CN113258897A - 一种水晶振动子及其工业制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种水晶振动子工业制造方法，包括步骤1至步骤7，晶片在进行镀层前，需进行步骤1中的清洗，通常采用H2SO4+K2CrO7、HCl+Su、丙酮、污水乙醇、去离子水等在超声波清洗机内进行常温或加温清洗，洗净的晶片在红外线干燥箱内干燥；步骤2，将清洗后的晶片放置在镀膜机内双面蒸镀金层形成辅层，但因为金层不同直接蒸镀在晶片表面，因此先在其表面蒸镀一层铬层，两层的总厚度为
Description
技术领域
本发明涉及一种振动子，特别涉及一种水晶振动子及其工业制造方法。
背景技术
水晶振动子，是一种利用石英晶体材料的压电效应产生非常稳定的机电振动的电子元器件，也就是俗称的晶振，是近年来广泛应用在便携电话或便携信息终端设备上，利用了水晶等的压电材料作为时刻源或控制信号等的定时源、参考信号源等的压电振动器。
在现有技术中，较多采用的是将压电材料基板(相当于本申请的水晶基板)干蚀刻，形成压电元件(相当于本申请的压电振动片)的外形的方法。作为具体的压电振动片的外形的形成方法，在压电材料基板的表面形成金属膜图案，并且以金属膜图案为掩模，将水晶基板干蚀刻。由此，有选择地除去被金属膜图案保护的区域以外的水晶基板，能够形成压电振动片的外形形状。
然而干蚀刻是这样的进行的，在真空腔室内产生等离子体，由蚀刻气体生成离子等的激活原子团(活性種)，使离子等的激活原子团与水晶基板化学反应。在此，该化学反应是发热反应，在进行干蚀刻时的水晶基板处于高温状态，易产生水晶基板的热应变，使水晶基板的特性劣化。
发明内容
本发明的目的是提供一种水晶振动子工业制造方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种水晶振动子工业制造方法，包括以下步骤：
步骤1，原料表面预处理：将原材料按需切割成薄片后，在晶片表面做镜面抛光，并多次清洗；
步骤2，设置辅层：晶体表面均匀蒸镀铬金形成辅层；
步骤3，蚀刻：在晶体表面背离辅层的一面均匀涂抹保护胶，经烘干处理后，蚀刻出音叉形状；
步骤4，清除辅层；
步骤5：二次蚀刻：在去除辅层后的晶体表面继续蚀刻；
步骤:6，晶片清洁：清除辅层；
步骤7，晶片再加工：将音叉从晶片上分解下来后，再经上架、调频、封装。
通过采用上述技术方案，晶片在进行镀层前，需进行步骤1中的清洗，通常采用H2SO4+K2CrO7、HCl+Su、丙酮、污水乙醇、去离子水等在超声波清洗机内进行常温或加温清洗，洗净的晶片在红外线干燥箱内干燥，清洗干净的标准在于，对晶片呵气，如晶片上不留呵气图形即认为已清洗干净。
步骤2，将清洗后的晶片放置在镀膜机内双面蒸镀金层形成辅层，但因为金层不同直接蒸镀在晶片表面，因此先在其表面蒸镀一层铬层，两层的总厚度为
最佳。
步骤3到步骤6，先利用光刻进行定点腐蚀刻蚀，再利用化学溶液腐蚀进行二次加工，这样设置的好处在于，化学溶液为液体，流动性强，即便可以通过控温控制腐蚀位置，但也只是大概，无法精准控制；而光刻胶的流动性较弱，可以定点定位置的腐蚀。
作为优选，步骤3中保护胶采用光刻胶，步骤3中采用光刻蚀刻处音叉形状。
作为优选，步骤5中二次蚀刻中利用蚀刻溶液进行化学蚀刻。
作为优选，蚀刻溶液包括含氟离子的盐溶液。
作为优选，蚀刻溶液包括氢氟酸、蒸馏水、乙醇、氟化铵和助剂。
作为优选，蚀刻溶液中各成分组成如下：
通过采用上述技术方案，水晶的主要成分是二氧化硅，二氧化硅对各种强酸都是十分稳定的，仅在一定条件下溶于氢氟酸或含有氟离子的一些盐类溶液，反应如下：
SiO2+6HF→H2(SiF6)+2H2O
因此用于腐蚀二氧化硅的溶液必须有一定的持续腐蚀速度，本申请请求保护的方案中，氢氟酸可以起到腐蚀塑性的作用效果，其次氟化铵还可以向其中源源不断的提供原料，生成氢氟酸，氟化铵与氢氟酸的反应如下：
此反应为可逆反应，因此添加氟化铵的好处在于虽然氢氟酸在不停地消耗，但是整体溶液中的氢氟酸含量基本稳定，这样的好处在于整体腐蚀速率相对稳定，相对可控；添加在其中的助剂可以起到稳定溶液的作用效果。
作为优选，二次蚀刻时，将晶体平放在反应盒中，反应盒中设置有变压装置。
作为优选，反应盒底部设置有加热冷却装置。
本发明的目的是提供一种水晶振动子。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种水晶振动子，由上述水晶振动子工艺制造方法制造。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、水晶的主要成分是二氧化硅，二氧化硅对各种强酸都是十分稳定的，仅在一定条件下溶于氢氟酸或含有氟离子的一些盐类溶液；因此用于腐蚀二氧化硅的溶液必须有一定的持续腐蚀速度，本申请请求保护的方案中，氢氟酸可以起到腐蚀塑性的作用效果；
2、其次氟化铵还可以向其中源源不断的提供原料，生成氢氟酸，氟化铵与氢氟酸的反应为可逆反应，因此添加氟化铵的好处在于虽然氢氟酸在不停地消耗，但是整体溶液中的氢氟酸含量基本稳定，这样的好处在于整体腐蚀速率相对稳定，相对可控；添加在其中的助剂可以起到稳定溶液的作用效果。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例：
一种水晶振动子及其工业制造方法，包括以下步骤：
步骤1，原料表面预处理：将原材料按需切割成薄片后，在晶片表面做镜面抛光，并多次清洗；
步骤2，设置辅层：晶体表面均匀蒸镀铬金形成辅层；
步骤3，蚀刻：在晶体表面背离辅层的一面均匀涂抹保护胶，经烘干处理后，蚀刻出音叉形状；
步骤4，清除保护胶；
步骤5：二次蚀刻：在去除辅层后的晶体表面继续蚀刻；
步骤:6，晶片清洁：清除辅层；
步骤7，晶片再加工：将音叉从晶片上分解下来后，再经上架、调频、封装。
步骤3中保护胶采用光刻胶，所述步骤3中采用光刻蚀刻处音叉形状。
步骤5中二次蚀刻中利用蚀刻溶液进行化学蚀刻。
晶片在进行镀层前，需进行步骤1中的清洗，通常采用 H2SO4+K2CrO7、HC l+Su、丙酮、污水乙醇、去离子水等在超声波清洗机内进行常温或加温清洗，洗净的晶片在红外线干燥箱内干燥，清洗干净的标准在于，对晶片呵气，如晶片上不留呵气图形即认为已清洗干净。
步骤2，将清洗后的晶片放置在镀膜机内双面蒸镀金层形成辅层，但因为金层不同直接蒸镀在晶片表面，因此先在其表面蒸镀一层铬层，两层的总厚度为
最佳。
步骤3到步骤6，先利用光刻进行定点腐蚀刻蚀，再利用化学溶液腐蚀进行二次加工，这样设置的好处在于，化学溶液为液体，流动性强，即便可以通过控温控制腐蚀位置，但也只是大概，无法精准控制；而光刻胶的流动性较弱，可以定点定位置的腐蚀。
水晶的主要成分是二氧化硅，二氧化硅是单晶体，是各向异性材料，其化学腐蚀主要集中在Z轴，其他方向腐蚀极慢，基本可认为是不腐蚀的，其腐蚀比(Fz)为：
经过大量的测量，Fz的数值稳定在6.5-7.2之间，因此在进行化学腐蚀时，可以忽视掉X向和Y向的腐蚀量，认为腐蚀仅在Z向进行。
蚀刻溶液包括含氟离子的盐溶液。
蚀刻溶液包括氢氟酸、蒸馏水、乙醇、氟化铵和助剂。
蚀刻溶液中各成分组成如下：
水晶的主要成分是二氧化硅，二氧化硅对各种强酸都是十分稳定的，仅在一定条件下溶于氢氟酸或含有氟离子的一些盐类溶液，反应如下：
SiO2+6HF→H2(SiF6)+2H2O
因此用于腐蚀二氧化硅的溶液必须有一定的持续腐蚀速度，本申请请求保护的方案中，氢氟酸可以起到腐蚀塑性的作用效果，其次氟化铵还可以向其中源源不断的提供原料，生成氢氟酸，氟化铵与氢氟酸的反应如下：
此反应为可逆反应，因此添加氟化铵的好处在于虽然氢氟酸在不停地消耗，但是整体溶液中的氢氟酸含量基本稳定，这样的好处在于整体腐蚀速率相对稳定，相对可控。
另外，上述两个反应都是吸热反应，因此在实操中需要进行加热，但可通过定下加热控制腐蚀区域和效率，且当温度过高时，可通过乙醇的液气态转化避免温度过高。
二次蚀刻时，将晶体平放在反应盒中，反应盒中设置有变压装置，利用变压可以改变反应盒中的整体压力，当增压时，可以提升反应速率，当泄压时，可以减缓反应速率，另外设置封闭的反应盒，还可避免蚀刻溶液中的乙醇等易挥发物质散发至空气中，影响操作者身体健康。
反应盒底部设置有加热冷却装置，加热冷却装置可对正在加工的晶片进行加热或冷却。
实施例1-实施例6：
实施例1-实施例中6的整体步骤与上述实施例相同，但是蚀刻溶液中主要成分的含量不同，含量如下表1所示：
表1：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| 氢氟酸 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 蒸馏水 | 5 | 8 | 10 | 14 | 18 | 20 |
| 乙醇 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 氟化铵 | 1 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
| 助剂 | 1 | 2 | 2 | 3 | 3 | 5 |
利用实施例1-实施例6中的蚀刻溶液在二氧化硅表面蚀刻出相同深度的印记，记录所用时间长度，见表2：
| 时间 | 时间 | ||
| 实施例1 | 35Sed | 实施例4 | 45Sed |
| 实施例2 | 40Sed | 实施例5 | 46Sed |
| 实施例3 | 42Sed | 实施例6 | 46Sed |
由此可见，氢氟酸的浓度越高，蚀刻速率越高。
根据上述表1调整蚀刻溶液中的各物质组成，其中助剂包括表面活性剂、稳定剂等，实施例1-实施例6的主要区别在于，氢氟酸的含量占比不同，氢氟酸的含量占比越高，腐蚀效率越高，但是含量太高时，则可能将辅层，即铬金层腐蚀穿。
这种蚀刻方式的好处在于产品一致性好，且便于大批生产，在生产过程中，也不需要额外添置过多的设备，只需添置光刻机和甩胶机等，简单便捷。
Claims (9)
1.一种水晶振动子工业制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，原料表面预处理：将原材料按需切割成薄片后，在晶片表面做镜面抛光，并多次清洗；
步骤2，设置辅层：晶体表面均匀蒸镀铬金形成辅层；
步骤3，蚀刻：在晶体表面背离辅层的一面均匀涂抹保护胶，经烘干处理后，蚀刻出音叉形状；
步骤4，清除保护胶；
步骤5：二次蚀刻：在去除辅层后的晶体表面继续蚀刻；
步骤:6，晶片清洁：清除辅层；
步骤7，晶片再加工：将音叉从晶片上分解下来后，再经上架、调频、封装。
2.根据权利要求1所述一种水晶振动子工业制造方法，其特征在于：所述步骤3中保护胶采用光刻胶，所述步骤3中采用光刻蚀刻处音叉形状。
3.根据权利要求2所述一种水晶振动子工业制造方法，其特征在于：所述步骤5中二次蚀刻中利用蚀刻溶液进行化学蚀刻。
4.根据权利要求3所述一种水晶振动子工业制造方法，其特征在于：所述蚀刻溶液包括含氟离子的盐溶液。
5.根据权利要求4所述一种水晶振动子工业制造方法，其特征在于：所述蚀刻溶液包括氢氟酸、蒸馏水、乙醇、氟化铵和助剂。
6.根据权利要求5所述一种水晶振动子工业制造方法，其特征在于，所述蚀刻溶液中各成分组成如下：
7.根据权利要求6所述一种水晶振动子工业制造方法，其特征在于：所述二次蚀刻时，将晶体平放在反应盒中，所述反应盒中设置有变压装置。
8.根据权利要求7所述一种水晶振动子工业制造方法，其特征在于：所述反应盒底部设置有加热冷却装置。
9.一种水晶振动子，其特征在于：由权利要求1-8所述水晶振动子工艺制造方法制造。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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