過(guò)溫、排氣風(fēng)道風(fēng)壓檢測(cè)、管道區(qū)酸液泄漏檢測(cè)等常規(guī)安全保護(hù)措施外，氫氟酸濃度也比較高，因此在操作區(qū)域和管道區(qū)設(shè)置氫氟酸氣體濃度檢測(cè)報(bào)警裝置，以保證設(shè)備和人員的安全。

濕法腐蝕設(shè)備的核心結(jié)構(gòu)單元是其整體結(jié)構(gòu)圖蝕刻槽。化學(xué)液均勻擴(kuò)散到晶片表面，是實(shí)現(xiàn)腐蝕形貌均勻控制的關(guān)鍵。蝕刻槽體的結(jié)構(gòu)原理主要包括槽體、密封槽蓋、旋轉(zhuǎn)晶片機(jī)構(gòu)、進(jìn)樣口、排樣口等。槽體內(nèi)采用四面360°循環(huán)溢流式結(jié)構(gòu)，化學(xué)液注入采用底面對(duì)稱式腔內(nèi)均勻的小孔及均勻的孔板，溶液循環(huán)采用風(fēng)囊泵將溶液脈動(dòng)降至最低，并與管路注入泵的壓力流量調(diào)節(jié)相配合，實(shí)現(xiàn)化學(xué)液從底面向上均勻流動(dòng)。在底部和溢流口處采用大直徑排出管，在工藝結(jié)束后，DIW(離子水)快速完成化學(xué)腐蝕清洗，實(shí)現(xiàn)腐蝕清洗一體化結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)液濃度是濕法蝕刻槽體濃度控制的重要指標(biāo)，化學(xué)液濃度越高，腐蝕性越強(qiáng)，對(duì)側(cè)腐蝕的控制越困難。石英石晶體濕浸液的溶液溫度一般為40~90℃，溶液揮發(fā)速度很快，如果不能有效地控制溶液揮發(fā)速度，溶液濃度升高很快，對(duì)工藝形象不能有效地控制。高精密度濃度控制器能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)和控制HF離子的濃度，但是復(fù)雜且昂貴。槽蓋為拱型結(jié)構(gòu)，采用冷凝密封槽蓋，槽蓋內(nèi)設(shè)有10~15℃的冷卻水，有效地冷凝了腐蝕過(guò)程中揮發(fā)出的溶液，通過(guò)冷凝蓋人字結(jié)構(gòu)有效地導(dǎo)入工藝槽。槽蓋上選用不銹鋼材料，整體噴氟防腐蝕，氟材料選擇密封圈。

冷凝密封槽蓋與工藝槽的精密液位檢測(cè)機(jī)構(gòu)及自動(dòng)定時(shí)定量補(bǔ)水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工藝濃度不升高。一般情況下，經(jīng)過(guò)一定比例的溶液(濃度)試驗(yàn)，腐蝕過(guò)程中氟離子減少，濃度降低，腐蝕效率降低，腐蝕時(shí)間延長(zhǎng)，不可控因素增多。所以，通常采用大容量的腐蝕液，即工藝槽與大容量?jī)?chǔ)液槽通過(guò)循環(huán)泵連接使用，以降低濃度下降速度。液槽輸入式加熱元，在線加熱液槽，配合晶片旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使蝕刻槽溶液溫度均勻。4.3晶片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)：晶片腐蝕時(shí)，產(chǎn)生一定量的SiF4氣體，在溶液中形成SiF4氣體，這種氣體形成微金屬，影響酸液的擴(kuò)散，通過(guò)晶片的提升和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，SiF4氣體可被有效地排除。另外，旋轉(zhuǎn)晶片能使晶片上的每一個(gè)點(diǎn)最大限度地出現(xiàn)在槽內(nèi)各個(gè)位置，與溶液溫度、流場(chǎng)、濃度等控制完美結(jié)合。所以，采用晶片旋轉(zhuǎn)+旋轉(zhuǎn)的方式，晶片旋轉(zhuǎn)機(jī)主要由晶片裝夾和驅(qū)動(dòng)軸組成，典型參數(shù)如下：旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和夾具材料：PVDF材料夾具旋轉(zhuǎn)方式：旋轉(zhuǎn)+旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)速比：1/4)速度：0~10r/r(連續(xù)調(diào)整)，調(diào)整精度≤1r。

在石英MEMS傳感器敏感芯片結(jié)構(gòu)制造中，使用石英MEMS敏感芯片結(jié)構(gòu)制造的技術(shù)載體——7晶片旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖5結(jié)束語(yǔ)，設(shè)備整體結(jié)構(gòu)技術(shù)、槽體溶液濃度及流場(chǎng)控制、晶片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)是石英晶體形狀結(jié)構(gòu)蝕刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重要保證。利用這一關(guān)鍵技術(shù)，濕法腐蝕設(shè)備的應(yīng)用已超過(guò)20臺(tái)，經(jīng)過(guò)近10年的實(shí)際運(yùn)行，證明了該設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)性能穩(wěn)定，安全可靠，技術(shù)適用性強(qiáng)，可推廣到MEMS中的單晶硅深槽腐蝕、鋁圖形蝕刻等其他濕法腐蝕技術(shù)領(lǐng)域。MEMS制造技術(shù)在無(wú)錫開設(shè)課程，主要內(nèi)容包括：(1)MEMS制造關(guān)鍵設(shè)備和材料(2)硅基MEMS制造技術(shù)(3)非硅基MEMS制造技術(shù)(4)硅基MEMS設(shè)備制造技術(shù)：熱電堆紅外傳感器(額溫槍/耳溫槍核心設(shè)備)(5)非硅基MEMS設(shè)備制造技術(shù)：微流控制、仿生微納結(jié)構(gòu)、微針、電極和人工視網(wǎng)膜等(6)MEMS制造新技術(shù)：納米壓印(7)硅通孔封裝技術(shù)(TSV)、玻璃通孔填充技術(shù)(TGV)和填充技術(shù)。

深圳市力準(zhǔn)傳感技術(shù)有限公司是專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)高品質(zhì)、高精度力值測(cè)量傳感器的廠家。主要產(chǎn)品有微型壓式傳感器、拉壓式柱式傳感器、螺桿拉壓式傳感器、S型拉壓力傳感器、軸銷傳感器、稱重測(cè)力傳感器、多維力傳感器、扭矩傳感器、位移傳感器、壓力變送器、液壓傳感器、變送器/放大器、控制儀表、以及手持儀等力控產(chǎn)品達(dá)千余種，并已獲得多項(xiàng)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新、新品研發(fā)能力強(qiáng)。產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于多種新型和智能化高端領(lǐng)域，包括工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線、3C、新能源、機(jī)器人、機(jī)械制造、醫(yī)療、紡織、汽車、冶金以及交通等領(lǐng)域。

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