CN114311350B - 一种钽酸锂晶体头尾切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压电晶体技术领域，尤其是一种钽酸锂晶体头尾切割方法，包括以下步骤：a）对钽酸锂晶体侧面做喷砂粗糙化处理；b）使用夹具对钽酸锂晶体进行固定，采用定向仪对晶体进行定向，通过夹具侧面螺丝进行晶体位置调节以便确定晶向；c）将定向完成后的夹具安装到内圆切割机机头上，通过水平仪调整内圆切割机机头倾角，使夹具底面处于水平状态，切割晶体头部端面；d）切割完成晶体头部端面后从夹具上卸下晶体，倒置晶体后重新固定，通过水平仪调整内圆机机头倾角，使晶体头部端面达到水平状态，切割晶体尾部端面，最终获得的晶体无端面线痕、断差不良，无开裂、崩边不良，晶体晶向偏差在6′以内。
Description
技术领域
本发明涉及压电晶体领域，具体领域为一种钽酸锂晶体头尾切割方法。
背景技术
近年来，由于高频段、多频段通信在以手机为代表的无线通信上的广泛使用，对于声表面波滤波器（SAW）的需求大幅增加，其质量要求也更高。随着声表面波技术的不断发展，声表面波器件的应用领域不断扩大，可以应用在手机、多媒体数据广播系统（如VOD等）、汽车电子、无线LAN及数字电视中，增加了SAW器件的市场需求。同时，通讯器材的小型化，要求各个部件制作更为精密，使SAW同样趋于小型化。
随着SAW器件需求的与日俱增，对晶片晶向的准确性要求也越来越高，这就要求在钽酸锂晶体加工过程中，更精确的进行晶体定向和可靠性加工。然而由于钽酸锂晶体属于压电晶体，容易出现放电现象，在切割过程中，容易出现晶体开裂的问题，切割效率和合格率低，且切割后晶向偏差较大，严重影响了钽酸锂晶体乃至后续加工晶片的品质。为了解决该问题，公告号为CN1279578C的中国专利公开一种晶体的激光定向方法，目的在于提高晶体切割后晶体定向的准确性，此发明利用晶体的恒角度原理，运用激光照射晶体自然面或其解理面，观察反射光斑的位置，参照基准块反射光斑的位置，然后判定晶体轴向的准确方向，进行上盘切割，此发明采用粘胶固定方式，过程较为繁琐；采用激光反射定向方式，需要寻找自然晶面或其解理面，对于晶体的适用性较为局限，比如钽酸锂晶体无法肉眼观察反射光斑现象；此发明对于上盘切割时具体切割方式及晶向准确性的控制未明确说明。公告号为CN108838561B的中国专利公开了一种用于晶体快速准确定向激光切割的装置及切割方法，包括切片机构、激光发射机构、与标尺机构，激光发射机构发射的激光通过玻璃镜面反射后落于标尺机构上，并且标尺机构距离玻璃镜面的距离与标尺机构的刻度间的关系能保证晶体衍射角每变动1分，激光发射机构的反射光能在标尺机构上移动一个刻度。此发明需要先切割一个平面，使用定向仪进行定向，计算晶向偏差，依靠镜面激光发射原理，通过标尺数据调整夹具偏转，再次对晶体切割得到待切割面；此发明需进行2次切割，增加了晶体切割开裂的风险，同时使用激光反射，调整夹具偏转切割方式也较直接使用内圆机机头倾角调整晶向切割方式复杂。公告号为CN1201915C的中国专利公开了一种准确定向切割晶体的方法，此方法加工铌酸锂晶体时先将晶体的x、y、z轴用X光定向好，再把晶体的x面(或z面)粘在玻璃托上用螺丝将玻璃托固定在刀板上。将一片5毫米平方的平行玻璃片用真空脂贴在y面上，将刀板安装到机器上调整方向，使激光束照在玻璃片上的反射点在屏幕上的垂直位移按 tg2θ＝Y/L计算。再将该光点沿水平方向移动相应距离，固定后切出的晶片的法线就是要求的晶向。此方法需要寻找X、Y、Z轴晶向，通过激光反射计算位移，调整晶体偏转，操作过程复杂，且X、Y面的固定玻璃片实际过程中较难准确固定，容易出现晶向偏差。本发明通过专用夹具进行晶体位置调节和固定，以确定晶向，稳定性好，晶向准确性高，同时晶体定向后，晶体与夹具底面水平面存在固定的空间位置关系，通过水平仪调整晶体偏转，可直接切割任何需求角度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钽酸锂晶体头尾切割方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种钽酸锂晶体头尾切割方法，包括以下步骤：
a）将钽酸锂晶体表面使用酒精擦洗干净，放置于喷砂机上，晶体侧面做喷砂粗糙化处理，喷砂频率为40-50 Hz，转动晶体使晶体侧面均匀喷涂；
b）使用夹具将喷砂完成的钽酸锂晶体进行固定后，采用定向仪开启X射线对晶体进行定向，确定晶向时，通过夹具底面的水平仪，使夹具底面处于水平状态，然后采用4向8位置固定调节方式转动晶体找到目标晶向后，紧固螺丝，避免晶体滑动，夹具与晶体侧面接触部分采用橡胶片缓冲；
c）晶体定向完成后，通过燕尾槽将夹具固定安装到内圆切割机机头上，并通过夹具底面的水平仪，调整内圆切割机机头倾角，使夹具底面处于水平状态，切割机内圆切刀始终处于水平状态，此时下降晶体至内圆切刀片处进行对刀，开启切削液喷口对准切割处，切割晶体头部端面；
d）将步骤c中完成头部端面切割后的晶体从夹具上卸下，倒置晶体后重新固定，由于晶体头尾端面的晶向一致，故只要通过水平仪调整内圆切割机机头倾角，使晶体头部端面处于水平状态，切割机内圆切刀始终处于水平状态，此时下降晶体至内圆切刀片处进行对刀，开启切削液喷口对准切割处，水平切割晶体尾部端面，最终获得的晶体无端面线痕、断差不良，无开裂、崩边不良，晶体晶向偏差在6′以内。
其中，步骤a）中，使用SiC砂对晶体进行粗糙化处理，目数为#40-#50；
步骤b）中，调整夹具底面为水平状态，则确定晶体晶向后，此时，晶体与夹具底面水平面存在固定的空间位置关系，步骤c)中，调整内圆切割机机头倾角，使得夹具底面还为水平状态，晶体与夹具底面水平面仍存在相同的固定空间位置关系，此时对晶体头部端面进行水平切割，是在目标晶向的基础上进行晶体头部端面的内圆切割的；
步骤c）和步骤d）中，内圆切割机刀片目数#150-#250，主轴转数1300-1500rpm/min，进刀速度0.4-0.5mm/min；
步骤d）中，由于晶体头尾端面的晶向一致，故只要通过水平仪调整内圆切割机机头倾角，使晶体头部端面处于水平状态，所以此时对晶体尾部端面进行水平切割，也是在目标晶向的基础上进行晶体尾部端面的内圆切割的。
切削液组成成分及其质量分数为环烷油35%~45%，石蜡油25%~30%，聚乙二醇单油酸酯20%~30%，膨润土20%~30%，磺酸钡盐8%~10%。
所采用的水平仪是数显水平仪。
所用夹具侧面在4向8位置上设有螺丝，通过螺丝可将晶体固定在夹具上，可采用4向8位置固定调节方式转动晶体进行晶体位置调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本工艺通过SiC砂对钽酸锂晶体侧面进行喷砂处理，增加了晶体侧面的粗糙度，有效避免了晶体在竖直切割过程中的滑动，有利于提高夹具固定晶体的稳定性；采用具有4向8位置调节方式的晶体固定夹具，不仅起到了固定功能，还使夹具实现了晶体位置调整功能，可灵活地在三维空间上进行晶体转动，有助于提高晶体定向调节的精准度；
（2）本工艺中，晶体晶向确定后，其和夹具底面水平面存在固定的空间位置关系，将夹具固定在内圆切割机上调成水平后，晶体仍和夹具底面水平面保持相同的固定空间位置关系，此时，采用水平切割机刀片进行头端切割，实现了钽酸锂晶体在目标晶向基础上的一次精确切割成功。在传统方式中，并不采用夹具固定晶体并定向调整晶向，而是直接将晶体固定至内圆切割机上切割样片，再通过定向仪测量样片晶向，并计算出样片晶向与目标晶向的偏差，根据该差值调整内圆机机头倾角后再次进行切割，此方法过程中需要先切割样片进行定向确认晶向后再切割晶体头尾，晶体定向和切割工序繁杂，且由于在维持成本的情况下，切割样片尺寸较小，无法精准测量出晶向；本发明方法减少了在内圆机切割过程中需要先切割样片进行定向、确认晶向后再次切割晶体头尾的方式，有效提高了加工效率，提升了晶体定向的准确性，同时减少了多次切割可能造成的晶体开裂现象；
（3）本工艺中，通过晶体头尾端面晶向相同的原理，通过水平仪将晶体头端切割面调水平，此时进行晶体尾端的水平切割，便可得到目标晶向。本发明方法减少了晶体尾部端面需要重新定向测量的切割方式，有效提高了加工效率；
（4）本工艺通过内圆切割机刀片目数、转数、进刀速度控制，减小了晶体在切割过程中出现开裂的风险。在传统单线切割方式中，采用金刚线进行切割，势必会造成较粗的线痕，进一步需要增加磨平工序，效率较低，成本较高，本发明通过对内圆切割机刀片目数、转数、进刀速度控制能有效避免线痕的发生，切割效率更高。
附图说明
图1为晶体定向示意图；
图2为晶体切割示意图；
图3为晶体固定夹具示意图；
图4为实施例1（改善后）与对比例1（改善前）晶体晶向偏差对比图；
图5为实施例1（改善后）与对比例3（改善前）晶体开裂率对比图；
其中，1-定向x射线、2-钽酸锂晶体头部、3-钽酸锂晶体侧面喷砂部、4-橡胶缓冲层、5-固定夹具、6-夹具固定螺丝、7-钽酸锂晶体尾部、8-夹具延长块、9、水平仪、10-内圆切固定用燕尾槽、11-内圆机倾角调整机头、12-内圆切刀片、13-内圆切刀片固定台面、14-旋转电机、15-内圆切机体。
具体实施方式
下面将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其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种钽酸锂晶体头尾切割方法，包括以下步骤：
（1）晶体喷砂固定
将钽酸锂晶体表面使用酒精擦洗干净，固定在喷砂机上，使用#50SiC砂进行喷砂，喷砂频率50Hz，转动晶体使晶体侧面均匀喷涂。如图3所示，使用夹具将喷砂完成的钽酸锂晶体进行固定，夹具与晶体侧面接触部分采用橡胶片缓冲。
（2）晶体定向切割
采用定向仪开启X射线对晶体进行定向，如图1所示，确定晶向时，通过夹具底面的水平仪，使夹具底面处于水平状态，调节如图3所示的夹具螺丝，采用4向8位置固定调节方式转动晶体进行晶体位置调节，找到目标晶向后，紧固螺丝，避免晶体滑动。晶向确定后，如图2所示，通过燕尾槽把夹具安装到内圆切割机机头上，通过水平仪调整内圆切割机机头倾角，使夹具底面处于水平状态，下降晶体至内圆切刀片处进行对刀，开启切削液喷口对准切割处，运行程序切割晶体头部端面，其中，内圆切割机刀片目数#200，主轴转数1500rpm/min，进刀速度0.5mm/min；切割完成晶体头部端面后从夹具上卸下晶体，倒置晶体后重新固定，通过水平仪调整内圆机机头，使晶体头部端面达到水平状态。下降晶体至内圆切刀片处进行对刀，开启切削液喷口对准切割处，运行程序切割晶体尾部端面。
按照本实施例方法，共产出10个钽酸锂晶体，无端面线痕、断差不良，无开裂、崩边不良，晶体晶向偏差在6′以内。
为突出本发明的有益效果，还进行了以下对比例实验。
对比例1
一种钽酸锂晶体头尾切割方法，包括以下步骤：
（1）晶体固定
将钽酸锂晶体表面使用酒精擦洗干净，使用夹具将钽酸锂晶体进行固定，夹具与晶体侧面接触部分采用橡胶片缓冲。
（2）晶体定向切割
采用定向仪开启X射线对晶体进行定向，确定晶向时，通过夹具底面的水平仪，使夹具底面处于水平状态，调节夹具螺丝，转动晶体找到目标晶向，紧固螺丝，避免晶体滑动。晶向确定后，通过燕尾槽把夹具安装到内圆切割机上，通过水平仪调整内圆切割机机头倾角，使夹具底面处于水平状态，下降晶体至内圆切刀片处进行对刀，开启切削液喷口对准切割处，运行程序切割晶体头部端面，其中，内圆切割机刀片目数#200，主轴转数1500rpm/min，进刀速度0.5mm/min；切割完成晶体头部端面后从夹具上卸下晶体，倒置晶体后重新固定，通过水平仪调整内圆机机头，使晶体头部端面达到水平状态，下降晶体至内圆切刀片处进行对刀，开启切削液喷口对准切割处，运行程序切割晶体尾部端面。
按照对比例1方法，共产出10个钽酸锂晶体，晶体开裂、崩边不良率达到1%；晶体端面存在断差，晶向偏差超过30′，判断为夹具与晶体固定处发生滑动，造成晶体切割时晶向异常。
对比例2
一种钽酸锂晶体头尾切割方法，包括以下步骤：
1）晶体喷砂固定
将钽酸锂晶体表面使用酒精擦洗干净，固定在喷砂机上，使用#50SiC砂进行喷砂，喷砂频率50Hz，转动晶体使晶体侧面均匀喷涂，使用夹具将钽酸锂晶体进行固定，夹具与晶体侧面接触部分采用橡胶片缓冲。
（2）晶体定向切割
将夹具固定的钽酸锂晶体安装到内圆切割机上，按照晶体晶向与加工目标晶向的差值调整内圆切割机机头的倾角，下降晶体至内圆切刀片处进行对刀，开启切削液喷口对准切割处进行切割，其中，内圆切割机刀片目数#200，主轴转数1500rpm/min，进刀速度0.5mm/min；切割完成后继续下降2mm，切割出1块厚度2mm 的晶片，把晶片放于定向仪上进行晶向确认，算出与目标晶向的补偿值后，继续修整内圆切割机机头倾角进行切割，切割完成晶体头部端面。从夹具上卸下晶体，倒置晶体后重新固定，并安装到内圆切割机上，重复晶体头部端面的操作步骤，完成晶体尾部端面的切割。
按照对比例2方法，共产出10个钽酸锂晶体，晶体端面平整无线痕、断差，晶向偏差在6′以内；但晶体开裂、崩边不良率达到1.2%，这是因为晶体头部和尾部端面都分别进行了两次切割，易造成晶体放电，从而导致晶体开裂、崩边。且晶体的切割效率较实施例1低300%，加工损耗是实施例1的4倍。
对比例3
一种钽酸锂晶体头尾切割方法，包括以下步骤：
（1）晶体喷砂固定
将钽酸锂晶体表面使用酒精擦洗干净，固定在喷砂机上，使用#50SiC砂进行喷砂，喷砂频率50Hz，转动晶体使晶体侧面均匀喷涂，使用夹具对钽酸锂晶体进行固定，夹具与晶体侧面接触部分采用橡胶片缓冲。
（2）晶体定向切割
采用定向仪开启X射线对晶体进行定向，确定晶向时，通过夹具底面的水平仪，使夹具底面处于水平状态，调节夹具螺丝，转动晶体找到目标晶向，紧固螺丝，避免晶体滑动。晶向确定后，通过燕尾槽把夹具安装到内圆切割机上，通过水平仪调整内圆切割机机头倾角，使夹具底面处于水平状态，下降晶体至内圆切刀片处进行对刀，开启切削液喷口对准切割处，运行程序切割晶体头部端面，其中，内圆切割机刀片目数#100，主轴转数1500rpm/min，进刀速度1mm/min；切割完成晶体头部端面后从夹具上卸下晶体，倒置晶体后重新固定，通过水平仪调整内圆机机头，使晶体头部端面达到水平状态，下降晶体至内圆切刀片处进行对刀，开启切削液喷口对准切割处，运行程序切割晶体尾部端面。
按照对比例3方法，共产出10个钽酸锂晶体，晶体表面内凹，并且短差分层，边缘开裂，开裂、崩边率不良率达到0.8%，判断为晶体刀片目数过低，进刀速度过快造成。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种钽酸锂晶体头尾切割方法，其特征在于：包括以下步骤：
a）对钽酸锂晶体侧面做喷砂粗糙化处理；
b）将钽酸锂晶体固定在夹具上，采用定向仪对晶体进行定向，确定晶体晶向时，通过夹具底面的水平仪，使夹具底面处于水平状态，然后采用4向8位置固定调节方式转动晶体进行晶体位置调节，完成晶体定向，此时，晶体与夹具底面水平面存在固定的空间位置关系；
c）晶体定向完成后，将夹具安装到内圆切割机机头上，此时通过夹具底面的水平仪，调整内圆切割机机头倾角，使夹具底面处于水平状态，晶体与夹具底面水平面间仍存在与步骤b)中相同的固定空间位置关系，切割机内圆切刀始终处于水平状态，此时对晶体头部端面进行水平切割，是在目标晶向的基础上进行晶体头部端面的内圆切割的，内圆切割机刀片目数为#150-#250，进刀速度为0.4-0.5mm/min；
d）将步骤c中完成头部端面切割的晶体从夹具上卸下，倒置晶体后重新固定，通过水平仪调整内圆机机头倾角，使晶体头部端面达到水平状态，切割机内圆切刀始终处于水平状态，此时对晶体尾部端面进行水平切割，是在目标晶向的基础上进行晶体尾部端面的内圆切割的，内圆切割机刀片目数为#150-#250，进刀速度为0.4-0.5mm/min，最终获得的晶体无端面线痕、断差不良，无开裂、崩边不良，晶体晶向偏差在6′以内。
2.根据权利要求1所述的钽酸锂晶体头尾切割方法，其特征在于：所述步骤a）中，使用SiC砂对晶体进行粗糙化处理，目数为#40-#50，喷砂频率为40-50Hz。
3.根据权利要求1所述的钽酸锂晶体头尾切割方法，其特征在于：所述夹具侧面在4向8位置上设有螺丝，通过螺丝可将晶体固定在夹具上，也可采用4向8位置固定调节方式转动晶体进行晶体位置调节，夹具与晶体侧面接触部分采用橡胶片缓冲。
4.根据权利要求1所述的钽酸锂晶体头尾切割方法，其特征在于：所述步骤c）中，通过燕尾槽将夹具固定在内圆切割机上。
5.根据权利要求1所述的钽酸锂晶体头尾切割方法，其特征在于：所述步骤c）中，内圆切割机主轴转数为1300-1500rpm。
6.根据权利要求1所述的钽酸锂晶体头尾切割方法，其特征在于：所述步骤c）和步骤d）中，在切割时，开启切削液喷口，对准切割处喷淋切削液，切削液组成成分及其质量分数为环烷油35%~45%，石蜡油25%~30%，聚乙二醇单油酸酯20%~30%，膨润土20%~30%，磺酸钡盐8%~10%。
7.根据权利要求1-6任一所述的钽酸锂晶体头尾切割方法，其特征在于：所述水平仪是数显水平仪。
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