CN105958961A - 一种石英谐振器的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石英谐振器的制作方法，包括：通过将上下电极与石英晶片悬离，消除金属膜附着在石英晶片表面所产生的内应力，同时也排除了由于蒸镀或溅镀时使用的真空油泵散发的油气对石英晶片产生污染引起的石英谐振器输出频率不稳定。同时在封装是采用真空技术，将石英晶片内部的水、氧化物等杂质排出，有效降低外界环境对石英晶片的影响，提高石英谐振器输出频率的稳定性。

Description

一种石英谐振器的制作方法

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种石英谐振器的制作方法。

背景技术

石英晶体是一种具有压电效应的材料。所谓压电效应包含正压电效应和逆压电效应，其中，采用机械方法使石英晶体发生形变(例如：采用物理方法使石英晶体表面发生相对形变)进而导致石英晶体内部正负电荷分布不均而产生电极化，这一过程称为正压电效应；若采用外加电路为石英晶体提供一定的电场，该电场诱导石英晶体发生形变，这一过程称为逆压电效应。

石英谐振器是指利用石英晶体的逆压电效应实现谐振的设备。具体地，在石英晶体上下表面镀金属电极，通过外围电路使石英晶体的上表面金属电极与下表面金属电极之间产生电位差，使石英晶体受到电场作用，该电场作用诱导石英晶体发生形变。当外围电路使用交变电压时，石英晶体在交变电场的作用下发生交变形变。当外围电路所加交变电压的变化频率达到石英晶体的谐振频率时，诱导石英晶体发生谐振形变，此时所加的变化频率作为输出的振荡频率。

如图1所示，为传统的石英谐振器的结构示意图。从图1中可以看出，石英谐振器包括上电极、下电极、石英晶片、基座和外壳。其中，上电极和下电极分别通过蒸发镀膜或溅射镀膜的方式附着在石英晶片表面上，如图2所示，为传统的石英谐振器中石英晶片与上下电极的结构示意图；带有上下电极的石英晶片通过导电胶固定在基座上，如图3所示，为传统的石英谐振器中石英晶片与基座的结构示意图。

由于石英谐振器中上、下电极对应的金属膜被附着在石英晶片表面，导致金属膜内表面和石英晶体外表面形成内应力，该内应力容易诱导石英晶体产生的振荡频率发生漂移，进而使得石英谐振器输出的振荡频率不稳定。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种石英谐振器的制作方法，用于解决现有技术中存在的石英谐振器输出的振荡频率不稳定的问题。

一种石英谐振器的制作方法，包括：

根据石英谐振器的设定振荡频率，对石英晶体材料进行处理，得到所述石英谐振器中的石英晶片；

根据所述石英晶片的物理参数，确定用于固定所述石英晶片的上电极衬底和下电极衬底；

分别在上电极衬底和下电极衬底上进行金属镀膜，使得金属膜附着的上电极衬底和下电极衬底；

封装所述石英晶片、所述上电极衬底和所述下电极衬底，得到石英谐振器。

可选地，所述下电极衬底上包含下电极衬底定位缺口和下电极衬底定位台阶，所述下电极衬底定位缺口用于固定所述石英晶片，使所述石英晶片与所述下电极衬底上的下电极金属膜悬离。

可选地，在封装所述石英晶片、所述上电极衬底和所述下电极衬底之前，所述方法还包括：

分别对所述石英晶片、所述上电极衬底、所述下电极衬底、基座、外壳进行清洁处理。

可选地，封装所述石英晶片、所述上电极衬底和所述下电极衬底，包括：

将所述石英晶片、附着金属膜的所述上电极衬底、附着金属膜的所述下电极衬底和基座进行装配，并在装配后进行烘烤清洗处理。

可选地，封装所述石英晶片、所述上电极衬底和所述下电极衬底，包括：

采用冷压焊封方式对所述石英晶片、附着金属膜的所述上电极衬底、附着金属膜的所述下电极衬底和基座进行封装。

本发明有益效果如下：

本发明实施例通过根据石英谐振器的设定振荡频率，对石英晶体材料进行处理，得到所述石英谐振器中的石英晶片；根据所述石英晶片的物理参数，确定用于固定所述石英晶片的上电极衬底和下电极衬底；分别在上电极衬底和下电极衬底上进行金属镀膜，使得金属膜附着的上电极衬底和下电极衬底；封装所述石英晶片、所述上电极衬底和所述下电极衬底，得到石英谐振器。通过将上下电极与石英晶片悬离，消除金属膜附着在石英晶片表面所产生的内应力，同时也排除了由于蒸镀或溅镀时使用的真空油泵散发的油气对石英晶片产生污染引起的石英谐振器输出频率不稳定。同时在封装是采用真空技术，将石英晶片内部的水、氧化物等杂质排出，有效降低外界环境对石英晶片的影响，提高石英谐振器输出频率的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统的石英谐振器的结构示意图；

图2为传统的石英谐振器中石英晶片与上下电极的结构示意图；

图3为传统的石英谐振器中石英晶片与基座的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种石英谐振器的制作方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的确定的下电极衬底的结构示意图。

具体实施方式

为了实现本申请的目的，本申请实施例中提供了一种石英谐振器的制作方法。通过根据石英谐振器的设定振荡频率，对石英晶体材料进行处理，得到所述石英谐振器中的石英晶片；根据所述石英晶片的物理参数，确定用于固定所述石英晶片的上电极衬底和下电极衬底；分别在上电极衬底和下电极衬底上进行金属镀膜，使得金属膜附着的上电极衬底和下电极衬底；封装所述石英晶片、所述上电极衬底和所述下电极衬底，得到石英谐振器。通过将上下电极与石英晶片悬离，消除金属膜附着在石英晶片表面所产生的内应力，同时也排除了由于蒸镀或溅镀时使用的真空油泵散发的油气对石英晶片产生污染引起的石英谐振器输出频率不稳定。同时在封装是采用真空技术，将石英晶片内部的水、氧化物等杂质排出，有效降低外界环境对石英晶片的影响，提高石英谐振器输出频率的稳定性。

下面结合说明书附图对本申请的各个实施例作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有的其它实施例，都属于本申请保护的范围。

图4为本申请实施例提供的一种石英谐振器的制备流程示意图。所述方法可以如下所示。

步骤401：根据石英谐振器的设定振荡频率，对石英晶体材料进行处理，得到所述石英谐振器中的石英晶片。

在步骤401中，根据石英谐振器的设定参数对石英晶体材料进行切割、研磨和抛光，得到石英晶片。

其中，石英晶片物理参数满足石英谐振器的设定振荡频率要求。例如：所述石英晶片的固有频率与石英谐振器的设定振荡频率相等。

该物理参数包括但不限于石英晶片的大小、石英晶片的形状、石英晶片的切角、石英晶片的刚度系数、石英晶片表面的平滑度、石英晶片的厚度、石英晶片的固有频率等。

石英晶片的切割可以是指能够将石英晶片从石英晶体材料中分离出来的方式，例如，激光切割方式等。

由于不同的石英晶体器件对石英晶片表面的平滑度要求不同，切割后的石英晶片表面有很多的划痕和坑洞，此时得到的石英晶片不能直接使用，此时需要对石英晶片按照设定的表面光滑度的要求进行研磨。本实施例中对石英晶片进行研磨，保证石英晶片表面的光滑度达到石英谐振器对石英晶片光滑度的要求，使石英谐振器的输出频率达到设定振荡频率。

可选地，在得到石英晶片时，所述方法还包括：

检测得到所述石英晶片的物理参数是否满足设定规则。

这里石英晶片的物理参数可以是指根据石英谐振器的设定振荡频率，通过切割、研磨和抛光等方式从石英晶体材料中得到的石英晶体片的各个物理参数的实际值。

这里的设定规则可以是指比较得到的石英晶片的物理参数值与石英谐振器对石英晶片所要求的设定参数值之间的大小关系，进而判断得到的石英晶片的物理参数值与石英谐振器对石英晶片所要求的设定参数值之间的差值是否达到设定误差所允许的范围。

以石英晶片的物理参数为大小参数为例进行说明。

计算得到的石英晶片的大小参数值与石英谐振器对石英晶片所要求的设定大小参数值之间的差值，并确定该差值是否落入设定误差所允许的范围，若落入设定误差所允许的范围，则确定所述石英晶片的大小参数满足设定规则；否则确定所述石英晶片的大小参数不满足设定规则，需要对所述石英晶片的大小参数进行调整。例如：需要重新对石英晶片进行切割、研磨和抛光，直到得到的石英晶片的物理参数满足设定规则为止。

在本申请实施例中，用于检测得到所述石英晶片的物理参数是否满足设定规则可以通过监测仪器设备，监测仪器的精密度满足对石英晶片精密度的要求。

步骤402：根据所述石英晶片的物理参数，确定用于固定所述石英晶片的上电极衬底和下电极衬底。

其中，所述下电极衬底上包含下电极衬底定位缺口和下电极衬底定位台阶；所述上电极衬底上包含上电极衬底定位缺口和上电极衬底定位台阶。

在步骤402中，确定用于固定所述石英晶片的上电极衬底和下电极衬底包括：确定上电极衬底的大小以及下电极衬底的大小、确定上电极衬底的厚度以及下电极衬底的厚度、确定上电极衬底的切角以及下电极衬底的切角、确定上电极的定位台阶以及下电极的衬底的定位台阶、确定石英晶片在下电极衬底的定位缺口以及石英晶片在上电极衬底的定位缺口等。

需要说明的是，上电极衬底和下电极衬底的材料为非金属材料，例如：石英或石英玻璃等非金属材料。

具体地，根据所述石英晶片的物理参数，对非金属材料进行研磨、切割和激光成型，以确定上电极衬底和下电极衬底。

可选地，在得到所述石英谐振器中的上电极衬底和下电极衬底时，所述方法还包括：

检测得到所述上电极衬底和下电极衬底的各个参数指标是否满足设定规则。

这里各个参数指标可以是指上电极衬底和下电极衬底的大小、厚度、定位台阶的位置、定位缺口的大小等。

这里的设定规则可以是指得到的上电极衬底和下电极衬底的各个参数指标与满足石英晶片的要求的对应参数指标之间的大小关系，进而确定两者之间的差值是否在所要求的误差范围之内。

具体的检测方式与步骤401中的检测方式一致，这里不再做详细描述。

图5为本发明实施例提供的确定的下电极衬底的结构示意图。

从图5中可以看出，根据上述石英晶片的设定参数，确定下电极衬底的衬底膜槽，并在下电极衬底膜槽的边缘确定下电极衬底的定位缺口，同时在下电极衬底的膜槽边缘设定定位台阶。在下电极衬底膜槽中，利用蒸镀或溅镀的方法将下电极金属膜附着在下电极衬底膜槽中。

步骤403：分别对石英晶片、上电极衬底、下电极衬底、基座、外壳进行清洁处理。

在步骤403中，基座是指用于固定上下电极衬底的部件，外壳是指石英谐振器的外壳。

为了排除石英晶片、上电极衬底、下电极衬底、基座和外壳等表面的污染物对石英谐振器的影响，提高石英谐振器输出频率的稳定性，需要对石英晶片、上电极衬底、下电极衬底、基座、外壳进行清洁处理。具体包括：

将石英晶片、上电极衬底、下电极衬底、基座、外壳放入洁净的结晶皿中，加入酸性的清洗液并没过石英晶片、上电极衬底、下电极衬底、基座和外壳。此时将结晶皿放入超声波清洗机中进行超声洗涤，超声时间为1min～2min，将超声后的结晶皿放在电炉上加热，直到清洗液开始沸腾为止，关掉电炉电源，使清洗液自然冷却。当清洗液冷却后，将结晶皿中的清洗液倒掉，加入氢氧化钠溶液进行中和，然后用烧开的纯净水将晶片冲洗干净，用无水乙醇脱水，再用电炉烘干，得到清洗干净的石英晶片、上电极衬底、下电极衬底、基座和外壳。

其中，将清洗液加热至沸腾和用烧开的纯净水冲洗的目的是除去清洗液中氧气或其他杂质氧化物，排除这些杂质对石英晶片、上电极衬底、下电极衬底、基座和外壳的影响作用。

加入氢氧化钠溶液的量可以根据需要确定，这里不做限定，用检测设备或仪器监测中合的溶液的酸碱性，若溶液达到中性后停止加入氢氧化钠溶液，若监测中合后溶液未能达到中性，则继续加入氢氧化钠溶液直至中合后的溶液达到中性为止。加入氢氧化钠溶液中合后用蒸馏水冲洗并用无水乙醇脱水，目的是将中合后的溶液清楚石英晶片、上电极衬底、下电极衬底等的表面，用电炉烘干，排除蒸馏水或乙醇对石英谐振器的影响。

步骤404：分别在上电极衬底和下电极衬底上进行金属镀膜，使得金属膜附着的上电极衬底和下电极衬底。

在步骤404中，将清洗后的上电极衬底和下电极衬底放入镀膜设备中，用镀膜工具固定，经过抽真空、烘烤和等离子轰击清洗处理后进行金属镀膜，使得金属膜附着的上电极衬底膜槽和下电极衬底膜槽中，并将附着金属膜的上电极衬底和下电极衬底在300℃高温真空的环境中进行烘烤，烘烤时间不少于1小时，烘烤结束后将附着金属膜的上电极衬底和下电极衬底自然冷却。

在对上电极衬底和下电极衬底进行金属镀膜处理时，不同于传统的制作工艺(对石英晶片进行金属镀膜)，能够排除金属内表面与石英晶片内表面之间形成的内应力对石英谐振器输出频率的影响，提高石英谐振器输出频率的稳定性。同时也排除了由于蒸镀或溅镀时使用的真空油泵散发的油气对晶片产生污染引起的石英谐振器输出频率不稳定的影响。

步骤405：将石英晶片、附着金属膜的上电极衬底、附着金属膜的下电极衬底和基座进行装配，并在装配后进行烘烤清洗。

在步骤405中，将石英晶片固定在下电极衬底的定位缺口中，上电极衬底定位缺口和下电极衬底的定位台阶通过紧密压制方式使上电极与下电极结合在一起。此时上电极金属膜与石英晶片之间由于定位缺口存在空隙，使上电极金属膜与石英晶片之间悬离；下电极金属膜与石英晶片之间同样由于定位缺口存在空隙，使得下电极金属膜与石英晶片之间悬离。

通过上电极的电极引出端与基座支架相连，在连接处对支架和上电极进行点胶，点胶具体位置满足石英晶片的要求即可，同样的方法完成其余支架的点胶；完成点胶后放入烘箱上进行烘烤，固化后取出再利用超声波、酒精进行超声清洗，洗净后放入培养皿用电吹风机吹干。

其中上电极的电极引出端与基座的相连处用导电胶点胶处理，与传统的石英晶片通过导电胶与基座相连所使用的导电胶的量存在区别：用量少于传统的导电胶用量。这样能够减弱石英晶片与基座之间的作用力，对石英谐振器输出频率的影响，提高石英谐振器输出频率的稳定性。

另外，在点胶后放到烘箱中进行烘烤，能够显著的提高导电胶的固化作用，提高石英谐振器内部的稳定性，提高石英谐振器的防震功能。将固化后的基座利用超声波、酒精进行超声清洗，洗净后放入培养皿用电吹风机吹干，排除了由于装配后基座表面的杂质对对石英谐振器输出频率的影响，提高石英谐振器输出频率的稳定性。

步骤406：在步骤405之后进行封装处理，得到石英谐振器。

在步骤405中，加盖洁净的外壳，并放入真空冷压焊封设备中，先在200℃真空的环境下烘烤3小时，烘烤结束后，将其自然冷却，并放入封装模具中进行抽真空，其真空度达到1E^-4Pa以下，在此真空中进行封装，并将封装结束得到的石英晶体谐振器在设定125℃的老化箱中进行老化处理。其老化时间长达72小时。

其中，在200℃真空的环境下烘烤3小时的目的是除去基座和外壳表面的水汽等杂质。在真空环境下进行封装能够有效的排除因封装环境对上电极金属膜或下电极金属膜的影响，防止由于上电极金属膜或下电极金属膜氧化、污染而形成质量吸附以及由于金属膜表面颗粒脱落形成质量释放效应导致频率变化，提高石英谐振器输出频率的稳定性。

另外，将封装好的石英谐振器放到老化箱中进行老化，其老化的温度高于传统的石英谐振器的老化温度，且其老化时间也比普通的石英谐振器的老化时间要长，这种方法得到的石英谐振器稳定性高于传统的石英谐振器的稳定性。

本发明实施例提供的一种石英谐振器的制作方法，通过将上下电极与石英晶片悬离，消除金属膜附着在石英晶片表面所产生的内应力，同时也排除了由于蒸镀或溅镀时使用的真空油泵散发的油气对石英晶片产生污染引起的石英谐振器输出频率不稳定。同时在封装是采用真空技术，将石英晶片内部的水、氧化物等杂质排出，有效降低外界环境对石英晶片的影响，提高石英谐振器输出频率的稳定性。

本发明是参照根据本发明实施例的方法流程图来描述的。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种石英谐振器的制作方法，其特征在于，包括：

根据石英谐振器的设定振荡频率，对石英晶体材料进行处理，得到所述石英谐振器中的石英晶片；

根据所述石英晶片的物理参数，确定用于固定所述石英晶片的上电极衬底和下电极衬底；

分别在上电极衬底和下电极衬底上进行金属镀膜，使得金属膜附着的上电极衬底和下电极衬底；

封装所述石英晶片、所述上电极衬底和所述下电极衬底，得到石英谐振器。

2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述下电极衬底上包含下电极衬底定位缺口和下电极衬底定位台阶，所述下电极衬底定位缺口用于固定所述石英晶片，使所述石英晶片与所述下电极衬底上的下电极金属膜悬离。

3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在封装所述石英晶片、所述上电极衬底和所述下电极衬底之前，所述方法还包括：

分别对所述石英晶片、所述上电极衬底、所述下电极衬底、基座、外壳进行清洁处理。

4.如权利要求或1或3所述的制作方法，其特征在于，封装所述石英晶片、所述上电极衬底和所述下电极衬底，包括：

将所述石英晶片、附着金属膜的所述上电极衬底、附着金属膜的所述下电极衬底和基座进行装配，并在装配后进行烘烤清洗处理。

5.如权利要求或4所述的制作方法，其特征在于，封装所述石英晶片、所述上电极衬底和所述下电极衬底，包括：

采用冷压焊封方式对所述石英晶片、附着金属膜的所述上电极衬底、附着金属膜的所述下电极衬底和基座进行封装。