石英晶振是如今智能產品都會用到的一種頻率元件,主要為電路提供頻率信號源,具有高可靠使用特性.下面億金電子給大家講解億金電子石英晶振生產流程以及可靠性現狀分析.

石英晶振生產流程比較復雜,包含多次的測試過程。生產部門接到制令通知單后開始組織生產,生產人員到資材課領取物料,由操作員對元器件和石英晶體進行焊接,焊接完成后對石英晶振進行調試,調試完成后依次進行溫度測試、老化測試, 測試完成后由封口站人員對石英晶振進行封殼,經過清洗、檢驗后最終成品制成。石英晶振生產流程圖如圖3-3所示。

億金石英晶振可靠性現狀分析

可靠性管理是提高產品可靠性的必由之路,在很多領域有著廣泛的應用,大到航空航天,小到電子信息設備,都已經應用可靠性管理來提高企業產品的可靠性。但截至目前,在石英晶振制造領域,還沒有全方位的將可靠性管理納入企業日常管理中來。

億金電子目前主要按照ISO9001質量管理體系的要求來對石英晶振產品的質量進行管理,雖然公司的管理水平比較先進,但如果要從根本上改善石英晶振,貼片晶振等產品的可靠性,就要將可靠性管理納入公司管理中來。

目前,A型石英晶振產品占到公司晶振銷量的20%左右,是公司的主推產品, 該型石英晶振的設計也已經很成熟了,但A型石英晶振可靠性仍然存在著很多問題,退換貨給公司形象帶來負面影響。針對這種現象的出現,本文將以A型石英晶振為例.

首先對A型石英晶振產品進行 FMECA分析,其次運用模糊FMECA綜合評判來量化FMEA的分析結果,并在定量分析的基礎上建立模糊CA模型,計算各故障模式的綜合危害度等級,并以此為根據對故障模式進行排序,以便判定進行改進措施的優先權,保證系統可靠性工作的效率,最后結合公司實際情況,診斷出產品可靠性不高的原因,盡可能的來幫助企業解決石英晶振,貼片晶振的可靠性問題。

晶振是為電路提供基準頻率信號源的一種頻率元件,在前面的文章中億金電子有提到過關于石英晶振晶片的選擇,晶振刻蝕的影響,晶振片的生產材料等信息,那么下面要給大家說的是利用石英晶振作為微力傳感器的分析講解.

在非接觸測量模式中,微懸臂是要靠壓電驅動器進行AC驅動來做小幅的振動,隨著其進一步的發展,人們把目光開始轉向壓電材料,當石英等材料受到應變時會產生電荷,而當在這些材料上施加電場時,其幾何尺寸就會發生變化,這種現象被稱為壓電效應I18。1990年IBM公司GrutterP等提出了可以將微懸臂粘附在雙晶片之間以產生穩定性很好的高頻振蕩信號,從而對由于力梯度的作用下懸臂的形變信號進行頻率調制,通過解調就可以獲得表面形貌,研究顯示了在固定帶寬的情況下,靈敏度可提高2倍以上。

1991年TR.Albrech等采用在片層壓電材料表面刻蝕出針尖來取代傳統的用si材料做成的微懸臂201。由于壓電材料能將機械振動特性的變化直接轉化為電荷變化,因此不需要激光測微儀,但用其制作的微懸臂品質因數Q值(約200)較低,使得分辨率有待提高,而且在片層壓電材料表面刻蝕出針尖的成本太高。因此必須使用一種高品質因數的壓電材料的傳感器以提高信噪比。

使用針式傳感器的想法在1988年就產生了,當時因為測量集成電路的需要,研究人員曾經試圖模仿傳統的輪廓儀,將一個針尖制作成圓弧半徑可達nm級,這樣就可以突破一些物理極限,如光的波長,以獲得大約相當于光波長的百分之一的測量精度。但是這需要解決兩個問題:針尖的制備和測量相互作用力。1988年,P.Gunther等人探討了使用石英音叉晶振作為傳感器的可能性，將音叉的一個角作為針尖逼近樣品表面,音叉的幅值和頻率會隨著逼近距離的變化而變化,證明了使用石英晶振作為傳感器,是一個很有希望的發展方向。1993年,K.BARTZKE等研制出了第一臺這樣的針式傳感器并將它用于AFM的測量中,其針尖的制備使用了機械蝕刻金剛石的方法為了檢測針尖和樣品之間的接觸,針尖被固定在一個高靈敏度的1MHEZ桿狀晶振上,晶振的諧振參數的變化可以被相應的電路檢測出來。

1995年, A Michels等報道了將晶振作為掃描近場聲顯微鏡的探針的研究。將1MHZ桿狀晶振的尖角作為針尖以45°角與樣品逼近,將晶振受到的阻尼信號作為測量距離的信號得到物體表面的形貌圖。其垂直分辨率達到了50nm,水平分辨率達到了200nm,是介于傳統的輪廓儀和SFM之間的一種儀器24。隨著研究的進一步深入,研究者開始探討將針式傳感器作為其他類型顯微鏡的應用。M. Todorovic等在1998年報道了一種使用音叉作為傳感器的磁力顯微鏡。在石英音叉的一支腳上粘附一個經過磁化的非常細小的針尖,即可構成磁力傳感器。石英音叉晶振的腳只有2mm長,200um厚,100um寬,彈性常數只有200N/m,只有傳統的AFM儀器的十分之-。針尖是電化學腐蝕鎳絲的方法制作的,針尖的安裝保證了音叉的彈性常數和Q值不發生大的變化。

國內這一領域的工作開展的比較晚,1997年,計量科學研究院與西德的合作項目中首次使用了這一技術,之后我們實驗室也在這一領域進行了跟蹤研究,并獲得了初步的結果。

從上述發展歷程可以看出,使用貼片晶振,石英晶振作為針式傳感器,到目前其測試精度并沒有達到很高,但是由于其成本低廉,易于獲得,性能穩定,在測試方法上具有獨到的優勢,因此是一個很有前途的發展方向,隨著研究的進一步深入,它的測量精度有可能進一步提高,這對于工業界和實驗室來說,是一個性價比很高的測量儀器,對于科學試驗和工業應用都具有很大的價值。

根據前面介紹的關于晶振片的由來以及晶振原理,毫無疑問,石英晶振片是比較敏感的電子組件。用作鍍膜的時候晶振片可以測量到膜厚0.000000000001克重的變化,這相當于1原子(atom)膜厚,而且,晶振片對溫度也很敏感, 對1/100攝氏溫度的變化也能感知。

另外,石英晶振片對應力的敏感也很大,在一些特別的鍍膜過程中可以感知已鍍膜的石英晶振片冷卻后膜層原子的變化。例如常用MgF2增透膜,300度時膜硬度是平時的2倍,冷卻時產生巨大的應力, 隨著鍍膜規格指標的需求日益嚴格,石英晶振控制成為鍍膜必備的輔助或控制方法,如何正確有效地使用晶振片成為保證鍍膜質量的重點。所以為了使晶振片壽命最長,下面一些方法和技巧供您參考：

1.安裝鏡片時,用塑料攝子來挾住晶振片的邊緣,不要碰晶振片中心,任何灰層,油污都會降低晶振片的振動能力。

2.保持探頭的清潔。不要讓鍍膜材料的粉末和碎片接觸探頭的前后中心位置。任何石英晶體和夾具之間的顆粒或灰層將影響電子接觸,而且會產生應力點,從而改變石英晶體振動的模式。

3.維持探頭的冷卻水溫度在20~40°C之間。如果可以將溫度誤差保持在1-2℃范圍內,效果更佳。

4選擇晶振片時,要選擇表面光滑、顏色較為統一晶振片, 表面有劃傷或贓物的不可以使用;

5.分離晶振傳感器時,注意上半部分的鍍金彈簧片不能弄臟變形,更不可斷裂;保證每一個彈簧的三個腳的高度和彎曲度(60度)都相等;放置時應將鍍金彈簧片朝上平放在工作臺上,嚴禁反放。取出石英晶振片時要小心,不可使其滑動或掉落,使之劃傷或破裂。(整個過程必須戴乳膠手套,避免手指上贓物接觸其上)。

6.鍍膜時注意觀察蒸發速率的變化情況,速率曲線出現異常波動之后要能準確判定是否晶振片出現故障,并決定是否切換：

石英晶振片要不要換主要看以下幾方面：

蒸發速率出現明顯異常,速率持續波動;

晶振片的表面明顯出現膜脫落或起皮的現象

7.石英晶振片的回收利用用過的晶振片可以重新利用,主要方法有兩種：

（1)徹底除去石英晶體諧振器,貼片晶振,石英晶振片上的膜層和電極,重新郵回廠家鍍上電極。

（2)利用金電極不溶于硫酸等強酸的特點,客戶自行處理,將晶振片上的膜層除去,重新利用。

但使用再處理石英晶振片時注意以下事項

（1)銀鋁合金溶于各種酸,不適合再處理。

（2)酸祛除晶振片膜層時,必然對基底或外觀有一定影響,初始頻率也會改變,放入晶控儀中會發現初始讀數改變或顯示壽命降低,這些不會影響石英晶振片的基本功能,但晶振片的壽命會大大降低。

振片清洗配方:20%氟化氫銨水溶液,浸泡6小時以上,浸泡后投入酒精擦拭,去水即可。

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石英貼片晶振在安防系統中的作用至關重要.比如上面我們所提到的感應卡門禁內部就有用到圓柱晶振32.768K系列,這里大多客戶會選擇5PPM,10PPM高精度晶振,比如VT-200-F精工晶體,C-002RX愛普生晶振等2x6mm都是客戶優先選擇的對象.

安防系統中的視頻監控用到比較多的就是32.768K貼片晶振,這里根據種類可選擇3215晶振封裝,4115晶振封裝,7015晶振封裝,常見型號比如SC-32S晶振,MC-146晶振,SSP-T7晶振,DST310S晶振,MC415晶振等等.MHZ晶振系列常用封裝有3225貼片晶振,2520貼片晶振等,16M石英晶振,26M石英晶振等頻率是較為常用的,在監控攝像中起到存儲作用,小小的體積滿足網絡攝像對于小型化的要求,具有精度穩定,低功耗,高可靠使用特性等優勢.

關于智能家居中用到的晶振有興趣可以到億金新聞動態中查看,在前面的文章中我們有提到過關于貼片晶振的用途以及智能家居中用哪些石英貼片晶振.更有晶振選型,晶振原廠代碼等資料信息免費提供下載.

億金電子專業生產銷售石英晶振,貼片晶振,32.768K,聲表面濾波器,石英晶體振蕩器等產品,發展多年來擁有先進的工藝,精湛的技術以及現代化的管理手段使得我們在激烈的競爭市場中站穩腳跟.先進的生產設備,一流的技術,優秀的銷售精英團隊是我們對您最有力的保障.億金電子代理進口晶振品牌,包括臺產晶振,歐美進口晶振,日系晶振品牌,比如NDK晶振,KDS晶振,EPSON晶振,精工晶體,西鐵城晶振,IDT有源晶振,TCX晶振,京瓷晶振石英晶振,泰藝晶振,鴻星晶振,CTS晶振貼片晶振,瑞士微晶晶振,Jauch晶振等等.

GPS定位系統是靠車載終端內置SIM通過移動GPRS信號傳輸到后臺來實現定位。在遠的地方定位人的行蹤。GPS衛星定位系統的前身是美軍研制的一種“子午儀”導航衛星系統，GPS全球定位系統是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的新一代空間衛星導航GPS定位系統。
GPS定位系統工作原理是由地面主控站收集各監測站的觀測資料和氣象信息,計算各衛星的星歷表及衛星鐘改正數,按規定的格式編輯導航電文,通過地面上的注入站向GPS衛星注入這些信息。測量定位時,用戶可以利用接收機的儲存星歷得到各個衛星的粗略位置。根據這些數據和自身位置,由計算機選擇衛星與用戶聯線之間張角較大的四顆衛星作為觀測對象.

GPS接收機正常工作的條件是至少同時可以接收到4顆衛星的有效信號,當接收到的衛星個數少于4顆時,定位和定時信息是不準確的甚至是錯誤的。出現這樣的原因一般有:個別衛星退出工作、天線安裝位置不當、衛星故障等, 這些都有可能造成接收到有效信號的衛星個數過少。

而且有實驗證明即使將接收天線從接收機上拔掉,在其后的很長一段時間內GPS接收機仍有PS輸出,但此時的1PS與UTC已經有很大的差別,由此可見,GPS接收機完全有可能輸出錯誤的lPPS信號。另外,信號在傳遞過程中受到來自外界電磁信號的干擾,GPS接收機輸出的1PPS信號中可能含有毛刺,導致偽1PPS信號的產生,從而導致系統的誤動作,因此有必要采取抗干擾措施。這里采用硬件開窗方法消除干擾2,原理如圖4.1所示。

圖中的CLK信號由高穩定度的恒溫晶振提供,在系統上電復位后,啟動單片機的串行通訊口,接收GPS信息,根據解碼信息中的工作狀態指示判斷PPS的有效性。當初始觸發分頻信號到來之后,通過控制信號設置FPGA中的計數器在接收到的GPS1PS上升沿的附近產生一個短時間的高電平窗口信號,相當于一個與門,過濾掉窗口外的干擾信號。

另外,通過單片機自帶的外部中斷模塊來對去掉干擾后的PPS信號的上升沿進行檢測,根據檢測結果判斷GPS接收機是否正常工作,來決定系統的工作模式是馴服模式還是保持模式,具體消除1PS中干擾脈沖的波形圖如圖4.2所示。

下面主要介紹處理干擾時的重點:

1.初始觸發分頻信號的判斷

系統初始化后,用單片機的外部中斷連續三次檢測來自GPS接收機的1PPS信號,如果三次都檢測到則給出初始觸發分頻信號。

2.設置合理的“窗口”信號

由于OCXO恒溫晶振的輸出頻率比較穩定,當初始觸發分頻信號到來吋刻起,利用FPGA中的計數器和OCXO石英晶體振蕩器輸出的倍頻信號可以大致計算出下一個有效PPS脈沖的到來時刻,經過(1-△)秒后打開“窗口”,在計算得到的第二個PPS脈沖的到來時刻

后的M秒后關閉該“窗口”,只要M選擇得足夠小,則抗干擾效果就非常的明顯。

3.GPS信號的失效檢測及處理

對于整個馴服系統來說,GPS信號丟失會產生嚴重的后果,原因可能是接收機接收到的衛星個數少于四顆,如上面所說的天線的安裝問題等,使接收機處于非正常工作狀態。或者是GPS接收機與單片機模塊或者與門邏輯的接口出現問題,使GPS秒脈沖信號或時間狀態信息不能正常傳輸。

假如是第一種情況,接收模塊可通過GPS接收機串口輸出的狀態信息判斷其輸出信號是否失效,后面的軟件程序作出相應的處理。假如是第二種情況,屬于兩種功能模塊之間的通信故障,系統相關模塊不可能從GPS接收模塊獲得GPS的工作狀態信息或者秒脈沖信號,GPS_1PPS秒脈沖入口處的電平不會出現任何變化。

此時,相關模塊必須有獨自判斷GPS是否失效的能力。可以在“窗口”信號開通期間使用單片機相關外部中斷模塊,如果沒有檢測到正確跳變,說明GPS信號失效;如果“窗口”信號開通期間相關中斷模塊能捕捉到正確跳變,則說明GPS信號可能已恢復正常,此時系統可以繼續對恒溫晶體振蕩器OCXO進行校準。

億金電子專業生產銷售石英晶振,貼片晶振,石英晶體諧振器等晶體元件.多年來誠信經營,為用戶提供并且推薦質優價廉的晶振產品,在激烈的市場競爭環境中,憑借自身的才智不斷創新,改進擴大,以技術贏得市場,以質量贏得客戶.億金電子代理臺灣進口晶振,日本進口晶振,歐美進口晶振,市場上常見的晶振品牌如KDS晶振,NDK晶振,TXC晶振,鴻星晶振,京瓷晶振,精工晶體,CTS晶振,微晶晶振,愛普生晶振等均現貨,可免費提供樣品以及技術支持,歡迎登入億金官網查看了解詳情.

石英晶振是一種頻率元件，為電路提供基準信號頻率。隨著智能科技的發展，晶振的發展腳步也在不斷加快。關于晶振的作用和晶振分類，以及石英晶振在不同產品中的應用原理大家可以到前面的文章中查看。下面億金電子要給大家介紹的是石英晶振參數的變化可以被相應的電路檢測出來，因此我們做了以下分析。

1995年, A Michels等報道了將晶振作為掃描近場聲顯微鏡的探針的研究。將1MHZ桿狀晶振的尖角作為針尖以45°角與樣品逼近,將石英晶振受到的阻尼信號作為測量距離的信號得到物體表面的形貌圖。其垂直分辨率達到了50nm,水平分辨率達到了200nm,是介于傳統的輪廓儀和SFM之間的一種儀器24。

隨著研究的進一步深入,研究者開始探討將針式傳感器作為其他類型顯微鏡的應用。M. Todorovic等在1998年報道了一種使用音叉作為傳感器的磁力顯微鏡。在音叉表晶的一支腳上粘附一個經過磁化的非常細小的針尖,即可構成磁力傳感器。石英音叉的腳只有2mm長,200um厚,100um寬,彈性常數只有200N/m,只有傳統的AFM儀器的十分之-。針尖是電化學腐蝕鎳絲的方法制作的,針尖的安裝保證了音叉的彈性常數和Q值不發生大的變化。

國內這一領域的工作開展的比較晚,1997年,計量科學研究院與西德的合作項目中首次使用了這一技術,之后我們實驗室也在這一領域進行了跟蹤研究,并獲得了初步的結果。

從上述發展歷程可以看出,使用石英晶振,貼片晶振作為針式傳感器,到目前其測試精度并沒有達到很高,但是由于其成本低廉,易于獲得,性能穩定,在測試方法上具有獨到的優勢,因此是一個很有前途的發展方向,隨著研究的進一步深入,它的測量精度有可能進一步提高,這對于工業界和實驗室來說,是一個性價比很高的測量儀器,對于科學試驗和工業應用都具有很大的價值。

從上述可知,現有的基于微懸臂的掃描磁力顯微鏡存在種種不足。鑒于此, 本文想研制出一種采用新型傳感器的結構緊湊的掃描磁力顯微裝置,以達到高的測量穩定性、準確性和具有納米尺度的測量分辨率。由此,該儀器的研究成功,可在下面幾個方面起到促進作用。

首先它可用于磁記錄工業中的質量檢驗控制中。例如對光盤制造進行超微觀檢測。另外對磁記錄位的大小及分布等進行高分辨率的檢測。再次,可用于對生物樣品磁觸覺細菌內亞微米磁疇顆粒進行直接觀察及對單個細菌細胞內磁矩的定量研究。

采用離子刻蝕進行晶振頻率微調,在刻蝕后晶振的頻率會發生偏移。這會使頻率調整精度低于真空蒸著頻率調整法。如圖4-4所示,離子刻蝕后石英晶振頻率會產生偏移,縱軸表示與目標頻率的偏差,單位是pm。在刻蝕前,石英晶振的頻率相對于目標頻率是負的。在調整時,一邊用測頻系統測定石英晶振的頻率,一邊用離子束照射石英晶振的電極膜, 電極膜被刻蝕,頻率隨之升高。當刻蝕停止后,會出現頻率下降的現象。刻蝕剛停止的幾秒內,頻率下降較快,隨后下降會漸漸變緩,最后趨于穩定,不再變化。這種離子刻蝕后頻率偏移的原因比較復雜,其原因之一是因為離子刻蝕時對晶振晶片產生的熱應力。其理論依據比較深奧,在此不做討論。本文主要通過實驗,找出頻率偏移的規律,對石英晶振進行離子刻蝕加工時設定合適的參數,使得這種偏移在實際應用中產生盡可能小的影響。

現在用AT方向切割的石英晶片做成的石英晶振進行實驗,用離子束對晶片進行刻蝕,統計出蝕刻速度與頻率偏移的聯系。

實驗對象:A品種的石英晶振使用的晶片是長方形,尺寸為長1996u±3u,寬1276u±2a,晶片厚度為62.04u。目標頻率為26.998380MHz。晶片先用昭和真空生產的磁控濺射鍍膜機SPH-2500進行鍍膜,為了提高鍍層密著性,先鍍少量的鉻膜, 然后按頻率要求鍍銀膜,總膜厚約為1.73u。使得在離子束刻蝕加工前的頻率與目標頻率的差為2000ppm~300ppm之間。

實驗設備:離子束刻蝕頻率微調機使用昭和真空生產的SFE-6430T。離子槍的加速鉬片到晶片表面的距離為25mm,氬氣流量為0.35SCCM。

首先,進行較大刻蝕速度對石英晶振,貼片晶振進行刻蝕的實驗,測得偏移量。如表4和圖4÷5所示當刻蝕速度在1000ppm/s到2000ppm/s的范圍,離子刻蝕后的偏移量隨著刻蝕速度的增加而有很大的升高。如當刻蝕量為2000ppm時,頻率偏移量山刻蝕速度為1000ppm/s的35.8ppm快速增長到刻蝕速度為2000ppm/s的89.8ppm。當刻蝕量為3000ppm時,頻率偏移量便會超過100pm。此外,從圖4-5中可以看出,在同一刻蝕速度下,刻蝕后的頻率偏移量還會隨刻蝕量的增加呈線性升高。

其次,進行較低刻蝕速度對石英晶體,石英晶體諧振器進行刻蝕的實驗,測得偏移量。如表4-2和圖4-6所示,與高速時的情況類似,刻蝕速度增加時,刻蝕后的偏移量也會隨之增加。并且,在同一刻蝕速度時,刻蝕后的偏移量也隨刻蝕量的增加而線性增大。從圖表中可以看出,刻蝕速度減小后,刻蝕后的偏移量也會減小很多。當刻蝕速度減小到80ppm/s時,刻蝕量為200pm時,刻蝕后偏移量僅為2.5pm。如果進一步控制刻蝕量,當刻蝕量降到100ppm時,刻蝕后偏移量僅為0.2ppm,基本接近于0。因此在實際生產時,如果能將刻蝕速度控制到80pm/s,刻蝕量控制在100pm以下, 晶振的離子束刻蝕后的頻率偏差較大,且公差范圍較小,為了減少離子束刻蝕后頻率偏移產生的影響,提高產品的精度,可以采用3段加工模式,但是生產效率會有所降低)。

晶振離子刻蝕兩段加工模式如圖4-7所示,首先進行H段加工,用高的刻蝕速度和大的刻蝕量,從加工前頻率開始加工,等加工到設定的中間目標頻率后停止刻蝕,一段時間后,由于離子刻蝕后的晶振頻率偏移的影響,使頻率下降,回到L段加工前頻率。接著進行L段加工,用低刻蝕速度和小刻蝕量,從L段加工前頻率開始加工,等加工到設定的最終目標頻率后停止刻蝕,一段時間后,出于離子刻蝕后頻率偏移的影響, 使頻率下降,回到實際最終頻率,當實際最終頻率在公差范圍內就為良品,加工就結束。如果實際最終頻率低于公差范圍可以作為F-不良重新加工一次。如果實際最終頻率大于公差范圍,則只能作為F+不良而報廢。

而在實際生產過程中,由于操作員缺乏相關理論知識,不能精確的對加工參數進行設定。使得加工的產品會因為刻蝕速度過快,產生較大的頻率偏移,或直接產生F+。而刻蝕速度太低不僅會降低加工的效率,當時間超過設備的監控時間后,就會直接出現F-不良。

例如,在實際應用中,因為操作員沒有系統的理解以上理論知識,當A品種的石英晶振在進行離子刻蝕微調時,發現頻率分布整體偏低,接近20ppm。因為擔心現F-不良,希望將整體頦率調鬲。此時應該確認是否是因為H段加工時的速度太慢, 導致L段加工前的頻率過低。使得在進行L段加工時,時間過長,超過了設備的監控時間,而強制停止L段加工。

而操作員沒有經過確認就主觀的將最終日標頻率調高, 發現頻率略有上升,但仍然偏低。就調高L段的刻蝕速度,剛開始有一定效果,但是沒有達到理想狀態,就繼續調高L段刻蝕速度,此時不但沒有效果,反而因為速度太高,刻蝕后的頻率偏移使得頻率有略微的下降。并且出現因刻蝕速度的太高而產生的F+不良(如圖4-8)。因為沒有專業技術繼續調整,并且認為不良品數量不多,為了趕快完成當日產量,就繼續加工制品。此時,因為H段的刻蝕速度低,影響加工效率, 并由于F+的出現,增加了產品的不良數。

圖4-8各參數設置不良時離子刻蝕后頻率偏移的頻率分布表

為了解決這一問題,本文通過前幾節的知識和實驗數據,制定標準的參數。首先將最終晶振頻率設定在0pm。然后為了將L段加工的頻率偏移盡可能減少,就將L段的刻蝕速度設定為80ppm/s。為了控制L段的刻蝕量在100pm左右,將中間目標頻率設定在-45pm,H段加工速度設定為1600ppm/s,這是H段加工后的結果在50ppm~-0ppm之間,加上刻蝕后的頻率偏移使得L段加工的刻蝕量在-100pm120ppm之間。

按這樣的設定既可以保證L段加工的效率,也可以控制L段加工后的頻率偏移。使得最終實際頻率以晶振頻率為中心分布。將上述方法設定的參數作成作業標準書如圖4-9所示,讓作業員遵照執行。圖4-10是按此作業標準操作,對制品加L后的頻率分布。山圖中可以看出頻率是以日標頻率為中心分布的,并且分布比以前集中,也沒有不良出現。因此,本論文提出的方法可以提高產品的合格率。

晶振是種控制頻率元件，在電路模塊中提供頻率脈沖信號源，在信號源傳輸的過程中石英晶振在電路配合下發出指令，通過與其他元件配合使用。簡單點來說就是晶振的作用是給電路提供一定頻率的穩定的震蕩（脈沖）信號，比如石英鐘，就是通過對脈沖記數來走時的.

業內人士都知道晶振的生產制造是經過了一道道工序嚴謹的操作,經過反復檢測最終才成為一顆合格的晶振產品.今天億金電子要給大家說的是生產制造石英晶振要如何選擇優異的晶片?

晶振片的電極對膜厚監控、速率控制至關重要。目前,市場上提供三種標準電極材料:金、銀和合金。

金是最廣泛使用的傳統材料,它具有低接觸電阻,高化學溫定性,易于沉積。金最適合于低應力材料,如金,銀,銅的膜厚控制。用鍍金晶振芯片監控以上產品,即使頻率飄移IMHz,也沒有負作用。然而,金電極不易彎曲,會將應力從膜層轉移到石英基片上。轉移的壓力會使晶振片跳頻和嚴重影響質量和穩定性。

銀是接近完美的電極材料,有非常低的接觸電阻和優良的塑變性。然而,銀容易硫化,硫化后的銀接觸電阻高,降低晶振片上膜層的牢固性。

銀鋁合金晶振片最近推出一種新型電極材料,適合高應力膜料的鍍膜監控,如siO，SiO2,MgF2,TiO2。這些高應力膜層,由于高張力或堆積的引]力,經常會使晶振片有不穩定,高應力會使基片變形而導致跳頻。這些高應力膜層,由于高張力或堆積的引力,經常會使晶振片有不穩定,高應力會使基片變形而導致跳頻。銀鋁合金通過塑變或流變分散應力,在張力或應力使基體變形前,銀鋁電極已經釋放了這些應力。這使銀鋁合金晶振片具有更長時間,更穩定的振動。有實驗表明鍍Si02用銀鋁合金晶振片比鍍金壽命長400%。

鍍膜科技日新月異,對于鍍膜工程師來說,如何根據不同的鍍膜工藝選擇最佳的晶振片確實不易。下面建議供大家參考

（1)鍍低應力膜料時,選擇鍍金晶振片

最常見的鍍膜是鍍A、Au、Ag、Cu,這些膜層幾乎沒有應力,在室溫下鍍膜即可膜層較軟,易劃傷,但不會裂開或對基底產生負作用。建議使用鍍金晶振片用于上述鍍膜,經驗證明,可以在鍍金晶振片鍍60000埃金和50000埃銀的厚度。

（2)使用鍍銀或銀鋁合金鍍高應力膜層

NiCr、Mo、Zr、Ni-Cr、Ti、不銹鋼這些材料容易產生高應力,膜層容易從石英晶體基片上剝落或裂開,以致出現速率的突然跳躍或一系列速率的突然不規則正負變動。有時,這些情況可以容忍,但在一些情況下,會對蒸發源的功率控制有不良作用。

（3)使用銀鋁合金晶振片鍍介質光學膜

MgF2、SiO2、A2O3、TiO2膜料由于良好的光學透明區域或折射率特性,被廣泛用于光學鍍膜,但這些膜料也是最難監控的,只有基底溫度大于200度時,這些膜層才會與基底有非常良好的結合力,所以當這些膜料鍍在水冷的基底晶振片上,在膜層凝結過程會產生巨大的應力,容易使晶振片在1000埃以內就會失效。

關于晶振的信息億金電子在前面的文章中已經提到過很多次了,大家有不懂的可以到億金新聞動態中了解.下面我們要說的是關于石英晶振晶片的由來以及石英晶振晶片的工作原理.

石英晶振晶片的由來

科學家最早發現一些晶體材料,如石英,經擠壓就象電池可產生電流(俗稱壓電性),相反,如果一個電池接到壓電晶體上,石英晶體就會壓縮或伸展,如果將電流連續不斷的快速開「關,晶體就會振動。

在1950年,德國科學家 GEORGE SAUERBREY研究發現,如果在石英晶體,石英晶體諧振器的表面上鍍一層薄膜,則石英晶體的振動就會減弱,而且還發現這種振動或頻率的減少,是由薄膜的厚度和密度決定的,利用非常精密的電子設備,每秒鐘可能多次測試振動, 從而實現對晶體鍍膜厚度和鄰近基體薄膜厚度的實時監控。從此,膜厚控制儀就誕生了。

薄薄圓圓的晶振片,來源于多面體石英棒,先被切成閃閃發光的六面體棒,再經過反復的切割和研磨,石英棒最終被做成一堆薄薄的(厚0.23mm,直徑1398mm)圓片,每個圓片經切邊,拋光和清洗,最后鍍上金屬電極(正面全鍍,背面鍍上鑰匙孔形),經過檢測,包裝后就是我們常用的晶振片了。

用于石英膜厚監控用的石英芯片采用AT切割,對于旋光率為右旋晶體,所謂AT切割即為切割面通過或平行于電軸且與光軸成順時針的特定夾角。AT切割的晶體片振動頻率對質量的變化極其靈敏,但卻不敏感干溫度的變化。這些特性使AT切的石英晶體片更適合于薄膜淀積中的膜厚監控。

石英晶振晶片的原理

石英晶體是離子型的石英晶體,由于結晶點陣的有規則分布,當發生機械變形時,例如拉伸或壓縮時能產生電極化現象,稱為壓電現象。例石英晶振晶體在9.8×104Pa的壓強下承受壓力的兩個表面上出現正負電荷約0.5V的電位差。壓電現象有逆現象,即石英晶體在電場中晶體的大小會發生變化,伸長或縮短,這種現象稱為電致伸縮。

石英晶體壓電效應的固有頻率不僅取決于其幾何尺寸,切割類型而且還取決于芯片的厚度。當芯片上鍍了某種膜層,使芯片的厚度增大,則芯片的固有頻率會相應的衰減。石英晶振,石英晶體的這個效應是質量負荷效應。石英晶體膜厚監控儀就是通過測量頻率或與頻率有關的參量的變化而監控淀積薄膜的厚度。

石英晶體法監控膜厚,主要是利用了石英晶體,石英晶體振蕩器的壓電效應和質量負荷效應。

石英晶體的固有頻率f不僅取決于幾何尺寸和切割類型,而且還取決于厚度d,即f=N/d,N是取決與石英晶振晶體的幾何尺寸和切割類型的頻率常數對于AT切割的石英晶體,N=f·d=1670Kcmm。

物理意義是:若厚度為d的石英晶體厚度改變△d,則石英貼片晶振頻率變化△f, 式中的負號表示晶體的頻率隨著膜增加而降低然而在實際鍍膜時，沉積的是各種膜料,而不都是石英晶體材料,所以需要把石英晶振厚度增量△d通過質量變換轉換成膜層厚度增量△dM,即

A是受鍍面積,pM為膜層密度,p。為石英密度等于265g/cm3。于是△d=(pM/pa)"△dM,所以

式中S稱為變換靈敏度。

對于一種確定的鍍膜材料,為常數,在膜層很薄即沉積的膜層質量遠小于石英芯片質量時,固有頻率變化不會很大這樣我們可以近似的把S看成常數,于是上式表達的石英晶振晶體頻率的變化人行與沉積薄膜厚度△dM有個線性關系因此我們可以借助檢測石英晶體固有頻率的變化,實現對膜厚的監控。

顯然這里有一個明顯的好處,隨著鍍膜時膜層厚度的增加,晶振頻率單調地線性下降,不會出現光學監控系統中控制信號的起伏,并且很容易進行微分得到沉積速率的信號。因此,在光學監控膜厚時,還得用石英晶振,石英晶體法來監控沉積速率,我們知道沉積速率穩定隊膜材折射率的穩定性、產的均勻性重復性等是很有好處和有力的保證。

石英晶體膜厚控制儀有非常高的靈敏度,可以做到埃數量級,顯然石英晶體的基頻越高,控制的靈敏度也越高,但基頻過高時晶體片會做得太薄,太薄的芯片易碎。

所以一般選用的石英晶振,貼片晶振片的頻率范圍為5~10MHz。在淀積過程中,基頻最大下降允許2~3%,大約幾百千赫。基頻下降太多振蕩器不能穩定工作,產生跳頻現象。如果此時繼續淀積膜層,就會出現停振。為了保證振蕩穩定和有高的靈敏度體上膜層鍍到一定厚度后,就應該更換新的晶振片。

此圖為膜系鍍制過程中部分頻率與厚度關系圖。

晶振離子刻蝕頻率微調技術及生產工藝報告

1.頻率微調方法

石英晶振的頻率是由石英晶振晶片的厚度以及電極膜的厚度決定的,為此,當調整此厚度就可以調整石英晶振的頻率。石英晶振的制作過程是先將石英晶片從石英晶體上按一定角度切下,然后按一定尺寸進行研磨,接著在晶片兩面涂覆金屬電極層,此時與目標頻率相差2000ppm~3000p0m,每個電極層與管腳相連與周圍的電子元器件組成振蕩電路,隨后進行頻率微調,使其與目標頻率的差可以減少到2ppm以下。最后加上封裝外殼就完成了。

石英晶振的頻率微調是對每個石英晶振邊測頻率,邊調整電極膜的厚度。使頻率改變,達到或接近目標頻率。電極膜厚的調整方法主要有兩種,真空蒸著法和離子束刻蝕法。

真空蒸著法是在石英晶振晶片的電極膜上用加熱蒸著的辦法繼續增加電極膜的厚度, 達到調整頻率的目的。這種方法結構簡單,易于控制。缺點是在石英晶振晶片表面產生多層電極膜,并且密著度會變差,當石英晶振小型化時,會使原來的電極膜和調整膜的位置發生偏移,使石英晶振的電氣性能降低。

離子刻蝕頻率微調法,是用離子束將電極膜打簿,調整石英晶振的頻率。因此,不會產生多層電極膜,也不會有電極膜和調整膜的位置偏移,石英晶振的電氣性能也不會降低。

2.離子刻蝕頻率微調方法

圖4-1是基于離子刻蝕技術的頻率微調示意圖,離子刻蝕頻率微調方法,當照射面積小于2~3mm2,在beam電壓低于100V以下就可獲得接近10mA/cm2的高電流密度的離子束,離子束的刻蝕速度在寬范圍內可進行調節。圖中采用的是小型熱陰極PIG型離子槍,放電氣體使用Ar,流量很小只需035cc/min。在:圓筒狀的陽極周圍安裝永久磁石,使得在軸方向加上了磁場這樣的磁控管就變成了離子透鏡, 可以對離子束進行聚焦。

熱陰極磁控管放電后得到的高密度等離子,在遮蔽鉬片和加速鉬片之間加高達1200V高壓后被引出。并且可以通過對熱陰極的控制調整等離子的速度。用離子束照射石英晶振,石英晶體的電極膜,通過濺射刻蝕使得頻率上升米進行頻率微調。在調整時,通過π回路使用網絡分析儀對石英貼片晶振的頻率進行監控,當達到目標頻率后就停止刻蝕,調整結束。

因為石英晶振與π回路之間用電容連接,離子束的正電荷無法流到GND而積聚在石英晶片上,使石英晶片帶正電荷。其結果不僅會使頻率微調速度降低,而且使石英晶片不發振,無法對石英晶振的頻率進行監控和調整。為此,必須采用中和器對石英晶片上的正電荷進行中和。

在進行離子刻蝕頻率調整時,離子束對一個制品進行刻蝕所需的時間為1~2秒, 而等待的時間約2秒,等待時間包括對制品的搬送和頻率的測量時間。在等待時間中, 是將擋板關閉的。如果在這段時間內,離子槍繼續有離子束引出,則0.5mm厚的不銹鋼擋板將很快被穿孔而報廢。為此,在等待時間內,必須停止離子槍的離子束引出。

可以用高壓繼電器切斷離子槍的各電源,除保留離子槍的放電電源(可維持離子槍的放電穩定)。這樣,在等待時間沒有離子束的刻蝕,使擋板的使用壽命大大增長。同是,出于高壓繼電器的動作速度很快,動作時間比機械式擋板的動作時間少很多,所以調整精度也可得到提高。

3.離子束電流密度

在圖4-1中,為了提高操作性,簡化自動化過程中的參數設定,只對beam電壓和放電電流進行控制,而放電電壓和Ar流量保持不變,加速電壓取beam電壓的20%。

圖4-2表示的是在不同的beam電壓下,隨著放電電流的變化,石英晶振的電極膜處(與離子槍加速鉬片的距離為25mm)所測得的電流密度。從圖中可以知道,對于不同的beam電壓,放電電流變化時,都有相對應的放電電流使得電流密度達到最大。本文說所的晶振離子刻蝕頻率微調就是采用了各不同beam電壓時的最大電流密度進行的。當設定好調整速度后,根據計算決定beam電壓,然后根據該電壓下最大的電流密度計算出放電電流。

4.離子刻蝕頻率微調加工工藝

晶振離子刻蝕頻率微調加工工藝與真空蒸著頻率微調有相似處也有不同處。首先,兩種頻率微調方法都必須在高真空環境下進行,因此在加工前都必須確認真空腔的真空度是否達到要求,一般都要求在1×103Pa以上。其次還必須確認真空腔的水冷設備沒有漏水現象,使用的真空泵需要用真空油時還要確認真空腔內沒有被油污染。接著還要保證石英晶振,石英晶體諧振器上沒有灰塵或臟污等異物附著,為了有效的控制異物,加工環境最好是5000級以下的凈化空間。離子刻蝕頻率微調加工除了要注意以上要求外,還必須注意到離子刻蝕后數秒內頻率的偏移問題,這個問題將直接影響到生產效率和合格率。