CN115506028A - 提高压电晶片黑化均匀性的方法、压电晶片及声表面波滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高压电晶片黑化均匀性的方法、压电晶片及声表面波滤波器，利用喷砂机对切割后的压电晶片进行喷砂处理，消除压电晶片表面的切割线痕，改善因双面研磨制程所带来的压电晶片片内中心和外圈表面粗糙度不一致的影响，可以有效的解决因切割片线痕黑化后造成的黑线不良，改善压电晶片的黑化均匀性及报废率，得到均匀性更高透光性更好的压电晶片，摒弃高破片报废率的传统双面研磨制程，降低生产成本。且由于取消了研磨制程，可稳定加工生产厚度规格为200μm以下的超薄超高平坦度的压电晶片，既提高了生产效率，又降低了能耗，减少生产成本，有效提高产品的竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器领域，特别是一种提高压电晶片黑化均匀性的方法、压电晶片及声表面波滤波器。
背景技术
SAW器件(表声波滤波器)的制备须先将钽酸锂(LiTaO3，下文简称LT)经过切割、研磨、抛光等多段工序后成为LT基板，再于LT基板上通过溅镀法、光刻等其他工序制备金属梳状电极。但LT材料特性为热释电系数大、电阻率高，易产生静电，易导致表声波滤波器的指叉电极(IDT)烧坏且易吸附制程中的脏污，故难以制作1GHz以上的SAW器件。所以需先对LT晶片进行能透过黑化制程(还原处理)来改变电阻率和颜色，LT基板透过黑化可以有效降低电阻率及提高后段图案的分辨率，使其SAW滤波器器件良率大幅提升，进而降低制造成本。
目前LT基板的前处理制程均包括研磨制程，常规的LT晶片制程为切割-研磨-黑化-倒角-蚀刻，其主要影响因素为切割后LT晶片表面存在切割线痕，从而影响到黑化的效果，具体表现为目视可发现晶片片内有切割线痕造成的黑线不良情况。目前的黑化制程在研磨制程之后，而晶片双面研磨必然会造成晶片表面内外圈粗糙度不一致且对于200um以下厚度规格的LT基板来说，研磨导致破片率高达1％～1.5％，大大增加了生产成本，同样对铌酸锂晶片也存在同样的问题。
有鉴于此，设计出一种能提高晶片的黑化均匀性且成本低的方法是非常重要的。
发明内容
针对目前压电晶片制程中容易出黑线不良导致黑化均匀性不好，且良率较低等问题，本申请的实施例提出了一种提高压电晶片黑化均匀性的方法、压电晶片及声表面波滤波器来解决以上的问题。
为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
一种提高压电晶片黑化均匀性的方法，包括以下步骤：
1)提供经切割得到的压电晶片，对压电晶片的表面进行喷砂处理，得到喷砂后的压电晶片；
2)对喷砂后的压电晶片进行黑化还原处理，得到黑化后的压电晶片
作为优选，步骤1之前还包括：
提供压电晶体，将压电晶体置于有固定方向的电场中进行单畴极化处理；
对极化后的压电晶体进行切割，得到压电晶片。
作为优选，黑化后的压电晶片的黑化均匀性DE值介于0～1.4，色度L均值介于48～56。
作为优选，步骤1的喷砂处理采用吸入式喷砂，加工压力为0.1～0.3MPa，磨料包括碳化硅、碳化硼和白刚玉中的一种，喷砂处理时间为300s～1000s。
作为优选，喷砂后的压电晶片的表面粗糙度介于0.1-0.3μm。
作为优选，步骤2具体包括：
将喷砂后的压电晶片与还原介质交替堆叠放置；
通入还原性气体或惰性气体，使还原温度介于360℃-550℃，并在还原温度下持温0.5-6h；
降温后经过减薄、抛光后得到黑化后的压电晶片。
作为优选，压电晶片的厚度范围为100-500μm。
作为优选，压电晶片为钽酸锂晶片或铌酸锂晶片。
一种根据上述的提高压电晶片黑化均匀性的方法制备得到的压电晶片。
一种声表面波滤波器，包括上述的压电晶片和叉指换能器，叉指换能器设置在压电晶片上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明对经切割得到的压电晶片进行喷砂处理，消除晶片表面的切割线痕，提高压电晶片中心和外圈的表面粗糙度一致性，从而改善压电晶片的黑化均匀性，降低压电晶片的报废率，降低生产成本。
(2)本发明提出的提高压电晶片黑化均匀性的方法可适用于大尺寸压电晶片，并且可稳定生产200μm以下超薄超高平坦度的压电晶片，即可提高生产效率，又能减少能耗，降低生产成本。
(3)本发明可量产色度更加均匀的压电晶片，提升后段黄光曝光制程良率，满足市场未来需求，制程操作简单，不会对压电晶片有任何的损伤，可迅速导入生产。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1为本申请的压电晶片的色度测量五点点位示意图；
图2为本申请的实施例的喷砂处理后的压电晶片内中心与外圈的粗糙度对比图；
图3为本申请的实施例的黑化后的压电晶片的示意图；
图4为本申请的实施例的黑化后的压电晶片的色度对比图；
图5为本申请的实施例的黑化后的压电晶片的片内均匀性的结果图；
图6为本申请的对比例的喷砂处理后的压电晶片内中心与外圈的粗糙度对比图；
图7为本申请的对比例的黑化后的压电晶片的示意图；
图8为本申请的对比例的黑化后的压电晶片的色度对比图；
图9为本申请的对比例的黑化后的压电晶片的片内均匀性的结果图；
图10为本申请的实施例与对比例的加工良率对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本申请的实施例提供了一种提高压电晶片黑化均匀性的方法，该压电晶片可用于制作声表面波滤波器，该压电晶片包括钽酸锂或铌酸锂晶片。该方法不仅适用于4寸的小尺寸晶片，还适用于6寸、8寸和10寸等大尺寸晶片。采用小尺寸晶片制作滤波器的成本较高，而采用大尺寸晶片不仅能提高晶片的利用率，还能降低滤波器的制作成本。目前经切割后研磨再黑化得到的大尺寸晶片的黑化均匀性差、破片率高，进而会影响生产成本。而本申请提供的方法在现有的黑化设备下即可实现对6寸、8寸和10寸等大尺寸晶片的黑化，改善大尺寸晶片的黑化均匀性以及良率。
本申请的实施例提出的提高压电晶片黑化均匀性的方法包括以下步骤：
(1)提供压电晶体，将压电晶体置于有固定方向的电场中进行单畴极化处理，得到极化后的压电晶体。
具体来说，压电晶体在生长完成后处于多筹状态，将生长完成的压电晶体放入有固定方向的电场中进行单畴极化处理，得到的极化后的压电晶体处于单畴状态。
(2)对极化后的压电晶体进行切割，得到压电晶片，切割采用线切割的方式，得到多片压电晶片。经切割后，压电晶片的厚度小于500μm。
(3)将经切割得到的压电晶片的表面进行喷砂处理，得到喷砂后的压电晶片。喷砂后的压电晶片的表面粗糙度介于0.1-0.3μm。
具体的，对压电晶片的上下表面均进行喷砂处理，在其中一个实施例中，喷砂处理采用吸入式喷砂，即利用压缩空气在喷枪内高速流动形成负压，产生引射作用，将装入旋风分离器贮箱内的磨料通过胶管吸入喷枪内，然后随压缩空气由喷嘴高速喷射到晶片的表面，达到喷砂加工的目的。具体的，加工压力为0.1～0.3MPa，磨料包括碳化硅、碳化硼和白刚玉中的一种，喷砂处理时间为300s～1000s。磨料对压电晶片表面的冲击和切削作用，使得压电晶片表面清洁度提升，使压电晶片表面细化均匀化，消除压电晶片残余应力和提高压电晶片表面硬度的作用。
(4)对喷砂后的压电晶片进行黑化还原处理，得到压电晶片，压电晶片的黑化均匀性DE值介于0～1.4，色度L均值介于48～56。
具体的，将喷砂后的压电晶片与还原介质交替堆叠放置；通入还原性气体或惰性气体，使还原温度介于360℃-550℃，并在还原温度下持温0.5-6h；降温后经过减薄、抛光后得到黑化后的压电晶片。
在其中一个实施例中，将喷砂后的压电晶片放置于黑化专用治具中，将还原介质均匀铺在喷砂后的压电晶片表面，放片、铺粉循环进行，所需黑化的压电晶片放完后再在最上层铺上最后一层还原介质。还原介质由基底粉体、催化剂和脱膜剂组成，其中，基底粉体重量占比50-95％，催化剂3-45％，脱膜剂2-5％，基底粉体为一种碳酸盐或多种碳酸盐粉体，粒径介于10-1000μm，催化剂为具备羧基的有机化学液体或成分，包括不饱和聚酯树脂类或者丙烯酸酯类；脱膜剂为非金属氧化物粉体，粒径介于100-1000μm，脱膜剂成分为二氧化硅粉、碳化硅粉、硅粉等一种或多种组合；使用前将各组成放置入混料机中充分搅拌均匀。将还原介质涂覆在需黑化的压电晶片表面后，将黑化专用治具放置于黑化专用炉台中，并缓慢将炉内温度升到一定温度，优选为360℃～550℃；升温过程中在炉内通入还原性或惰性气体，还原气体优选包括氢气、一氧化碳、一氧化二氮中的一种或者多种任意组合；惰性气氛包括氦气、氖气、氩气、氮气、二氧化碳中的一种或者多种任意组合。气体流量优选为0.5～3L/min；升温至最高温后，持温0.5～6h，然后自然降温；待降温至室温后取出压电晶片，对其进行超声清洗，清除其表面粉末，再经过减薄、抛光后得到黑化后的压电晶片。最终生产得到的压电晶片的厚度可在200μm以下。
采用表面粗糙度测量仪测量压电晶片的粗糙度，测量仪器为SURFCOM 1400G，采用分光测色仪测量压电晶片的黑化均匀性DE值和色度L值，如图1所示为压电晶片的粗糙度及色度测量的五点点位示意图，测量仪器为CS-580，利用CIE LAB色空间，1976年由国际照明学会推荐的均匀色空间，测量时可得出对应的L值、a值、b值。
L值表示颜色的明度；
a值表示偏红，负值表示偏绿；
b值表示偏黄，负值表示偏蓝。
计算原理为：
△L为测量的5点的L值的极差；
△a为测量的5点的a值的极差；
△b为测量的5点的b值的极差。
色度L值越大，则说明颜色越深，DE值越小，则说明均匀性越好。
本申请的实施例还提出了一种根据上述的提高压电晶片黑化均匀性的方法制备得到得压电晶片，该压电晶片具有良好的片内均匀性，并且制备得到的良率大大提高。
本申请的实施例还提出了一种声表面波滤波器，包括上述的压电晶片和叉指换能器，叉指换能器设置在压电晶片上。
下面采用具体的实施例和对比例说明本申请的技术方案。
实施例
对极化完成的压电晶体进行线切割，将切割得到的压电晶片经过喷砂处理，并测量喷砂后的压电晶片的片内五点表面粗糙度，得到如图2所示的表面粗糙度结果。
将喷砂处理后的压电晶片进行清洗，再放置于黑化专用治具中，将还原介质均匀平铺在压电晶片表面，交替铺粉，铺粉完成后将压电晶片放置于黑化专用炉台中，并缓慢将炉内温度升到450℃，并在升温过程中通入氢气，隔绝氧气以及参与还原反应，待升温至450℃后持温3h，关闭炉内加热器，自然降温至室温，再经过减薄、抛光后得到黑化后的压电晶片，最终得到黑化后的压电晶片如图3所示。
经分光测色仪测量后，得到如图4的色度分布情况和图5所示的片内均匀性DE值，该压电晶片的色度L均值为52.9，片内均匀性DE值为0.99。
对比例
对极化完成的压电晶体进行线切割，将切割得到的压电晶片经过研磨，并测量研磨后的压电晶片的片内五点表面粗糙度，得到如图6所示的表面粗糙度结果。
将压电晶片进行清洗后放置于黑化专用治具中，将还原介质均匀平铺在压电晶片表面，交替铺粉，铺粉完成后将压电晶片放置于黑化专用炉台中，并缓慢将炉内温度升到450℃，并在升温过程中通入氢气，隔绝氧气以及参与还原反应，待升温至450℃后持温3h，关闭炉内加热器，自然降温至室温，再经过减薄、抛光后得到黑化后的压电晶片，最终得到的黑化后的压电晶片如图7所示。
经分光测色仪测量后，得到如图8的色度分布情况和图9所示的片内均匀性DE值，该压电晶片的色度L均值为53.36，受研磨内外粗糙度影响，黑化后压电晶片的片内均匀性(色差)DE值为2.48，表现为中心黑外圈白。
经过对比实施例和对比例可知，通过改变压电晶片的片内粗糙度的一致性，可有效改善压电晶片的黑化均匀性，降低色度，提高透光率，改善因切割线痕导致黑化后产生黑线不良等问题。相比于对比例，本申请的实施例的压电晶片的片内均匀性得到大幅度提升60％，参考图10，对比实施例与对比例的加工良率，本申请的实施例的良率得到明显提升，说明采用本申请的实施例可大大提高集成电路黄光光刻制程良率。
本申请的实施例在传统压电晶片的黑化制程基础上，取消高报废率的研磨制程，压电晶片切割后经过喷砂制程后黑化。对比采用研磨制程后黑化，本申请的实施例可以有效的解决因切割线痕导致黑化后产生黑线不良的问题，得到品质更高的压电晶片，提升后段黄光曝光制程良率，打开技术瓶颈，摒弃高破片报废率的传统双面研磨制程。且由于取消了研磨制程，可稳定加工生产厚度规格为200μm以下超薄超高平坦度的压电晶片，既提高了生产效率，又降低了能耗，减少生产成本，对于产品的竞争力有了极大的提高。
以上描述了本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。措词‘包括’并不排除在权利要求未列出的元件或步骤的存在。元件前面的措词“一”或“一个”并不排除多个这样的元件的存在。在相互不同从属权利要求中记载某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于改进。在权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。
Claims (10)
1.一种提高压电晶片黑化均匀性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)提供经切割得到的压电晶片，对所述压电晶片的表面进行喷砂处理，得到喷砂后的压电晶片；
2)对所述喷砂后的压电晶片进行黑化还原处理，得到黑化后的压电晶片。
2.根据权利要求1所述的提高压电晶片黑化均匀性的方法，其特征在于：所述步骤1之前还包括：
提供压电晶体，将压电晶体置于有固定方向的电场中进行单畴极化处理；
对所述极化后的压电晶体进行切割，得到压电晶片。
3.根据权利要求1所述的提高压电晶片黑化均匀性的方法，其特征在于：所述黑化后的压电晶片的黑化均匀性DE值介于0～1.4，色度L均值介于48～56。
4.根据权利要求1所述的提高压电晶片黑化均匀性的方法，其特征在于：所述步骤1的喷砂处理采用吸入式喷砂，加工压力为0.1～0.3MPa，磨料包括碳化硅、碳化硼和白刚玉中的一种，喷砂处理时间为300s～1000s。
5.根据权利要求1所述的提高压电晶片黑化均匀性的方法，其特征在于：所述喷砂后的压电晶片的表面粗糙度介于0.1-0.3μm。
6.根据权利要求1所述的提高压电晶片黑化均匀性的方法，其特征在于：所述步骤2具体包括：
将所述喷砂后的压电晶片与还原介质交替堆叠放置；
通入还原性气体或惰性气体，使还原温度介于360℃-550℃，并在所述还原温度下持温0.5-6h；
降温后经过减薄、抛光后得到所述黑化后的压电晶片。
7.根据权利要求1所述的提高压电晶片黑化均匀性的方法，其特征在于：所述压电晶片的厚度范围为100-500μm。
8.根据权利要求1所述的提高压电晶片黑化均匀性的方法，其特征在于：所述压电晶片为钽酸锂晶片或铌酸锂晶片。
9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的提高压电晶片黑化均匀性的方法制备得到的压电晶片。
10.一种声表面波滤波器，其特征在于：包括权利要求9所述的压电晶片和叉指换能器，所述叉指换能器设置在所述压电晶片上。
Priority Applications (1)
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| CN106283196A (zh) * | 2016-08-16 | 2017-01-04 | 上海召业申凯电子材料有限公司 | 高导电性钽酸锂晶体基片的黑化处理方法 |
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- 2022-08-29 CN CN202211040269.3A patent/CN115506028A/zh active Pending
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