CN111575656A

CN111575656A - 一种音叉振荡器的镀膜方法及镀膜音叉振荡器

Info

Publication number: CN111575656A
Application number: CN202010345289.6A
Authority: CN
Inventors: 邵杰权
Original assignee: Shenzhen Fenghua Electronics Co ltd; Shenzhen Kehan Electronic Co ltd
Current assignee: Shenzhen Fenghua Electronics Co ltd; Shenzhen Kehan Electronic Co ltd
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2020-08-25

Abstract

本发明涉及音叉晶振技术领域，尤其涉及一种音叉振荡器的镀膜方法及镀膜音叉振荡器，该方法包括：将音叉振荡器安装在真空镀膜机的蒸发槽内，对真空镀膜机抽真空；在真空环境下，通过电阻蒸发源加热钼舟在音叉振荡器的基材表面蒸镀铬层；在铬层的上方蒸镀铬铜合金层；在铬铜合金层的上方蒸镀铜银合金层；在铜银合金层的上方蒸镀银层，完成音叉振荡器基材表面的镀膜。本发明实施例其在保持镀层总厚度不变的情况下，在铬与银之间增加金属铜，可以承受高温，成本较低，不容易氧化，导电性能好，电阻较小，可以有效地降低老化率，并且其性能更稳定，有效地提高了晶振的合格率和使用寿命，同时即减小了音叉振荡器电阻值，又降低了成本。

Description

一种音叉振荡器的镀膜方法及镀膜音叉振荡器

技术领域

本发明涉及音叉晶振技术领域，尤其涉及一种音叉振荡器的镀膜方法及镀膜音叉振荡器。

背景技术

音叉晶体振荡器主要用在计时的电子线路上，如石英手表，空调遥控器，时钟等，是电子产品中十分重要的原件。

在生产音叉振荡器时，需要对音叉振荡器进行镀膜处理，用于调节晶体频率，同时起到导电作用，形成磁场。传统的镀膜工艺是在将SiO₂晶片置于真空蒸镀室里，先镀铬，然后铬与银同时蒸镀形成混合金属，最后镀银(总镀层厚度450nm)。

发明人在实现本发明的过程中发现：1、现有的蒸镀方法，铬多会增加金属镀层与晶片的附着力，但是也会增加振荡器的电阻值2、银的价格比较高，只选用银作为镀膜材料，从成本考虑并不划算。因此，传统的蒸镀工艺有待改进。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种音叉振荡器的镀膜方法及镀膜音叉振荡器，以解决传统镀膜音叉振荡器导电性能不好，成本高的技术问题。

本发明实施例的第一方面提供一种音叉振荡器的镀膜方法，包括如下步骤：将音叉振荡器安装在真空镀膜机的蒸发槽内，对所述真空镀膜机抽真空；在真空环境下，通过电阻蒸发源加热钼舟在所述音叉振荡器的基材表面蒸镀铬层；在所述铬层的上方蒸镀铬铜合金层；在所述铬铜合金层的上方蒸镀铜银合金层；在所述铜银合金层的上方蒸镀银层，完成所述音叉振荡器基材表面的镀膜。

可选地，所述铬层的厚度为9.7-10.3nm。

可选地，所述铬铜合金层的厚度为19.7-20.3nm。

可选地，所述铜银合金层的厚度为49.7-50.3nm。

可选地，所述银层的厚度为369.7-370.3nm。

可选地，在蒸镀过程中，采用

沉积速率蒸镀。

可选地，所述方法还包括：在蒸镀完成之后，打开放气阀和充气阀，其中所述充气阀充入的气体为氮气或惰性气体。

可选地，在对所述真空镀膜机抽真空之后，所述方法还包括：通过离子烘机烘烤所述真空镀膜机。

可选地，烘烤温度为126-134度，烘烤时间为10分钟。

本发明实施例的第二方面提供一种镀膜音叉振荡器，所述镀膜音叉振荡器由上述音叉振荡器的镀膜方法制备得到。

本发明实施例提供的音叉振荡器的镀膜方法及镀膜音叉振荡器，其在保持镀层总厚度不变的情况下，在铬与银之间增加金属铜，可以承受高温，成本较低，不容易氧化，导电性能好，电阻较小，可以有效地降低老化率，并且其性能更稳定，有效地提高了晶振的合格率和使用寿命，同时即减小了音叉振荡器电阻值，又降低了成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的音叉振荡器的镀膜方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的音镀膜叉振荡器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，下面所描述的本发明不同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结合。

本发明选用音叉真空镀膜机来完成音叉振荡器的镀膜，音叉振荡器的镀膜原理如下：在一定的真空度下，通过电阻蒸发源加热使镀膜材料蒸发，当镀膜材料的分子平均自由程大于其真空室的线形尺寸，镀膜材料的原子和分子从蒸发源表面逸出后，很少受到其他分子或原子的冲击与阻碍，可直接到达被镀的基材表面，由于基片表面温度较低便凝结到基片表面而形成薄膜，完成基材表面的镀膜。

本发明实施例选用铬粉、铜粉和银粉作为镀膜材料进行镀膜。在所有的金属元素里面，只有金、银的导电性能、电阻性、稳定性好。镀层里面首选金(金的稳定性高于银)，但是金的价格高(目前在工控、军品类产品选择)，增加了制造陈本，而银的性价比相对较高，因此本发明实施例选用银粉作为镀膜材料来制备频率电极层。

通过铬粉形成的铬层作为基膜层能够稳定的与SiO₂晶片紧密结合，保证基膜层不容易脱落；通过铬粉和铜粉形成的铬铜合金层，合金层中的铬原子与基层的铬原子紧密结合，形成稳定的化学键；通过铜粉和银粉形成的铜银合金层，铜银合金层中的铜原子与铬铜合金层中的铬原子形成稳定的化学键；最后铜银合金层中的银原子与银粉形成的银层同样紧密结合，形成稳定的化学键，从而最终提高了基膜层和银层(频率电极层)的附着力，最终提高了音叉振荡器的频率稳定性和起振效果，并且本发明在蒸镀过程中，通过烘烤和后续的充入惰性气体，避免了在蒸镀过程中，银被氧化，形成了稳定的化学键。

需要说明的是，在本发明实施例在镀膜过程中，对每一层的厚度都有特定选择，每层镀膜的厚度是经过本领域技术人员大量的实验数据后得出，比如，下述实施例中优选的，铬层厚度为9.7-10.3nm，这是因为9.7-10.3nm的厚度，电阻与SiO₂晶片附着力达到最优化的结果，并且能够保证合金层的导电性能和稳定性。

以下对通过音叉真空镀膜机完成音叉振荡器镀膜进行详细说明。请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种音叉振荡器的镀膜方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤101、将音叉振荡器安装在真空镀膜机的蒸发槽内，对真空镀膜机抽真空。

此步骤是蒸镀前的准备工作，其具体操作如下：将音叉振荡器(SiO₂晶片)安装在真空室里的蒸发槽内，将三个钼舟平整安装在石英管上方，使钼舟与蒸发槽内石英管平行。

将钼舟与蒸发槽内正负电极座牢固连接在一起，并且根据镀膜所用材料 (本发明实施例中镀膜所用材料为：铬粉、铜粉和银粉)，分别在三个钼舟内放入0.4g铬粉(1#钼舟)，0.9g铜粉(2#钼舟)，银粉8g(3#钼舟)，最后将装有SiO2晶片的治具装到真空镀膜机里面可360度翻转的夹具中。在其他实施例中，铬粉、铜粉和银粉的添加比例可以根据实际镀膜厚度进行选择，本发明实施例对其并不限定。

接着打开真空镀膜机的电源，通过观察孔确认装有SiO₂晶片的治具的夹具处于360度旋转状态(以保证晶片的正反面及侧面都能均匀的蒸镀)，并确认水冷系统工作正常。

打开机械泵开始抽真空至7.5×10^-3torr，关闭机械泵；打开高真空泵，当真空室的真空度达到1.5×10^-6torr，关闭真空泵，此时，真空镀膜机内的真空度为1.5×10^-6torr。

需要注意的是，在抽真空中之后，还需要对真空室进行烘烤，这是因为：虽然当前真空镀膜机内的真空度比较高,但是仍然有少量气体附着于镀膜机腔体内及SiO₂晶片表面，使得在镀膜过程，SiO₂晶片膜层之间出现孔洞，这些孔洞会吸附大量的气体，增大了膜层与空气的接触面积，使得容易氧化。因此，为了最大限度的消除残存气体，在一些实施例中，可以在镀膜时提高真空室的温度。

在本发明实施例中，真空镀膜机的最高使用温度为150度。因此，可以设定烘烤温度：温度126-134度，烘烤时间10分钟。

步骤102、在真空环境下，通过电阻蒸发源加热钼舟在音叉振荡器的基材表面蒸镀铬层。

在上述实施例中，已经说明，分别在三个钼舟内放入0.4g铬粉(1#钼舟)， 0.9g铜粉(2#钼舟)，银粉8g(3#钼舟)，此步骤首先蒸镀铬层，即开启电阻蒸发源加热1#钼舟开始蒸镀铬层。

其中，本发明实施例中，每一层的蒸镀的速度均采用：

沉积速率(单位时间内被镀制在表面上形成的膜层厚度)。如果沉积速率较低则会使膜层结构疏松，而沉积率较高虽然会使得膜层的牢固度高，但是会增大膜层的内应力，会导致膜层破裂；上述沉积速率的选择，是本领域技术人员付出创造性劳动成果。

步骤103、在铬层的上方蒸镀铬铜合金层。

铬层的蒸镀厚度为10nm左右(9.7-10.3nm)，在这个厚度之内，电阻与SiO₂晶片附着力达到最优化的结果，且导电性能好。在通过晶振测厚仪确认镀膜的厚度达到10nm后，开启电阻蒸发源加热1#钼舟开始蒸镀铬铜合金层。

步骤104、在铬铜合金层的上方蒸镀铜银合金层。

铬铜合金层的厚度为20nm左右(19.7-20.3nm)，在这个厚度之内，铬铜能够形成稳定的化学键，且导电性能好。铜银通过晶振测厚仪确认镀膜的厚度达到20nm后，关闭1#钼舟，打开3#钼舟开始蒸镀铜银合金层。

步骤105、在铜银合金层的上方蒸镀银层，完成音叉振荡器基材表面的镀膜。

铜银合金层的厚度为50nm左右(49.7-50.3nm)，在这个厚度之内，铜银能够形成稳定的化学键，导电性能好，且节省成本。在通过晶振测厚仪确认镀膜的厚度达到50nm，关闭2#钼舟，开始银层蒸镀至370nm左右 (369.7-370.3nm)，完成蒸镀最终形成图2所示的镀膜结构。

蒸镀完成之后，由于真空镀膜机抽真空处于真空状态，因此需要打开充气阀，向真空室内充气，为了尽量减少空气进入设备真空室，以防止高温的金属镀层与空气接触引起的氧化及气体吸附问题，此处可以向真空室内冲充入氮气、惰性气体等结构比较稳定的气体。

本发明实施例提供的音叉振荡器的镀膜方法，其在保持镀层总厚度不变的情况下，在铬与银之间增加金属铜，可以承受高温，成本较低，不容易氧化，导电性能好，电阻较小，可以有效地降低老化率，并且其性能更稳定，有效地提高了晶振的合格率和使用寿命，同时即减小了音叉振荡器电阻值，又降低了成本。

本发明实施例还提供一种镀膜音叉振荡器，所述镀膜音叉振荡器使用上述实施例中的方法制备得到，所述镀膜音叉振荡器包括：铬层、铬铜合金层、铜银合金层和银层镀膜。

本发明实施例制备得到的音叉振荡器，其在保持镀层总厚度不变的情况下，在铬与银之间增加金属铜，可以承受高温，成本较低，不容易氧化，导电性能好，电阻较小，可以有效地降低老化率，并且其性能更稳定，有效地提高了晶振的合格率和使用寿命，同时即减小了音叉振荡器电阻值，又降低了成本。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种音叉振荡器的镀膜方法，其特征在于，包括如下步骤：

将音叉振荡器安装在真空镀膜机的蒸发槽内，对所述真空镀膜机抽真空；

在真空环境下，通过电阻蒸发源加热钼舟在所述音叉振荡器的基材表面蒸镀铬层；

在所述铬层的上方蒸镀铬铜合金层；

在所述铬铜合金层的上方蒸镀铜银合金层；

在所述铜银合金层的上方蒸镀银层，完成所述音叉振荡器基材表面的镀膜。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铬层的厚度为9.7-10.3nm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铬铜合金层的厚度为19.7-20.3nm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铜银合金层的厚度为49.7-50.3nm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述银层的厚度为369.7-370.3nm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在蒸镀过程中，采用

沉积速率蒸镀。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在蒸镀完成之后，打开放气阀和充气阀，其中所述充气阀充入的气体为氮气或惰性气体。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述真空镀膜机抽真空之后，所述方法还包括：通过离子烘机烘烤所述真空镀膜机。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，烘烤温度为126-134度，烘烤时间为10分钟。

10.一种镀膜音叉振荡器，其特征在于所述镀膜音叉振荡器使用权利要求1-9任一项所述方法制备得到。