本發(fā)明涉及傳感器加工領(lǐng)域，具體涉及探針式六維力傳感器加工方法。

背景技術(shù)：

六維力傳感器作為一種能夠同時(shí)獲取多個(gè)力學(xué)量信號(hào)(三維力分量及三維力矩分量)的傳感器，在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用；隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，對(duì)現(xiàn)有的六維力傳感器提出了更高的要求，微型化已成為六維力傳感器的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，而MEMS技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種重要手段。新加坡南洋理工大學(xué)采用MEMS技術(shù)研制了一種十字梁膜結(jié)構(gòu)的六維力傳感器，其總體尺寸為4.5mm×4.5mm×1.2mm。日本Ritsumeikan大學(xué)也研制了一種MEMS六維力傳感器，其尺寸為3mm×3mm×0.4mm。這兩種傳感器的測(cè)力部分是平板式結(jié)構(gòu)，因此難以介入一些微小區(qū)域如凹坑處的多維力信息測(cè)量。

探針式六維力傳感，它由兩片結(jié)構(gòu)及尺寸完全相同的N型單晶硅材料背靠背通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘接而成。為提高檢測(cè)靈敏度，在兩片單晶硅的背面各有一個(gè)凹槽，組裝后兩個(gè)凹槽形成一個(gè)空腔，這樣既增加了靈敏度，又提高了探針的機(jī)械強(qiáng)度。在探針的頭部附近有一個(gè)方形通孔，在兩片單晶硅片組裝成探針時(shí)起定位的作用；在對(duì)探針進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，還可在通孔中固定一個(gè)微型傳力柱，便于多維力加載。兩個(gè)凹槽和方形通孔經(jīng)各向異性濕法腐蝕技術(shù)加工而成。力和力矩的最大量程設(shè)計(jì)分別是1N和1N·mm。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種易于加工，且操作簡(jiǎn)單，能保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本的探針式六維力傳感器加工方法。

本發(fā)明探針式六維力傳感器加工方法，包括以下步驟：

第一步，選擇N型晶向的雙面拋光單晶硅片，厚度350um，電阻率5Ω·cm-15Ω·cm，經(jīng)化學(xué)清洗后，采用熱氧化工藝在硅片正反兩面同時(shí)生長(zhǎng)一層二氧化硅，厚度約5000 ?；

第二步，正面擴(kuò)散電阻區(qū)光刻，去除窗口區(qū)的二氧化硅；

第三步，采用兩步淡硼擴(kuò)散工藝在窗口區(qū)形成P型壓敏電阻，其方阻為30～50歐姆，再分布后的二氧化硅層厚度為8000 ?；

第四步，正面歐姆接觸區(qū)光刻，去除窗口區(qū)的二氧化硅；

第五步，正面窗口區(qū)濃硼擴(kuò)散，去除硼硅玻璃層，隨后生長(zhǎng)一層二氧化硅，厚度5000 ?；

第六步，背面光刻，去除“T”形區(qū)以外、凹槽、方形通孔處的二氧化硅；

第七步，正面光刻，去除“T”形區(qū)以外、引線(xiàn)孔、方形通孔處的二氧化硅；

第八步，正面濺射Cr-Au復(fù)合金屬層，Cr的厚度為500 ? -600?，Au的厚度為2000 ? -3000 ?；

第九步，正面光刻，腐蝕出金屬電極和引線(xiàn)；

第十步，采用TMAH腐蝕液進(jìn)行濕法腐蝕，至方形通孔穿通后停止腐蝕，此時(shí)單片“T”探針結(jié)構(gòu)已全部分離；

第十一步，選擇一對(duì)單片“T”探針，將其分別安裝到各自的電路板上，并采用金絲球焊機(jī)實(shí)現(xiàn)探針電極與電路板之間的電學(xué)連接；

第十二步，利用方形通孔進(jìn)行定位，將一對(duì)單片“T”探針連同各自的電路板組裝成一個(gè)六維力探針。

本發(fā)明易于加工，且操作簡(jiǎn)單，能保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明探針式六維力傳感器加工方法，包括以下步驟：

第一步，選擇N型晶向的雙面拋光單晶硅片，厚度350um，電阻率5Ω·cm-15Ω·cm，經(jīng)化學(xué)清洗后，采用熱氧化工藝在硅片正反兩面同時(shí)生長(zhǎng)一層二氧化硅，厚度約5000 ?；

第二步，正面擴(kuò)散電阻區(qū)光刻，去除窗口區(qū)的二氧化硅；

第三步，采用兩步淡硼擴(kuò)散工藝在窗口區(qū)形成P型壓敏電阻，其方阻為30～50歐姆，再分布后的二氧化硅層厚度為8000 ?；

第四步，正面歐姆接觸區(qū)光刻，去除窗口區(qū)的二氧化硅；

第五步，正面窗口區(qū)濃硼擴(kuò)散，去除硼硅玻璃層，隨后生長(zhǎng)一層二氧化硅，厚度5000 ?；

第六步，背面光刻，去除“T”形區(qū)以外、凹槽、方形通孔處的二氧化硅；

第七步，正面光刻，去除“T”形區(qū)以外、引線(xiàn)孔、方形通孔處的二氧化硅；

第八步，正面濺射Cr-Au復(fù)合金屬層，Cr的厚度為500 ? -600?，Au的厚度為2000 ? -3000 ?；

第九步，正面光刻，腐蝕出金屬電極和引線(xiàn)；

第十步，采用TMAH腐蝕液進(jìn)行濕法腐蝕，至方形通孔穿通后停止腐蝕，此時(shí)單片“T”探針結(jié)構(gòu)已全部分離；

第十一步，選擇一對(duì)單片“T”探針，將其分別安裝到各自的電路板上，并采用金絲球焊機(jī)實(shí)現(xiàn)探針電極與電路板之間的電學(xué)連接；

第十二步，利用方形通孔進(jìn)行定位，將一對(duì)單片“T”探針連同各自的電路板組裝成一個(gè)六維力探針。

本發(fā)明易于加工，且操作簡(jiǎn)單，能保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。