激光束入射到晶振材料表面,在材料表面會發生反射、散射、吸收等,要進行激光輻射的熱效應理論計算,首先要知道有多少輻射能量被石英晶振材料吸收。對于透明或半透明的材料,需要測量材料的反射率和透射率,而對于不透明材料,只需要測量其反射率就足夠了。

從微觀來看,激光對石英晶振的作用是高頻電磁波對物質中自由電子或束縛電子的作用,晶振對激光的吸收與物質結構和電子能帶結構有關。金屬中存在大量的自由電子,在激光作用下這些自由電子受到光頻電磁波的強迫振動而產生次波這些次波形成了強烈的反射波和較弱的透射波,透射部分將被電子通過軔致輻射過程而吸收,繼而轉化為電子的平均動能,再通過電子與晶格之間的馳豫過程轉變為熱能。

非金屬與金屬不同,它對激光的反射比較低,對應的吸收比較高。石英貼片晶振電介質對激光吸收與束縛電子的極化,單光子或多光子吸收,以及多種機制的非線性光學效應有關。透明電介質表面或石英晶振體內的雜質和缺陷往往強烈吸收激光,成為破壞的根源。半導體對激光的吸收有多種機制,以本征吸收最為重要,產生的電子一空穴對很快通過無輻射躍遷復合,將吸收的光能轉變為熱能。等離子體是特殊條件下存在的電離氣體,蒸氣等離子體對激光有很強的吸收作用。

石英晶體諧振器是利用石英晶體的壓電效應制成的一種諧振器件,其基本結構為:從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片,它可以是正方形、矩形或圓形等),在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極,在每個電極上各焊根引線接到管腳上,再加上封裝外殼就構成了石英晶體振蕩器,簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。圖2.1是石英晶振結構圖。圖22是一種金屬外殼封裝的石英晶體結構示意圖。

石英晶振晶體的壓電效應

若在石英晶體的兩個電極上加一電場,晶片就會產生機械變形。反之,若在晶振晶片的兩側施加機械壓力,則在晶片相應的方向上將產生電場,這種物理現象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓,晶片就會產生機械振動,同時石英晶振晶片的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下,晶振晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小,但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時,振幅明顯加大,比其他頻率下的振幅大得多,這種現象稱為壓電諧振,它與LC回路的諧振現象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方向、幾何形狀、尺寸等有關。

石英晶振晶體的符號和等效電路

石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖23所示。當晶體不振動時,可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關,一般約幾個pF到幾十pF。當石英晶體諧振時,機械振動的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十mH到幾百mH.晶振晶片的彈性可用電容C來等效,C的很小,一般只有0.0002~0.lpF。

晶振晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效, 它的數值約為100g。由于晶片的等效電感很大,而C很小,R也小,因此回路的品質因數Q很大,可達1000~10000。加上晶振晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方向、幾何形狀、尺寸有關,而且可以做得精確,因此利用石英晶體諧振器組成的諧振電路可獲得很高的頻率穩定度。

從石英晶體諧振器的等效電路可知,它有兩個諧振頻率,即(1)當L、C R支路發生串聯諧振時,石英晶體諧振器的等效阻抗最小(等于R)。串聯揩振頻率用fs表示,石英晶體對于串聯揩振頻率fs呈純阻性;(2)當頻率高于fs時,L、C、R支路呈感性,可與電容C0發生并聯諧振,其并聯頻率用fd表示。工程技術中石英諧振器就工作在fs到fd范圍內或這兩個頻率的奇次諧頻上。

根據石英晶振的等效電路,可定性畫出它的電抗一頻率特性曲線如圖2.3所示。可見當頻率低于串聯諧振頻率fs或者頻率高于并聯揩振頻率fd時,石英晶體呈容性。僅在fs極窄的范圍內,石英晶體呈感性。石英晶體表面附著電極層后的膜系結構示意圖如圖24所示。

Sauerbrey方程用于描述石英晶體諧振頻率與晶體表面附著物質(此處為上、下兩面的銀電極層)之間的變化關系,該方程如下:

其中f0為石英晶振原始諧振頻率(單位為Hz),△f為晶振的頻率變化量(單位為Hz),△m為晶體變化的質量(單位為gcm-2),A是晶體有效面積(即電極面積,單位為cm2),pμ是石英晶體的密度,μφ為晶體剪切彈性模量。

對于指定晶振晶片,fo、A、pμ、qμ均為常數,因而, △f與△m的絕對值成正比,負號表示表面銀電極層質量的增加,會引起石英晶振諧振頻率的減少;而表面銀電極層質量的減少,會引起石英晶振諧振頻率的增加。即:增加銀層質量和減少銀層質量兩種方法都可以改變石英晶振的諧振頻率。

可見,附加的銀電極層會對石英晶振器的諧振頻率產生影響。因而工業生產中,一般先制作出與目標頻率接近的石英晶片并附加表面電極,再通過改變表面電極厚度方法,來微調晶振頻率以達到目標頻率。

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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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。

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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。