CN108582528A - 一种超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法。本发明通过线切、晶片第一次研磨、分选、晶片第二次研磨、粘砣、磨砣、化砣、滚筒修边、清洗、第一次分频、浸蚀、第二次分频、挑选包装入库的工艺制成的石英晶片，该石英晶片在特殊环境温度范围(‑40℃～120℃)，大幅度减小了频率的变化量，频率变化量不超过30ppm，保证了在特殊环境温度下的晶片正常稳定工作；而且，本发明的工艺成本低，便于控制，生产出的石英晶片品质好、精度高，可广泛应用于石英晶片的生产制造领域。

Description

一种超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法
技术领域
本发明涉及晶体材料加工技术领域，特别涉及一种超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法。
背景技术
石英晶片又称为石英晶体频率片，是一种压电元件，能量在电能和机械能状态下每秒的转换数百万次。石英晶片可以产生稳定频率，输出的标准生产标准的零件，被广泛应用于电视机、汽车、计算机等各类振荡电路中，以及通讯系统中用于频率发生器，为数据处理产生时钟信号和为特定系统提供基准信号，几乎渗透在大家生活的每一个角落。
小公差晶片是指在一定的工作温度范围内频率变化量比较小的石英晶片。随着社会的发展，对石英晶片的频率变化量要求也越来越高。众所周知，石英晶片的温度特性主要是受到晶片切割角度的影响，频率变化量的大小也是由角度的公差范围决定，经过X光测角仪角度分选后，可以筛选掉一些角度超出范围的晶片，但是即便是角度合格的晶片，在经过后续的研磨加工后，角度仍然会有偏差，造成这一现象的主要原因就是研磨加工过程中会导致晶片表面状态发生一定的变化，研磨加工过程中的本身就是为了去除晶片表面的破坏层，但是在这一加工过程中，晶片的平整度由于受到机械力的摩擦，使得晶片的平整度会有一定的偏差，从而影响到晶片的温度特性。现有的加工工艺生产出来的石英晶片在特殊环境温度范围 (-40℃～120℃)频率变化量不能保证全部达到50ppm以内，需要采用进口专用设备进行精挑细选，成本高。
为适应市场的需求，作为生产企业急需研发一种超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法，本发明的工艺成本低，便于控制；生产出的石英晶片品质好，在特殊环境温度下频率变化量小，能维持正常稳定工作状态，可广泛应用于石英晶片的生产制造领域。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法，包括如下步骤：
(S1)线切：选择石英晶棒，将石英晶棒切割成0.2～0.7mm厚度的石英晶片；
(S2)晶片第一次研磨：对石英晶片进行第一次研磨，获得0.1～0.6mm厚度的石英晶片；
(S3)分选：用X光测角仪对石英晶片进行角度分选，并剔除不达标产品；
(S4)晶片第二次研磨：对分选出的石英晶片依次进行细磨、平整度精磨；
(S5)粘砣：将切割好的石英晶片排列整齐后，用粘接剂粘接成15～20mm宽度的晶砣，用线锯将粘接好的晶砣切割成4～10mm宽度的晶砣；
(S6)磨砣：将切割后的晶砣研磨到2～8mm宽度；
(S7)化砣：将晶砣中的粘接剂融化，分离出石英晶片；
(S8)滚筒修边：对分离出来的石英晶片进行外观精挑，然后对精挑得到的石英晶片进行滚筒修边；
(S9)清洗：清除加工过程中残存石英晶片表面的杂物；
(S10)第一次分频：将石英晶片进行频率分档，去除CI不良和寄生超标的晶片；
(S11)浸蚀：采用酸性溶液对石英晶片表面进行化学浸蚀；
(S12)第二次分频：将石英晶片进行频率分档，去除CI不良和寄生超标的晶片；
(S13)对石英晶片的外观精挑，最后包装入库。
优选的，所述步骤(S2)中，所述第一次研磨的研磨料为3000#的碳化硅。
优选的，所述步骤(S4)中，所述细磨的研磨篮为4000#的碳化硅；所述平整度精磨的研磨料为6000#的白刚玉。
优选的，所述步骤(S6)具体包括：
(S61)将晶砣依次进行Z向粗磨、Z向中磨、Z向细磨以及Z向精磨，然后检查晶砣的尺寸，筛选出2～8mm宽度的晶砣；其中，Z向粗磨是选用2500#的碳化硅作为研磨料；Z向中磨是选用4000#的碳化硅作为研磨料；Z向细磨是选用4000#的碳化硅作为研磨料；Z向精磨是选用6000#的白刚玉作为研磨料；
(S62)将与2～8mm晶砣宽度相适配的垫片和刀条组合成切割工具，将筛选出的晶砣粘接在料板上，采用切割工具将晶砣分割成2～8mm宽度的晶砣；
(S63)将晶砣依次进行X向中磨、X向细磨以及X向精磨，然后检查晶砣的尺寸，筛选出2～8mm宽度的晶砣，其中，X向中磨是选用4000#的碳化硅作为研磨料；X向细磨是选用4000#的碳化硅作为研磨料；X向精磨是选用6000#的白刚玉作为研磨料。
进一步优选的，所述步骤(S61)中，所述Z向粗磨的研磨料为2500#的碳化硅；所述Z向中磨的研磨料为4000#的碳化硅；所述Z向细磨的研磨料为4000#的碳化硅；所述Z向精磨的研磨料为6000#的白刚玉。
进一步优选的，所述步骤(S63)中，所述X向粗磨的研磨料为2500#的碳化硅；所述X向中磨的研磨料为4000#的碳化硅；所述X向细磨的研磨料为4000#的碳化硅；所述X向精磨的研磨料为6000#的白刚玉。
优选的，所述步骤(S11)中，所述酸性溶液为氟化氢铵溶液。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过线切、晶片第一次研磨、分选、晶片第二次研磨、粘砣、磨砣、化砣、滚筒修边、清洗、第一次分频、浸蚀、第二次分频、挑选包装入库的工艺制成的石英晶片，该石英晶片在特殊环境温度范围(-40℃～120℃)，大幅度减小了频率的变化量，频率变化量不超过30ppm，保证了在特殊环境温度下的晶片正常稳定工作；而且，本发明的工艺成本低，便于控制，生产出的石英晶片品质好、精度高，可广泛应用于石英晶片的生产制造领域。
附图说明
图1为本发明实施例所得的石英晶片在温度范围(-40℃+120℃)频率变化量曲线图；
图2为现有的石英晶片在温度范围(-40℃+120℃)频率变化量曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，所述石英晶片以Z轴为长边，以X轴为短边，垂直90度。本发明的术语“Z向”是指石英晶片的Z轴方向；本发明的术语“X向”是指石英晶片的X轴方向；本发明的术语“切割角度”，按照国际切断角度的称呼方法，是指偏离石英晶棒坐标Z轴的回转角度。
实施例1
本发明实施例提供的一种超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法，包括如下步骤：
(S1)线切：选择石英晶棒，将石英晶棒用线锯切割成0.2～0.7mm厚度的晶片，其中，切割的角度为34～35°；
(S2)晶片第一次研磨：选用3000#的碳化硅作为研磨料对石英晶片进行第一次研磨，获得0.1～0.6mm厚度的石英晶片；
(S3)分选：用X光测角仪(15秒分档)对石英晶片进行角度分选，并剔除不达标产品(即角度不在34～35°的石英晶片)；
(S4)晶片第二次研磨：对分选出的石英晶片依次进行细磨、平整度精磨，其中，细磨是选用4000#的碳化硅作为研磨料；平整度精磨是选用6000#的白刚玉作为研磨料；
(S5)粘砣：将切割好的石英晶片排列整齐后，用粘接剂粘接成15～20mm宽度的晶砣，用线锯将粘接好的晶砣切割成4～10mm宽度的晶砣；
(S6)磨砣：将切割后的晶砣研磨到2～8mm宽度；
(S7)化砣：将晶砣中的粘接剂融化，分离出石英晶片；
(S8)滚筒修边：对分离出来的石英晶片进行外观精挑，剔除崩边、划痕、毛边、缺角、含籽晶片、有亮点、裂纹的石英晶片，然后对精挑得到的石英晶片进行滚筒修边，使得石英晶片的边缘减薄，减小晶片的边缘效应，从而降低晶体的谐振电阻；
(S9)清洗：将石英晶片放入超声清洗机内，加入高纯水清洗60～120分钟后烘干，清除加工过程中残存石英晶片表面的砂、油污等杂物；
(S10)第一次分频：将石英晶片按20KMZ/档进行分档，去除CI不良和寄生超标的晶片；
(S11)浸蚀：采用氟化氢铵溶液对石英晶片表面进行化学浸蚀，去除在研磨工序产生的破坏层，改善表面状态，从而提高石英晶片的工作稳定性；
(S12)第二次分频：将石英晶片按20KMZ/档进行分档，去除CI不良和寄生超标的晶片；
(S13)对石英晶片的外观精挑，剔除崩边、划痕、毛边、缺角、含籽晶片、有亮点、裂纹的石英晶片，最后包装入库。
具体的，所述步骤(S6)具体包括：
(S61)将晶砣依次进行Z向粗磨、Z向中磨、Z向细磨以及Z向精磨，然后检查晶砣的尺寸，筛选出2～8mm宽度的晶砣；其中，Z向粗磨是选用2500#的碳化硅作为研磨料；Z向中磨是选用4000#的碳化硅作为研磨料；Z向细磨是选用4000#的碳化硅作为研磨料；Z向精磨是选用6000#的白刚玉作为研磨料；
(S62)将与2～8mm晶砣宽度相适配的垫片和刀条组合成切割工具，将筛选出的晶砣粘接在料板上，采用切割工具将晶砣分割成2～8mm宽度的晶砣；
(S63)将晶砣依次进行X向中磨、X向细磨以及X向精磨，然后检查晶砣的尺寸，筛选出2～8mm宽度的晶砣，其中，X向中磨是选用4000#的碳化硅作为研磨料；X向细磨是选用4000#的碳化硅作为研磨料；X向精磨是选用6000#的白刚玉作为研磨料。
为了进一步说明本发明的有益效果，将本发明实施例1所得的石英晶片以及现有的石英晶片进行性能测试，测试结果参见图1和图2。
由图1和图2可知，本发明的石英晶片在特殊环境温度范围(-40～120℃)，大幅度减小了频率的变化量，保证了在特殊环境温度下的晶振正常稳定工作。在温度范围(-40℃～120℃)，现有的石英晶片的频率变化量只能达到50ppm，而本发明实施例1所得的石英晶片的频率变化量可以保证在30ppm以内。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(S1)线切：选择石英晶棒，将石英晶棒切割成0.2～0.7mm厚度的石英晶片；
(S2)晶片第一次研磨：对石英晶片进行第一次研磨，获得0.1～0.6mm厚度的石英晶片；
(S3)分选：用X光测角仪对石英晶片进行角度分选，并剔除不达标产品；
(S4)晶片第二次研磨：对分选出的石英晶片依次进行细磨、平整度精磨；
(S5)粘砣：将切割好的石英晶片排列整齐后，用粘接剂粘接成15～20mm宽度的晶砣，用线锯将粘接好的晶砣切割成4～10mm宽度的晶砣；
(S6)磨砣：将切割后的晶砣研磨到2～8mm宽度；
(S7)化砣：将晶砣中的粘接剂融化，分离出石英晶片；
(S8)滚筒修边：对分离出来的石英晶片进行外观精挑，然后对精挑得到的石英晶片进行滚筒修边；
(S9)清洗：清除加工过程中残存石英晶片表面的杂物；
(S10)第一次分频：将石英晶片进行频率分档，去除CI不良和寄生超标的晶片；
(S11)浸蚀：采用酸性溶液对石英晶片表面进行化学浸蚀；
(S12)第二次分频：将石英晶片进行频率分档，去除CI不良和寄生超标的晶片；
(S13)对石英晶片的外观精挑，最后包装入库。
2.根据权利要求1所述的超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法，其特征在于：所述步骤(S2)中，所述第一次研磨的研磨料为3000#的碳化硅。
3.根据权利要求1所述的超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法，其特征在于：所述步骤(S4)中，所述细磨的研磨料为4000#的碳化硅；所述平整度精磨的研磨料为6000#的白刚玉。
4.根据权利要求1所述的超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法，其特征在于：所述步骤(S6)具体包括：
(S61)将晶砣依次进行Z向粗磨、Z向中磨、Z向细磨以及Z向精磨，然后检查晶砣的尺寸，筛选出2～8mm宽度的晶砣；其中，Z向粗磨是选用2500#的碳化硅作为研磨料；Z向中磨是选用4000#的碳化硅作为研磨料；Z向细磨是选用4000#的碳化硅作为研磨料；Z向精磨是选用6000#的白刚玉作为研磨料；
(S62)将与2～8mm晶砣宽度相适配的垫片和刀条组合成切割工具，将筛选出的晶砣粘接在料板上，采用切割工具将晶砣分割成2～8mm宽度的晶砣；
(S63)将晶砣依次进行X向中磨、X向细磨以及X向精磨，然后检查晶砣的尺寸，筛选出2～8mm宽度的晶砣，其中，X向中磨是选用4000#的碳化硅作为研磨料；X向细磨是选用4000#的碳化硅作为研磨料；X向精磨是选用6000#的白刚玉作为研磨料。
5.根据权利要求1所述的超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法，其特征在于：所述步骤(S61)中，所述Z向粗磨的研磨料为2500#的碳化硅；所述Z向中磨的研磨料为4000#的碳化硅；所述Z向细磨的研磨料为4000#的碳化硅；所述Z向精磨的研磨料为6000#的白刚玉。
6.根据权利要求1所述的超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法，其特征在于：所述步骤(S63)中，所述X向粗磨的研磨料为2500#的碳化硅；所述X向中磨的研磨料为4000#的碳化硅；所述X向细磨的研磨料为4000#的碳化硅；所述X向精磨的研磨料为6000#的白刚玉。
7.根据权利要求1所述的超宽温度范围低频率变化量的石英晶片的制备方法，其特征在于：所述步骤(S11)中，所述酸性溶液为氟化氢铵溶液。
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