[发明专利]一种半球谐振子溅射镀膜均匀性评价装置及评价方法

说明书

本发明涉及一种半球谐振子溅射镀膜均匀性评价装置及评价方法，其目的是解决现有半球谐振子溅射镀膜均匀性评价中存在若采用硅片膜层均匀性评价结果来衡量谐振子的膜层均匀性，硅片膜层均匀性无法代表谐振子膜层均匀性，若随批抽取一件谐振子进行破坏，来得到谐振子膜层厚度均匀性，则成本高、效率低，不适合批量化生产的技术问题。该评价装置包括平行镀膜工装和(M×N)个硅片；平行镀膜工装的外形尺寸与待镀半球谐振子的外形尺寸相同，包括中心杆和固连于中心杆上的半球壳体；半球壳体上沿其经线方向均布有M列台阶孔组，每列台阶孔组均布有N个台阶孔；硅片的尺寸与台阶孔的大端尺寸相等；所有硅片分别粘接于各台阶孔内。

技术领域

本发明涉及半球谐振子，具体涉及一种半球谐振子溅射镀膜均匀性评价装置及评价方法。

背景技术

半球谐振陀螺因其具有高精度、高可靠性、长寿命、小体积和抗辐照等特点，成为惯性仪表领域的研究热点。熔融石英谐振子是半球谐振陀螺的核心零件，谐振子通常为Ψ型，主要特征结构包括半球壳和中心锚杆。为确保谐振子静电激励效率，要对半球谐振子表面进行金属化镀膜。镀膜主要针对除半球唇沿以外的整个谐振子表面进行，唇沿位于谐振子内、外表面之间，起到绝缘作用。通常采用溅射镀膜技术对半球谐振子进行镀膜，这种镀膜技术具有成膜均匀性高、膜基结合力强、膜层致密和内应力小等优势，是一种技术成熟度高，且应用广泛的镀膜技术。

频率裂解值(频差)是衡量谐振子性能的关键指标，直接影响到半球谐振陀螺的漂移精度。谐振子工作状态下处于几千赫兹左右频率的振动中，谐振子金属化(金属化镀膜)后，金属膜层的不均匀性会引起谐振子质量沿轴向的不对称，从而增大频差和损耗。因此谐振子金属化镀膜工序应尽量保持谐振子的前期特性，即低频差，这就要求镀膜工艺过程应保证膜层具有很高的均匀性。

谐振子属于半球形薄壁零件，镀膜厚度约为几百纳米，在不破坏零件的条件下，要对其膜层厚度直接测量，难度很大，如何实现谐振子溅射镀膜均匀性精确评价，成为该领域研究的重点工作。

目前，对于谐振子溅射镀膜均匀性评价的方法主要有两种：

一种是在谐振子镀膜过程中，同炉放置平面硅片，完成镀膜后，对硅片膜厚及膜厚均匀性进行评价，以硅片膜层均匀性评价结果来衡量谐振子的膜层均匀性。该方法存在的缺陷是评价结果特别不准确。由于谐振子属于异形零件，比硅片结构复杂得多，镀膜过程中硅片与谐振子各镀膜部位运动轨迹、溅射距离等差异很大，导致硅片膜层状态与谐振子膜层状态存在差异，最终使得硅片膜层均匀性无法代表谐振子膜层均匀性。

另一种是在谐振子完成镀膜后，随批抽检一件谐振子进行破坏，选取需评价的谐振子镀膜部位，用聚焦离子束切割出断面，配合扫描电子显微镜对断面膜层厚度进行测试，从而得到谐振子的膜层厚度均匀性。该方法每批次均需破坏一个谐振子，而且需要用聚焦离子束切割多个断面，虽然可以较为准确地评价谐振子膜层的均匀性，但该方法成本高、效率低，不适合批量化生产。

发明内容

本发明的目的是解决现有半球谐振子溅射镀膜均匀性评价中存在若采用硅片膜层均匀性评价结果来衡量谐振子的膜层均匀性，硅片膜层均匀性无法代表谐振子膜层均匀性，若随批抽取一件谐振子进行破坏，来得到谐振子膜层厚度均匀性，则成本高、效率低，不适合批量化生产的技术问题，提供一种半球谐振子溅射镀膜均匀性评价装置及评价方法。

发明构思：

通过设计一款外形尺寸与待镀谐振子相同的平行镀膜工装，并在其上布置一定数量的硅片，通过测试分布于平行镀膜工装上不同位置处硅片的镀膜厚度，对应获得谐振子不同部位的镀膜厚度数据，低成本实现谐振子表面膜层均匀性的精确评价。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

一种半球谐振子溅射镀膜均匀性评价装置，其特殊之处在于：

包括平行镀膜工装和(M×N)个硅片；其中，M≥2，N≥2；