CN106877833B - 一种石英晶体谐振器的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种石英晶体谐振器的加工方法，其包括对待加工的晶片清洗，并对清洗后的晶片进行上片点胶；对点胶后的晶片，通过在线监测溅镀频率，进行双侧溅镀镀膜，并对镀膜后的晶片进行真空退火处理。本发明的一种石英晶体谐振器的加工方法，将所有的加工步骤都设置在真空下，以防止产品加工过程中暴露在空气中，影响其性能，实现了真空环境下连续生成；同时，采用了在线监测溅镀频率以实现电极制备，将两次镀膜合成一次，缩减加工工艺同时提高加工效率。

Description

一种石英晶体谐振器的加工方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，更具体地，涉及一种石英晶体谐振器的加工方法。

背景技术

由于石英晶体谐振器是一种频率控制元件，可以提供稳定的时钟信号，是武器装备的关键特性配套元件，而频率控制技术的核心元件，影响着武器装备的性能与可靠性。比如，新一代战略核导弹惯导平台在频率精度上有32年长贮稳定度的要求，对此提出了32年老化率1×10^-7，推算年老化率应达到1×10^-8的水平，这对产品的洁净度控制及应力控制提出了更高的要求。

目前国内外谐振器的生产是均是按工序分步独立进行的，如图1所示，现有的谐振器电极制备分两个步骤进行，分别为镀膜和微调，镀膜工序是粗量级的电极制备，微调工序是精确的电极修调。该电极制备方式所带来的问题有两点，一是电极夹层，二是两侧电极的不对称，而无论是电极夹层还是质量不对称，都会带来频率的老化响应，这是传统工艺的弊端，也是技术瓶颈。同时，由于生产过程的不连续，导致中间环节的产品滞留带来了表面污染，难以实现低老化的要求。

发明内容

本发明提供一种可连续生产且产品性能稳定的石英晶体谐振器的加工方法，以解决现有石英晶体谐振器生产过程不连续导致的产品寿命短且产品频率老化响应高的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种石英晶体谐振器的加工方法，其特征在于，其包括在真空环境下进行以下步骤：

S1.对待加工的晶片清洗，并对清洗后的晶片进行上片点胶；

S2.对点胶后的晶片，通过在线监测溅镀频率，进行双侧溅镀镀膜，并对镀膜后的晶片进行真空退火处理。

在上述方案基础上优选，所述步骤S2进一步包括以下步骤：

S21.对点胶后的晶片进行真空清洗；

S22.对真空清洗后的晶片，通过在线监测溅镀频率，进行双侧溅镀镀膜，并对镀膜后的晶片进行真空退火处理；

S23.将镀膜后的晶片进行真空退火处理，然后对其进行真空密封。

在上述方案基础上优选，所述步骤S22进一步包括：

通过在线监测溅镀频率，根据溅镀频率与目标频率之间的差值大小，以调整溅镀频率的大小。

在上述方案基础上优选，所述步骤S22进一步包括：

通过在线监测溅镀频率，在溅镀频率达到目标频率的正100ppm之前，采用150w功率进行粗调镀膜，当溅镀频率达到目标频率的正100ppm后，采用15w功率进行微调镀膜，且所述目标频率为石英晶体谐振器的标称频率。

在上述方案基础上优选，所述步骤S23中进一步包括：

所述真空退火的温度为200℃～240℃，真空退火的时间为1h～2h。

在上述方案基础上优选，所述步骤S22进一步包括在进行双侧溅镀镀膜前，对所述真空清洗后的晶片进行烘烤去水处理，其中，烘烤处理的温度为150℃-200℃，烘烤时间为2～3小时。

在上述方案基础上优选，所述步骤S21中的真空清洗包括以下步骤：

对点胶后的晶片顺序进行真空烘烤、UV清洗、离子轰击处理。

在上述方案基础上优选，所述UV清洗为采用功率为60％P的UV灯，且清洗时间为30s。

在上述方案基础上优选，所述离子轰击处理的轰击功率为300w，且轰击时间为10s。

在上述方案基础上优选，所述步骤S1中对待加工的晶片清洗具体包括：

将抛光后的待加工晶片，顺序进行酸热浸洗，用去离子水放入超声波中进行超洗，碱热浸洗，用去离子水放入超声波中进行二次超洗，最后使用无水乙醇进行脱水，并在100-120℃下真空烘干。

本申请提出一种石英晶体谐振器的加工方法，将所有的加工步骤都设置在真空下，以防止产品加工过程中暴露在空气中，影响其性能；同时，采用了在线监测溅镀频率以实现电极制备，将两次镀膜合成一次，缩减加工工艺同时提高加工效率。

附图说明

图1为背景技术中的现有石英晶体谐振器的加工方法的流程图；

图2为本发明的一种石英晶体谐振器的加工方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参阅图2所示，本发明提供了一种石英晶体谐振器的加工方法，其包括以下步骤：

将抛光后的晶片作为待加工的晶片，进行晶片清洗，以去除晶片表面的杂质。

其中，对晶片清洗具体包括一下几个步骤：

第一步，将待加工的晶片放入温度为80℃的酸溶液中，浸泡冲洗15min，以去除待加工的晶片表面金属及器氧化物；优选的，酸溶液为硫酸；

第二步，将第一步得到的晶片放入超声波中用离子水进行超洗，以去除晶片表面的酸液和酸液清洗后的杂质；

第三步，为了进一步去除晶体表面的油脂并中和酸液，本发明还需要将晶片用碱性溶液进行浸泡清洗，优选的，碱液优选为氢氧化钠，清洗的时间为15min，碱液的温度为80℃；

第四步，将碱液清洗后的晶片放入超声波中用离子水进行冲洗，以去除晶片表面的碱液残留物；

第五步，为了进一步的去除晶片表面的杂质颗粒，本发明还可以将碱液清洗后的晶片用离子水进行超声波二次超洗，以保证晶片表面无杂质，提高谐振器的性能；

由于清洗后的晶片表面仍然残存少量的水，本发明还需要将二次超洗的晶片用无水乙醇进行超声波清洗，然后通过不锈钢热板在200℃下烘烤5min，以保证晶片表面无任何杂质水分，保证上片点胶效果。

将清洗后的晶片放入带状支架的两金属片之间，让带槽孔的两金属片紧紧夹住石英片，然后在电极和金属片接触处涂上一层导电胶，使电极膜通过边缘上的导电胶与金属片接触而产生电连接，点胶后,将晶片用无水乙醇进行超声波清洗，以去除晶片表面的灰尘颗粒并脱水，最后，将处理后的晶片通过烘烤以固定导电胶与晶片之间的相对位置。

由于点胶烘烤后的晶片表面存在大量的OH-，OH-对水的亲和力很强，会导致晶片表面吸附大量水分子和少量CO₂，而这部分气体与表面结合力不牢，属于物理吸附和弱化学吸附，所以，本发明需要将点胶烘烤后的晶片放置在真空环境下，以加热到150℃～200℃左右时，加热时间为2～3小时，优选加热温度为200℃，从而使其表面的水分子和少量CO₂在几分钟内便可以从晶片表面被解吸。

而真空烘烤后的晶片表面仍然存在碳氢化合物和有机物，为了去除晶片表面的碳氢化合物和有机物，本发明还将真空烘烤后的晶片进行UV清洗，本发明的UV清洗是通过紫外光和氧原子作用在晶片表面，以将晶片表面的碳氢化合物分解合成为CO₂↑和H₂O↑，通过抽高真空，可使污染物逸出，该过程中，UV清洗所使用的UV灯功率为60％p，清洗的时间为30s，该过程主要控制参数为工艺气体的流量以确保其处理效果。

最后，采用惰性离子轰击最终晶体的清洁表面，可使晶片表面的洁净度进一步提高，达到原子级的清洁表面，其中本发明的离子轰击的时间为10s，所使用的轰击功率为300w。主要控制参数为工艺气体流量、轰击功率。

其中，对晶片表面的真空清洗效果的检测，可以通过俄歇电子能谱仪来检测表面的有机元素残留，该检测方法比较直观。对于洁净度等级高的晶片表面，在相同的镀膜工艺条件下，其牢固度必然很好，因此可以通过检测电极膜的牢固度来评价清洗技术与清洗工艺参数的有效性。对电极膜牢固度的测量可以采用百格法来测量表面结合力，从而评估清洗技术的有效性，参数设置的合理性。

以下将详细介绍本发明的电极制备和封装过程。

将上述离子轰击后的晶片，放置在真空环境下，通过两个用于溅镀的产品对称设置在晶片两侧，同时，对晶片的两侧进行溅镀处理，溅镀过程中，通过采用250C网络分析仪对产品频率进行实时在线监测，控制用于溅镀的产品溅镀频率，以保证晶片的频率准确性。具体操作方法为，利用控制软件将频率监测系统与溅镀系统相关联，当频率距目标频率较远时，溅镀系统采用较大的溅镀功率进行粗调镀膜，具体为当溅镀系统的溅镀功率大于石英晶体谐振器的标称频率的100ppm时，采用150w功率的溅射系统对晶片进行粗调镀膜；当频率接近目标频率时，溅镀系统自动将建设功率调小，采用15w功率的溅射系统对晶片进行微调镀膜。从而将传统工艺中镀膜与微调合二为一，从根本上解决电极膜夹层和质量不对称的问题，保证了频率的精确调整。

优选的，本发明基于消除电极膜内应力与热应力的初衷，在原材料的层面上选择了稳定性高、导电性优良的金属材料作为电极膜，而在众多金属材料中，通常采用的是金属银，但对于更高稳定性要求的产品，应采用金属金，并且金的纯度最好为99.999％，从而有效降低电机模内的应力作用，提高其使用寿命。

最后，将镀膜后的产品进行真空退火，以去除溅镀过程产生的晶片与电极膜间应力，优选的，退火的温度为200℃～240℃，时间为1h～2h条件下，通过设置退火曲线，可有效去除晶体内部应力，且应力是否去除可采用台阶仪对晶片表面的翘曲度进行测量。

最后，将通过手套箱实现压封机与真空退火炉的连接，避免了产品暴露在空气中，可通过向手套箱内持续充入高纯氮气来保证产品与外界环境隔绝。

本申请提出一种石英晶体谐振器的加工方法，将所有的加工步骤都设置在真空下，实现真空连续生产，以防止产品加工过程中暴露在空气中，影响其性能；同时，采用了在线监测溅镀频率以实现电极制备，将两次镀膜合成一次，不仅可以缩减加工工艺、提高加工效率，而且排除电极夹层及两侧电极的不对称带来的频率老化响应的问题。

与现有技术相比较，本发明具备以下优点：

1、电极制备一次完成消除了电极膜夹层及质量不对称性造成的污染及应力影响，提高了产品的可靠性，日老化率优于1×10^-10，年老化率优于1×10^-8。

2、采用了三种真空清洗技术，彻底去除了晶片表面的多余物，提高了电极膜与晶片的结合力并提高了产品的频率稳定性，即提高了老化水平。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种石英晶体谐振器的加工方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1.对待加工的晶片清洗，并对清洗后的晶片进行上片点胶；

S2.在真空环境下，对点胶后的晶片，通过在线监测溅镀频率，进行双侧溅镀镀膜，并对镀膜后的晶片进行真空退火处理；

所述步骤S2进一步包括以下步骤：

S21.对点胶后的晶片进行真空清洗；

S22.对真空清洗后的晶片，通过在线监测溅镀频率，进行双侧溅镀镀膜，并对镀膜后的晶片进行真空退火处理；

S23.将镀膜后的晶片进行真空退火处理，然后对其进行真空密封；

所述步骤S22进一步包括：

通过在线监测溅镀频率，根据溅镀频率与目标频率之间的差值大小，以调整溅镀频率的大小；

所述通过在线监测溅镀频率，根据溅镀频率与目标频率之间的差值大小，以调整溅镀频率的大小具体包括：

通过在线监测溅镀频率，在溅镀频率达到目标频率的正100ppm之前，采用150w功率进行粗调镀膜，当溅镀频率达到目标频率的正100ppm后，采用15w功率进行微调镀膜，且所述目标频率为石英晶体谐振器的标称频率。

2.如权利要求1所述的一种石英晶体谐振器的加工方法，其特征在于，所述步骤S23中进一步包括：

所述真空退火的温度为200℃～240℃，真空退火的时间为1h～2h。

3.如权利要求1所述的一种石英晶体谐振器的加工方法，其特征在于，所述步骤S22进一步包括在进行双侧溅镀镀膜前，对所述真空清洗后的晶片进行烘烤去水处理，其中，烘烤处理的温度为150℃-200℃，烘烤时间为2～3小时。

4.如权利要求1所述的一种石英晶体谐振器的加工方法，其特征在于，所述步骤S21中的真空清洗包括以下步骤：

对点胶后的晶片顺序进行真空烘烤、UV清洗、离子轰击处理。

5.如权利要求4所述的一种石英晶体谐振器的加工方法，其特征在于，所述UV清洗为采用功率为60％P的UV灯，且清洗时间为30s。

6.如权利要求4所述的一种石英晶体谐振器的加工方法，其特征在于，所述离子轰击处理的轰击功率为300w，且轰击时间为10s。

7.如权利要求1所述的一种石英晶体谐振器的加工方法，其特征在于，所述步骤S1中对待加工的晶片清洗具体包括：

将抛光后的待加工晶片，顺序进行酸热浸洗，用去离子水放入超声波中进行超洗，碱热浸洗，用去离子水放入超声波中进行二次超洗，最后使用无水乙醇进行脱水，并在100-120℃下真空烘干。

Images