CN118443076A - 石英芯片检测系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开石英芯片检测系统及其方法，涉及石英芯片领域。该发明包括以下步骤：S1、石英芯片加工；S2、质量检测；S3、精度检测；S4、电学性能检测。该发明利用外界的激振电路对第二锚点区上的两个第二表面电极进行压电激励，即可使得第一振梁区和第二振梁区在谐振频率点处形成振动，通过检测第一振梁区和第二振梁区的振动频率即可达到检测效果，同时通过对石英芯片加工步骤、质量检测步骤和精度检测步骤进行有效控制，使得石英芯片从材料要求、质量检测要求和精度检测要求均可以满足压电检测要求，使得进行电学性能检测时，不容易受到其他因素的影响，进而可以达到有效的检测效果。
Description
技术领域
本发明涉及石英芯片技术领域，具体为石英芯片检测系统及其方法。
背景技术
石英晶体材料由于具有品质因数高、物理性能稳定、时间及温度稳定性好、具有压电效应等特点，常用于制作各种类型传感器的基材。基于石英晶体材料制作的各类传感器，其谐振敏感单元大都设计成振梁或音叉结构，并利用石英晶体的压电效应，进行振动激励和信号检测。
现有的石英芯片加工后在一般可以通过压电检测，而进行检测时容易受到各种其他因素的影响，如石英基片质量、芯片表面针孔、电极线条质量等等，进而可能导致检测精度较差，因此我们提出了石英芯片检测系统及其方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了石英芯片检测系统及其方法，解决了石英芯片进行检测时容易受到各种其他因素的影响，进而可能导致检测精度较差的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：石英芯片检测系统，包括以下步骤：
S1、石英芯片加工；
S2、质量检测；
S3、精度检测；
S4、电学性能检测。
优选的，所述石英芯片加工包括以下步骤：
S1、石英基片切割、研磨；
S2、石英基片清洗、甩干；
S3、基片镀膜；
S4、双面光刻；
S5、晶体刻蚀；
S6、振梁成形；
S7、被覆电极成形。
优选的，所述石英芯片的材料要求如下：
芯片的基材：Z切石英晶片；
石英晶片的晶向：(zyw)0°，切角公差：±2；
电极薄膜的材料：Cr/Au双层薄膜，纯度：99.999％，其中底层Cr膜的厚度为20nm，顶层Au膜厚度为200nm。
优选的，所述质量检测要求如下：
芯片结构完整性：不能出现断裂、缺失、裂纹、缺口、通孔、腐蚀沟道等现象；
芯片电极薄膜质量：不能出现起皮、脱落等现象；
芯片电极通断功能：不能出现短路和断路现象；
芯片表面针孔(钻蚀孔)：振梁部分表面针孔无单面直径为5μm以上的针孔，总针孔数不超过5个；锚点部分单面直径为10μm以上的针孔不超过10个；
芯片表面划痕：振梁部分表面无划痕；锚点部分划痕长度小于200um，总数不多于3条；
芯片表面残胶：振梁部分表面无残胶颗粒；锚点部分单面直径10um以上的残胶颗粒数量不超过5个，无直径为50um以上残胶颗粒，总数不超过10个；
电极线条质量：线条缺失或缺口部分宽度不得超过相应电极宽度的1/3，线条突出部分宽度不得超过相应电极或两相邻电极间隙的1/3。
优选的，所述精度检测要求如下：
芯片厚度：(80±2)μm；
平面尺寸：按照设计图纸的尺寸进行加工，误差不大于2μm。
片内的尺寸均匀性：要求控制±2％以内。
优选的，所述电学性能检测要求如下：
电极绝缘电阻：测量两电极间的绝缘电阻，要求绝缘电阻(50V，＞1TΩ)；
芯片的频率特性：芯片可正常起振，曲线光滑，谐振频率分布在(34～35)KHz之间。
优选的，所述芯片主体包括第一锚点区和第二锚点区，所述第一锚点区和第二锚点区之间连接有第一振梁区和第二振梁区，且第一锚点区、第二锚点区、第一振梁区和第二振梁区为一体制造，所述第一锚点区和第二锚点区的表面分别安装有两个第一表面电极和两个第二表面电极，且第一振梁区和第二振梁区的侧面均安装有三个侧面分段电极。
优选的，所述第一锚点区与第一振梁区和第二振梁区的连接处和第二锚点区与第一振梁区和第二振梁区的连接处均设置有多个连接电极，多个连接电极用于第一表面电极或第二表面电极与侧面分段电极的连接。
优选的，所述第一锚点区、第二锚点区、第一振梁区和第二振梁区厚度为80um，第一振梁区和第二振梁区最细宽度为90um，第一振梁区和第二振梁区的间隙为65um，第一表面电极、第二表面电极和连接电极最细宽度为15um。
石英芯片检测方法，利用外界的激振电路对第二锚点区上的两个第二表面电极进行压电激励，即可使得第一振梁区和第二振梁区在谐振频率点处形成振动，通过检测第一振梁区和第二振梁区的振动频率即可达到检测效果。
本发明公开了石英芯片检测系统及其方法，其具备的有益效果如下：
1、该石英芯片检测系统及其方法，利用外界的激振电路对第二锚点区上的两个第二表面电极进行压电激励，即可使得第一振梁区和第二振梁区在谐振频率点处形成振动，通过检测第一振梁区和第二振梁区的振动频率即可达到检测效果，同时通过对石英芯片加工步骤、质量检测步骤和精度检测步骤进行有效控制，使得石英芯片从材料要求、质量检测要求和精度检测要求均可以满足压电检测要求，使得进行电学性能检测时，不容易受到其他因素的影响，进而可以达到有效的检测效果。
2、该石英芯片检测系统及其方法，通过设置的多个连接电极，从而使得第一表面电极或第二表面电极可以与侧面分段电极进行电性连接，从而可以通过侧面分段电极和连接电极起到传递电流的作用，进而更加便于进行芯片检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明流程示意图；
图2为本发明石英芯片加工流程示意图；
图3为本发明石英芯片的结构示意图；
图4为本发明石英芯片的正面结果示意图；
图5为本发明芯片主体的结构示意图；
图6为本发明图4中的A部分放大示意图。
图中：1、第一锚点区；2、第二锚点区；3、第一振梁区；4、第二振梁区；5、第一表面电极；6、第二表面电极7、侧面分段电极；8、连接电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
本申请实施例通过提供石英芯片检测系统及其方法，解决了石英芯片进行检测时容易受到各种其他因素的影响，进而可能导致检测精度较差的问题，利用外界的激振电路对第二锚点区2上的两个第二表面电极6进行压电激励，即可使得第一振梁区3和第二振梁区4在谐振频率点处形成振动，通过检测第一振梁区3和第二振梁区4的振动频率即可达到检测效果，同时通过对石英芯片加工步骤、质量检测步骤和精度检测步骤进行有效控制，使得石英芯片从材料要求、质量检测要求和精度检测要求均可以满足压电检测要求，使得进行电学性能检测时，不容易受到其他因素的影响，进而可以达到有效的检测效果。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本发明实施例公开石英芯片检测系统及其方法。
根据附图1-6所示，包括以下步骤：
S1、石英芯片加工；
S2、质量检测；
S3、精度检测；
S4、电学性能检测。
通过对石英芯片加工步骤、质量检测步骤和精度检测步骤进行有效控制，使得石英芯片从材料要求、质量检测要求和精度检测要求均可以满足压电检测要求，使得进行电学性能检测时，不容易受到其他因素的影响，进而可以达到有效的检测效果。
优选的，石英芯片加工包括以下步骤：
S1、石英基片切割、研磨；
S2、石英基片清洗、甩干；
S3、基片镀膜；
S4、双面光刻；
S5、晶体刻蚀；
S6、振梁成形；
S7、被覆电极成形。
优选的，石英芯片的材料要求如下：
芯片的基材：Z切石英晶片；
石英晶片的晶向：zyw0°，切角公差：±2；
电极薄膜的材料：Cr/Au双层薄膜，纯度：99.999％，其中底层Cr膜的厚度为20nm，顶层Au膜厚度为200nm。
优选的，质量检测要求如下：
芯片结构完整性：不能出现断裂、缺失、裂纹、缺口、通孔、腐蚀沟道等现象；
芯片电极薄膜质量：不能出现起皮、脱落等现象；
芯片电极通断功能：不能出现短路和断路现象；
芯片表面针孔钻蚀孔：振梁部分表面针孔无单面直径为5μm以上的针孔，总针孔数不超过5个；锚点部分单面直径为10μm以上的针孔不超过10个；
芯片表面划痕：振梁部分表面无划痕；锚点部分划痕长度小于200um，总数不多于3条；
芯片表面残胶：振梁部分表面无残胶颗粒；锚点部分单面直径10um以上的残胶颗粒数量不超过5个，无直径为50um以上残胶颗粒，总数不超过10个；
电极线条质量：线条缺失或缺口部分宽度不得超过相应电极宽度的1/3，线条突出部分宽度不得超过相应电极或两相邻电极间隙的1/3。
优选的，精度检测要求如下：
芯片厚度：80±2μm；
平面尺寸：按照设计图纸的尺寸进行加工，误差不大于2μm。
片内的尺寸均匀性：要求控制±2％以内。
优选的，电学性能检测要求如下：
电极绝缘电阻：测量两电极间的绝缘电阻，要求绝缘电阻50V，＞1TΩ；
芯片的频率特性：芯片可正常起振，曲线光滑，谐振频率分布在34～35KHz之间。
优选的，芯片主体包括第一锚点区1和第二锚点区2，第一锚点区1和第二锚点区2之间连接有第一振梁区3和第二振梁区4，且第一锚点区1、第二锚点区2、第一振梁区3和第二振梁区4为一体制造，第一锚点区1和第二锚点区2的表面分别安装有两个第一表面电极5和两个第二表面电极6，且第一振梁区3和第二振梁区4的侧面均安装有三个侧面分段电极7。
优选的，第一锚点区1与第一振梁区3和第二振梁区4的连接处和第二锚点区2与第一振梁区3和第二振梁区4的连接处均设置有多个连接电极8，多个连接电极8用于第一表面电极5或第二表面电极6与侧面分段电极7的连接。
通过设置的多个连接电极8，从而使得第一表面电极5或第二表面电极6可以与侧面分段电极7进行电性连接，从而可以通过侧面分段电极7和连接电极8起到传递电流的作用，进而更加便于进行芯片检测。
优选的，第一锚点区1、第二锚点区2、第一振梁区3和第二振梁区4厚度为80um，第一振梁区3和第二振梁区4最细宽度为90um，第一振梁区3和第二振梁区4的间隙为65um，第一表面电极5、第二表面电极6和连接电极8最细宽度为15um。
石英芯片检测方法，利用外界的激振电路对第二锚点区2上的两个第二表面电极6进行压电激励，即可使得第一振梁区3和第二振梁区4在谐振频率点处形成振动，通过检测第一振梁区3和第二振梁区4的振动频率即可达到检测效果。
利用外界的激振电路对第二锚点区2上的两个第二表面电极6进行压电激励，即可使得第一振梁区3和第二振梁区4在谐振频率点处形成振动，通过检测第一振梁区3和第二振梁区4的振动频率即可达到检测效果，同时通过对石英芯片加工步骤、质量检测步骤和精度检测步骤进行有效控制，使得石英芯片从材料要求、质量检测要求和精度检测要求均可以满足压电检测要求，使得进行电学性能检测时，不容易受到其他因素的影响，进而可以达到有效的检测效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.石英芯片检测系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1、石英芯片加工；
S2、质量检测；
S3、精度检测；
S4、电学性能检测。
2.根据权利要求1所述的石英芯片检测系统，其特征在于：所述石英芯片加工包括以下步骤：
S1、石英基片切割、研磨；
S2、石英基片清洗、甩干；
S3、基片镀膜；
S4、双面光刻；
S5、晶体刻蚀；
S6、振梁成形；
S7、被覆电极成形。
3.根据权利要求1所述的石英芯片检测系统，其特征在于：所述石英芯片的材料要求如下：
芯片的基材：Z切石英晶片；
石英晶片的晶向：(zyw)0°，切角公差：±2；
电极薄膜的材料：Cr/Au双层薄膜，纯度：99.999％，其中底层Cr膜的厚度为20nm，顶层Au膜厚度为200nm。
4.根据权利要求1所述的石英芯片检测系统，其特征在于：所述质量检测要求如下：
芯片结构完整性：不能出现断裂、缺失、裂纹、缺口、通孔、腐蚀沟道等现象；
芯片电极薄膜质量：不能出现起皮、脱落等现象；
芯片电极通断功能：不能出现短路和断路现象；
芯片表面针孔(钻蚀孔)：振梁部分表面针孔无单面直径为5μm以上的针孔，总针孔数不超过5个；锚点部分单面直径为10μm以上的针孔不超过10个；
芯片表面划痕：振梁部分表面无划痕；锚点部分划痕长度小于200um，总数不多于3条；
芯片表面残胶：振梁部分表面无残胶颗粒；锚点部分单面直径10um以上的残胶颗粒数量不超过5个，无直径为50um以上残胶颗粒，总数不超过10个；
电极线条质量：线条缺失或缺口部分宽度不得超过相应电极宽度的1/3，线条突出部分宽度不得超过相应电极或两相邻电极间隙的1/3。
5.根据权利要求1所述的石英芯片检测系统，其特征在于：所述精度检测要求如下：
芯片厚度：(80±2)μm；
平面尺寸：按照设计图纸的尺寸进行加工，误差不大于2μm。
片内的尺寸均匀性：要求控制±2％以内。
6.根据权利要求1所述的石英芯片检测系统，其特征在于：所述电学性能检测要求如下：
电极绝缘电阻：测量两电极间的绝缘电阻，要求绝缘电阻(50V，＞1TΩ)；
芯片的频率特性：芯片可正常起振，曲线光滑，谐振频率分布在(34～35)KHz之间。
7.根据权利要求1-6任一项所述的石英芯片，包括芯片主体，其特征在于：所述芯片主体包括第一锚点区(1)和第二锚点区(2)，所述第一锚点区(1)和第二锚点区(2)之间连接有第一振梁区(3)和第二振梁区(4)，且第一锚点区(1)、第二锚点区(2)、第一振梁区(3)和第二振梁区(4)为一体制造，所述第一锚点区(1)和第二锚点区(2)的表面分别安装有两个第一表面电极(5)和两个第二表面电极(6)，且第一振梁区(3)和第二振梁区(4)的侧面均安装有三个侧面分段电极(7)。
8.根据权利要求7所述的石英芯片检测系统及其方法，其特征在于：所述第一锚点区(1)与第一振梁区(3)和第二振梁区(4)的连接处和第二锚点区(2)与第一振梁区(3)和第二振梁区(4)的连接处均设置有多个连接电极(8)，多个连接电极(8)用于第一表面电极(5)或第二表面电极(6)与侧面分段电极(7)的连接。
9.根据权利要求7所述的石英芯片检测系统及其方法，其特征在于：所述第一锚点区(1)、第二锚点区(2)、第一振梁区(3)和第二振梁区(4)厚度为80um，第一振梁区(3)和第二振梁区(4)最细宽度为90um，第一振梁区(3)和第二振梁区(4)的间隙为65um，第一表面电极(5)、第二表面电极(6)和连接电极(8)最细宽度为15um。
10.石英芯片检测方法，基于权利要求7-9任一项所述的石英芯片，其特征在于，利用外界的激振电路对第二锚点区(2)上的两个第二表面电极(6)进行压电激励，即可使得第一振梁区(3)和第二振梁区(4)在谐振频率点处形成振动，通过检测第一振梁区(3)和第二振梁区(4)的振动频率即可达到检测效果。
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