频率元件晶振是我们电子产品中不能缺少的一款电子元器件，也是对我们高速发展的科技做出了巨大的贡献，提供了各种体积、各种功能的贴片晶振，被使用在消费电子、工业、汽车电子、办公自动化等领域当中。看似小小的东西，怎么发挥出大大的能量呢？下面简单讲解一下石英晶振的发展。

1、引言

石英晶振作为一种震荡器经过了几十年的发展。由于它具有成本低、高Q值、高精度和高稳定度的特点,因此在电子领域中的作用一直不能被其它石英晶体振荡器所替代.甚至被各行各业领域所广泛的使用在不同领域当中。

并且随着电子信息产业为代表的应用领域不断发展和扩大,其自身也不断发展和变化。品种不断增多,有温度补偿式、压控式和恒温补偿式。尺寸也不断出大变小.目前,各生产厂家为了不断提高竞争力,正在努力开发精度更高、成本更低、尺寸更小的石英晶振。

近几年来,对石英晶体元件的需求量逐年上升,每年约增长10%。到2010年, 约为105.04亿只。随着产品不断向小型化和片式化发展,石英晶体元件也不断向这个方向发展。我国晶体行业近年来不断引进先进技术,促使该行业不断发展。生产设备及生产工艺不断提高,使中国成为晶体行业的主要生产基地。

2010年压电晶体出口值达到10.25亿美元。但由于市场竞争的激烈,产品价格不断下降,同时各种生产成本(包括产品的原材料、水、电和劳动力价格等)不断上升,使得该行业利润空间不断被压缩,造成了该行业的竞争异常激烈。为此,各生产企业都不断的追求生产效率的提高、成本的降低以及制品精度的提高。

在石英晶振生产过程中,离子刻蚀频率微调较大程度的影响着石英晶振的生产效率和制品的精度。为此,本文的课题是通过实验,研究离子刻蚀频率微调的工艺,确定合适的加工参数,使石英晶振的加工效率和制品的精度都得到提高,从而降低石英晶振的生产成本。

2、石英晶振频率微调国内外研究现状

石英晶体元器件的生产从晶片的切割到成品包装。在整个工艺流程中,以下几个工序主要影响着产品的频率。

1.晶片的制作,根据目标频率制作出相应切割方位、尺寸的晶片。

2在晶片表面镀敷导电电极层(根据要求可以镀银或金)。

3.通过微量增厚或减薄镀层的厚度,进行频率的微调。

国内外在石英晶体元器件生产过程中使用的频率微调方法主要有蒸发频率微调技术,喷射频率微调技术,激光刻蚀频率微调技术,离子刻蚀频率微调技术[2] 

如图1-1所示,蒸发频率微调技术是石英晶体元器件加工中出现最早的微调技术。是在真空状态下,对装有蒸发材料(银)的钨制料舟进行加热,使银气化沉积在晶体表面而达到频率微调的目的。因为此技术频率偏差大,效率低,原料消耗大,国内外的使用在逐渐减少。

如图1-2所示,喷射频率微调技术是蒸发频率微调技术的改进型。是在真空状态下,对装有蒸发材料(银)钼盒进行加热,使银气化后从钼盒的孔中喷出,沉积在晶体表面而达到频率微调的目的。因为此技术易于实现,相应的设备简单,成本低,频率偏移不是很大。因此目前国内外使用较多。

如图1-3所示,激光刻蚀频率微调技术是将激光发生器产生的激光照射石英晶体表面的电极层,使其气化而达到减薄电极层的膜厚度,从而达到调整频率的目的。因其精度高,速度快而被广泛的应用于石英晶体元器件的生产中。

虽然激光刻蚀频率微调技术精度高,加工质量稳定,生产效率高,但是激光频率微调后晶片表面并不是均匀一致的,而是凸凹不平的。因此,并不适用于所有的石英晶体的频率调整,特别是AT系列产品。为此20世纪80年代末期开始,出现了关于离子東刻蚀频率微调技术的研究,经过多年的发展,国内外有些厂商已开始应用。如图1-4所示,离子束刻蚀频率微调技术是将离子发生器产生的离子加速后轰击晶片表面,使晶片表面的电极层脱落,减薄电极层膜厚,从而达到调整频率的目的。

3、离子束刻蚀加工

离子束刻蚀是利用撞击和溅射效应进行加工的,在上世纪中叶开始出现和发展的种离子束加工方法。其基本过程是先将Ar等惰性气体充入离子源放电室,然后通过钨丝放电等方法使惰性气体电离形成等离子体,接着对等离子进行聚焦和加速使其成为具有高能量的离子束,最后通过栅极将高能离子束引出。使其射向并撞击工件的表面,产生弹性碰撞,将能量传递给工件表面材料的原子或分子,其中一部分能量使原子或分子产生溅射抛出工件表面。

离子束刻蚀就是利用上述过程,通过离子束将工件表面的原子或分子抛出工件表面,因此其分辨率很高,可达到几个微米。另外, 对离子束的能量、方向和均匀性控制比较简单,为此,加工后的图形具有边缘整齐、陡直性好、无钻蚀等优点。使得加工质量很高,被使用于各种半导体材料和微电子器件的加工中。

离子束刻蚀频率微调技术就是将离子发生器产生的离子加速后轰击石英晶片表面的电极层,使电极膜的厚度减薄,从而进行石英晶片频率的微调。

离子束刻蚀技术,只减薄表面电极层,并不伤及晶片本身。同时由于不改变电极的有效面积,因而对晶片本身的电性能参数影响不大。另外,离子束刻蚀将石英晶片的电极层刻蚀成洁净的单层膜,可以提高频率特性。为此,离子束刻蚀技术有助于更新石英晶振的生产设备,改进生产工艺,提高我国石英晶体谐振器产品的性能和品质。