Следует отметить, что многие проблемы конструирования ММГ традиционны при разработках новых типов гироскопических приборов. Вместе с тем учет факторов масштабирования, использование планарных конструктивных схем и групповых микроэлектронных технологий изготовления приборов, расширение областей применения ММГ выдвигают новые проблемы конструкторско-технологического характера. К ним относятся:
· выбор расчетной схемы ММГ, наиболее полно учитывающей факторы, влияющие на технические характеристики прибора;
· оптимизация параметров ММГ, обеспечивающих требуемые соотношения между собственными частотами колебательной системы и соответствующие формы колебаний;
· подбор материалов с необходимыми физическими характеристиками;
· поиск способов уменьшения влияния технологических, температурных и иных факторов на точность и стабильность характеристик приборов;
· выбор электронных элементов с минимальным уровнем собственных шумов и др.
Технологический маршрут изготовления ММГ включает три блока операций:
· формирование многочипового рельефа кремниевой заготовки и многочиповой диэлектрической несущей платы;
· сочленение несущей платы и кремниевой заготовки, удаление необработанного массива кремния;
· разделение сборки на отдельные элементы и их корпусирование.
Первый блок операций решает ключевую задачу изготовления ММГ – формирование на планарной поверхности кремниевой пластины многочипового рельефа осциллятора методом реактивного ионно-плазменного травления. Функционально значимыми в этой технологической операции является точность воспроизведения размеров и степень вертикальности стенок вытравленных участков. При экспериментальной отработке операции плазмохимического травления в плазме, содержащей в качестве активного компонента ионы фтора, исследовались зависимости результатов от степени разрежения в камере травления, скорости протекания парогазовой смеси, удельной мощности разряда, парциального соотношения компонентов парогазовых смесей. Анализ и сравнение результатов проводились по скорости травления, степени анизотропии, стойкости маскирующего слоя к режиму травления и др. В оптимальных режимах скорость травления составила – 1 мкм/мин при анизотропии 1:20. Неоднородность рисунка по площади не превышала15 %. Изолирующая стеклянная пластина – основание ММГ – формируется методами вакуумного напыления и фотолитографии.
|
|
Основой сборочных операций являются соединение кремниевой и стеклянной заготовок и удаление балластной массы кремния между тыльной стороной кремниевой пластины и рельефом осцилляторов, сформированным на ее планарной поверхности. Возникающие здесь проблемы связаны с подбором состава стекла, обеспечивающего близкий к кремнию коэффициент температурного расширения и необходимую термостойкость, и с выбором металла токоподводки, сохраняющего свои характеристики при последующих термохимических обработках. Соединение кремниевой и стеклянной заготовок осуществляется методом электротермоком-прессионной сварки при температуре порядка 450 °С и разности потенциалов ~ 1 кВ. Балластный -кремний удаляется селективным травлением планарной стороны пластины до отделения балластной части кремния от структуры осцилляторов. Сложности заключаются в разработке состава селективного травителя, не взаимодействующего с -кремнием и элементами микросхем, но достаточно эффективно вытравливающего слой пористого кремния. Результатом рассмотренных операций является формирование кремниевых осцилляторов, приваренных контактными участками к опорным выступам стекла и шинам токоподводки.
|
|
Заключительная операция технологического маршрута изготовления ММГ состоит в дисковой резке пластины на чипы и корпусировании чипов. Отметим, что у некоторой части экспериментальных образцов ММГ обнаруживается коробление кремниевых осцилляторов, вызванное, по-видимому, внутренними напряжениями в материале кремния. В настоящее время экспериментальные образцы ММГ, разрабатываемые АОЗТ "ГИРООПТИКА", доведены до стадии корпусирования [3], проводятся их испытания, корректировка конструкции и доработка технологических процессов.
Новые типы гироскопов
Постоянно растущие требования к точностным и эксплуатационным характеристикам гиро-приборов заставили ученых и инженеров многих стран мира не только усовершенствовать классические гироскопы с вращающимся ротором, но и искать принципиально новые идеи, позволившие решить проблему создания чувствительных датчиков для измерения и отображения параметров углового движения объекта.
В настоящее время известно более ста различных явлений и физических принципов, которые позволяют решать гироскопические задачи. В России и США выданы тысячи патентов и авторских свидетельств на соответствующие открытия и изобретения.
Поскольку прецизионные гироскопы используются в системах наведения стратегических ракет большой дальности, во время холодной войны информация об исследованиях, проводимых в этой области, классифицировалась как секретная.
Перспективным является направление развития квантовых гироскопов.