專利名稱：水銀式微機械慣性開關(guān)制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域中的一種水銀式微機械慣性開關(guān)器件制造方法，特別適用于炮彈、導(dǎo)彈引信上作引信保險開關(guān)及作民用產(chǎn)品慣性開關(guān)裝置的制造。
背景技術(shù)：
在軍事及汽車、照相機、玩具、鼠標等民用產(chǎn)品領(lǐng)域都需要大量應(yīng)用慣性開關(guān)。研制性能更好、可靠性更高、價格更低的慣性開關(guān)一直是人們追求的目標。目前特別在炮彈、導(dǎo)彈上常采用慣性開關(guān)作為引信的保險開關(guān)，現(xiàn)在炮彈、導(dǎo)彈上的引信保險慣性開關(guān)采用由質(zhì)量塊、掛鉤、彈簧等機械結(jié)構(gòu)組合的無源慣性開關(guān)，這種機械結(jié)構(gòu)式無源慣性開關(guān)其主要不足是體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性能差，制造困難，生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種半導(dǎo)體無源結(jié)構(gòu)的水銀式微機械慣性開關(guān)制造方法，該方法工藝簡單成熟，制造成本低廉，使用方便，該方法制造的慣性開關(guān)裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，體積小，重量輕等特點。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題由下列技術(shù)方案實現(xiàn)的，它包括的步驟在底晶片1襯底面上淀積一層絕緣層5，絕緣層5上涂一層光刻膠，用電極掩膜版放在光刻膠上曝光顯影光刻出電極13、14光刻膠窗口形狀，露出絕緣層，對電極13、14光刻膠面及膠窗口用濺射工藝覆蓋金屬，用剝離工藝將光刻膠及光刻膠上的金屬去掉，加工成金屬電極13、14結(jié)構(gòu)形狀，用砂輪劃片機加工成底晶片1管芯；在頂晶片4襯底面上淀積一層絕緣層8，用砂輪劃片機加工成頂晶片4管芯；在中間下晶片2、中間上晶片3襯底面上各淀積一層絕緣層6、7，用砂輪劃片機加工成中間下晶片2、中間上晶片3管芯；中間下晶片2、中間上晶片3各絕緣層6、7面上涂一層光刻膠，用一塊水銀腔體9、空腔體10、溝道11掩膜版放在光刻膠上曝光顯影光刻出水銀腔體9、空腔體10、溝道11的光刻膠窗口形狀，露出絕緣層；在中間下晶片2、中間上晶片3背面淀積一層絕緣膠，涂一層光刻膠，用一塊水銀腔體9、空腔體10、溝道11掩膜版放在背面光刻膠上采用雙面光刻工藝曝光顯影光刻出水銀腔體9、空腔體10、溝道11的光刻腔窗口形狀，露出絕緣層；用氫氟酸緩沖液腐蝕掉中間下晶片2、中間上晶片3光刻膠窗口形狀露出的絕緣層，用熱硫酸腐蝕掉上下面光刻膠，用EPW腐蝕液腐蝕掉中間下晶片2、中間上晶片3中水銀腔體9、空腔體10、溝道11光刻窗口內(nèi)的單晶硅，加工成水銀腔體9、空腔體10和溝道11結(jié)構(gòu)；在水銀腔體9中灌注水銀珠12，加工成水銀腔體結(jié)構(gòu)。
底晶片1管芯、中間下晶片2管芯、中間上晶片3管芯、頂晶片4管芯依次裝配安裝在半導(dǎo)體器件管殼內(nèi)，電極13、14一端裸露在空腔體10內(nèi)，側(cè)面涂覆環(huán)氧樹脂，把各芯片粘合；用金絲超聲鍵合與底晶片1上金屬電極13、14另一端連接，通過鍵合的金絲電極把電極13、14與半導(dǎo)體器件管殼上電極引線連接，用硅膠粘合密封封帽。
上述微機械慣性開關(guān)制造方法，設(shè)所述水銀珠12在溝道中的表面高度為H、靜態(tài)時水銀珠12的曲率半徑為r0、水銀珠12承受加速度時進入溝道11后的曲率半徑為r、預(yù)先設(shè)置的加速度為a，則它們之間應(yīng)滿足如下公式ρHa=2σr-2σr0--(1)]]>式(1)中，a為承受的加速度值，ρ為水銀密度，σ為水銀的表面張力系數(shù)。
本發(fā)明相比背景技術(shù)具有如下優(yōu)點1.本發(fā)明采用水銀珠12在水銀腔體9中承受設(shè)定的加速度時運動，使開關(guān)動作，具有傳感器的作用，無源工作，使用方便，性能可靠。
2.本發(fā)明采用現(xiàn)有半導(dǎo)體晶片及半導(dǎo)體微加工工藝技術(shù)的生產(chǎn)方法，因此生產(chǎn)工藝簡單成熟，大大降低成本，便于批量生產(chǎn)。
3.本發(fā)明制作的慣性開關(guān)裝置，體積小，重量輕，價格低廉，使用場合廣泛。
4.本發(fā)明加速度閥值a可以通過腐蝕溝道11的寬度、長度、形狀進行控制，便于制作多種型號規(guī)格結(jié)構(gòu)的慣性開關(guān)。


圖1是本發(fā)明主視剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明俯視剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明水銀式微機械開關(guān)原理示意圖。
具體實施例方式
參照圖1、圖2、圖3，本發(fā)明加工制造步驟是底晶片1的制造方法，首先在底晶片1襯底面上淀積一層絕緣層5，實施例底晶片1采用市售晶體切割的單晶硅片制作，絕緣層5采用二氧化硅材料制作，制造時采用市場上通用的氧化爐進行表面氧化生長絕緣層。絕緣層5上涂一層光刻膠，用電極掩膜版放在光刻膠上曝光顯影光刻出電極13、14光刻膠窗口形狀，露出絕緣層。實施例采用市售AZ1500型光刻膠，涂膠厚度一般為1微米，放在通用的EM5609型光刻機中光刻出電極13、14形狀。然后采用ES—26C型磁控濺射臺對底晶片1上電極13、14光刻膠面及膠窗口蒸發(fā)濺射覆蓋金屬，一般濺射覆蓋的金屬采用多層金屬材料，采用剝離工藝用H66025型超聲波發(fā)生器剝離掉底晶片1上光刻膠及光刻膠上的金屬，形成電極13、14形狀結(jié)構(gòu)，用市售通用的砂輪劃片機將整片底晶片1的單晶硅片切成管芯。
頂晶片4的制造方法，首先在頂晶片4襯底面上用氧化爐進行表面氧化生長一層二氧化硅材料絕緣層8，實施例頂晶片4采用市售單晶硅片制作，同時采用市售通用的砂輪劃片機將整片頂晶片4的單晶硅片切成管芯。
本發(fā)明中間下晶片2、中間上晶片3的制造方法如下中間下晶片2、中間上晶片3均采用市售晶體切割的單晶硅片材料制作，在中間下晶片2、中間上晶片3襯底面上用氧化爐分別氧化生長一層二氧化硅材料的絕緣層6、7，在絕緣層6、7面上涂一層AZ1500型光刻膠，用一塊水銀腔體9、空腔體10、溝道11掩膜版放在光刻膠面上，然后放在通用的EM5026A型光刻機中曝光顯影光刻出水銀腔體9、空腔體10、溝道11的光刻膠窗口形狀，露出絕緣層。采用同樣方法在中間下晶片2、中間上晶片3背面襯底面上分別氧化生長一層二氧化硅絕緣層和涂一層AZ1500型光刻膠，用一塊水銀腔體9、空腔體10、溝道11掩膜版放在背面光刻膠上，采用雙面光刻技術(shù)對準正面光刻膠窗口放在光刻機中在硅晶片背面曝光顯影光刻出水銀腔體9、空腔體10、溝道11的光刻膠窗口形狀，露出絕緣層。把中間上晶片2、中間下晶片3放入氫氟酸緩沖液中腐蝕掉光刻膠窗口形狀露出的絕緣層，用熱硫酸腐蝕掉晶片上下表面上光刻膠，再用EPW腐蝕液腐蝕掉中間下晶片2、中間上晶片3中水銀腔體9、空腔體10、溝道11光刻窗口內(nèi)的單晶硅，一直腐蝕到單晶硅腐蝕干凈，加工成水銀腔體9、空腔10和溝道11結(jié)構(gòu)。采用市售通用砂輪劃片機將整片中間上下晶體3、2的單晶硅片切割成管芯。本發(fā)明實施例中間下晶片2、中間上晶片3根據(jù)水銀腔體9、空腔體10、溝道11設(shè)計的深度尺寸大小，可以由多層單晶硅片的中間上下晶片3、2粘合構(gòu)成，空腔體10的數(shù)量可以根據(jù)不同的慣性開關(guān)規(guī)格型號及用途設(shè)計成多個空腔體10構(gòu)成。
本發(fā)明在水銀腔體9中灌注水銀珠12，加工成水銀腔體結(jié)構(gòu)。電極13、14一端裸露在空腔體10內(nèi)，另一端與外接引線連接。
本發(fā)明裝配方法如下將底晶片1管芯用環(huán)氧樹脂絕緣膠黏附在普通半導(dǎo)體器件管殼內(nèi)，將中間下晶片2、中間上晶片3對準后用環(huán)氧樹脂絕緣膠依次黏附在底晶片1上，使電極13、14一端裸露在空腔體10內(nèi)、水銀珠12灌注充滿水銀腔體9內(nèi)，用環(huán)氧樹脂絕緣膠將頂晶片4黏附在中間上晶片3上，用金絲超聲鍵合與電極13、14另一端連接，通過鍵合的金絲電極把電極13、14與半導(dǎo)體器件管殼上電極引線連接，用硅膠將整個管殼內(nèi)結(jié)構(gòu)和鍵合金絲包裹封裝，再通過封帽工藝將管殼封帽密封，制作成本發(fā)明慣性開關(guān)器件。本發(fā)明采用的氧化絕緣層、光刻膠窗口、腐蝕光刻膠及二氧化硅絕緣層、濺射金屬、金屬剝離、劃片管芯、封裝等加工工藝均可采用普通半導(dǎo)體晶體管微加工技術(shù)制作工藝及設(shè)備制作，因此生產(chǎn)工藝簡單成熟，采用常規(guī)的設(shè)備就能實現(xiàn)批量生產(chǎn)，使成本大大降低。
本發(fā)明水銀珠12承受加速度時其加速度閥值計算如圖3所示，水銀珠12在靜態(tài)時壓強平衡滿足式Pin=Pout+2σr0--(2)]]>式2中Pin為水銀珠內(nèi)的壓強，Pout為水銀珠外的壓強。水銀柱12承受加速度閥值時壓強平衡滿足式Pin+ρHa=Pout+2σr--(3)]]>綜合式2和式3，則獲得水銀珠12加速度閥值計算公式ρHa=2σr-2σr0--(1)]]>
本發(fā)明簡要工作原理如下當(dāng)水銀腔9中的水銀珠12在該器件承受加速度時，如果加速度達到一定閥值，即滿足式1的加速度值時，水銀珠12在慣性力作用下離開水銀腔體9，通過溝道11運動到空腔體10中，水銀珠12將空腔體10中電極13、14接通，達到微機械慣性開關(guān)作用的目的。
權(quán)利要求
1.一種水銀式微機械慣性開關(guān)制造方法，包括步驟在底晶片(1)襯底面上淀積一層絕緣層(5)，絕緣層(5)上涂一層光刻膠，用電極掩膜版放在光刻膠上曝光顯影光刻出電極(13)、(14)光刻膠窗口形狀，露出絕緣層，對電極(13)、(14)光刻膠面及膠窗口用濺射工藝覆蓋金屬，用剝離工藝將光刻膠及光刻膠上的金屬去掉，加工成金屬電極(13)、(14)結(jié)構(gòu)形狀，用砂輪劃片機加工成底晶片(1)管芯；在頂晶片(4)襯底面上淀積一層絕緣層(8)，用砂輪劃片機加工成頂晶片(4)管芯；在中間下晶片(2)、中間上晶片(3)襯底面上各淀積一層絕緣層(6)、(7)，用砂輪劃片機加工成中間下晶片(2)、中間上晶片(3)管芯；底晶片(1)管芯、中間下晶片(2)管芯、中間上晶片(3)管芯、頂晶片(4)管芯依次裝配安裝在半導(dǎo)體器件管殼內(nèi)，電極13、14一端裸露在空腔體(10)內(nèi)，側(cè)面涂覆環(huán)氧樹脂，把各芯片粘合；用金絲超聲鍵合與底晶片(1)上金屬電極(13)、(14)另一端連接，通過鍵合的金絲電極把電極(13)、(14)與半導(dǎo)體器件管殼上電極引線連接，用硅膠粘合密封封帽；其特征在于還包括以下步驟中間下晶片(2)、中間上晶片(3)各絕緣層(6)、(7)面上涂一層光刻膠，用一塊水銀腔體(9)、空腔體(10)、溝道(11)掩膜版放在光刻膠上曝光顯影光刻出水銀腔體(9)、空腔體(10)、溝道(11)的光刻膠窗口形狀，露出絕緣層；在中間下晶片(2)、中間上晶片(3)背面淀積一層絕緣膠，涂一層光刻膠，用一塊水銀腔體(9)、空腔體(10)、溝道(11)掩膜版放在背面光刻膠上采用雙面光刻工藝曝光顯影光刻出水銀腔體(9)、空腔體(10)、溝道(11)的光刻腔窗口形狀，露出絕緣層；用氫氟酸緩沖液腐蝕掉中間下晶片(2)、中間上晶片(3)光刻膠窗口形狀露出的絕緣層，用熱硫酸腐蝕掉上下面光刻膠，用EPW腐蝕液腐蝕掉中間下晶片(2)、中間上晶片(3)中水銀腔體(9)、空腔體(10)、溝道(11)光刻窗口內(nèi)的單晶硅，加工成水銀腔體(9)、空腔體(10)和溝道(11)結(jié)構(gòu)；在水銀腔體(9)中灌注水銀珠(12)，加工成水銀腔體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水銀式微機械慣性開關(guān)制造方法，其特征在于，設(shè)所述水銀珠(12)在溝道中的表面高度為H、靜態(tài)時水銀珠(12)的曲率半徑為r0、水銀珠(12)承受加速度時進入溝道(11)后的曲率半徑為r、預(yù)先設(shè)置的加速度為a，則它們之間應(yīng)滿足如下公式ρHa=2σr-2σr0]]>
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水銀式微機械慣性開關(guān)制造方法,涉及傳感器領(lǐng)域中的一種微機械開關(guān)器件裝置的制造。它采用水銀腔體中的水銀珠在承受加速度時,當(dāng)加速度達到一定閥值,水銀珠通過溝道運動到空腔體中,接通電極,達到開關(guān)作用。本發(fā)明還具有無源工作,性能可靠,工藝簡單成熟,制造成本低廉,采用微電子加工技術(shù),便于批量生產(chǎn),該方法生產(chǎn)的器件還具有體積小、重量輕,使用方便等特點。特別適用于炮彈、導(dǎo)彈引信上作引信慣性保險開關(guān)裝置及作民用產(chǎn)品慣件開關(guān)裝置的制造方法。
文檔編號H01H29/22GK1333542SQ0114203
公開日2002年1月30日 申請日期2001年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月7日
發(fā)明者呂苗, 趙正平, 鄒學(xué)鋒 申請人:信息產(chǎn)業(yè)部電子第十三研究所