用于制造石英晶體諧振器的晶體基板的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種剪切型石英晶體諧振器，尤其設(shè)及一種利用化學(xué)侵蝕法實(shí)現(xiàn)石英 晶體諧振器的晶體基板倒邊效應(yīng)的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在石英晶體諧振器的設(shè)計(jì)和制造中，為了獲得較好的諧振器品質(zhì)因素，抑制諧振 器中的彎曲和其他有害振動(dòng)對(duì)電氣特性帶來(lái)的負(fù)面影響，一般需要改變石英晶體板的邊緣 厚度，從而實(shí)現(xiàn)減少寄生振動(dòng)干擾，進(jìn)而強(qiáng)化厚度剪切振動(dòng)和"能陷（energytrapping)"特 性的目標(biāo)。通常的高性能晶體諧振器都需要盡可能減少?gòu)澢推渌纳駝?dòng)，特別是石英 晶體板邊緣的振動(dòng)，保證石英晶體板彈性變形所產(chǎn)生的變形能，也稱(chēng)為應(yīng)變能，盡可能集中 在板的中央，防止擴(kuò)散到周邊結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致能量耗散。為此目的，許多諧振器在設(shè)計(jì)上考慮了 厚度朝邊緣減小，W期獲得性能較好的器件如較高的品質(zhì)因數(shù)，當(dāng)然也帶來(lái)了一個(gè)加工技 術(shù)方面的挑戰(zhàn)，即如何實(shí)現(xiàn)石英晶體板的最佳厚度變化。也就是說(shuō)，我們需要選擇和探索在 石英晶體板上面實(shí)現(xiàn)邊緣的厚度變化的模式和方法，也就是通常的"倒邊"，來(lái)保證高質(zhì)量 的石英晶體諧振器的制造。
[0003] 傳統(tǒng)的石英晶體諧振器的倒邊加工，一般是采用在專(zhuān)用滾筒機(jī)中，用專(zhuān)用砂子打 磨的方式來(lái)完成，主要是利用在滾筒中的中屯、和邊緣砂子的速度不同，摩擦力也不同，靠機(jī) 械運(yùn)動(dòng)對(duì)石英晶體晶片打磨，最終實(shí)現(xiàn)晶片邊緣上的厚度變化。
[0004] 但是傳統(tǒng)倒邊的控制是通過(guò)砂子的顆粒選擇、砂子的潮濕度、滾筒直徑、滾筒轉(zhuǎn)速 和打磨時(shí)間等主要加工過(guò)程參數(shù)來(lái)完成和優(yōu)化的，又由于滾筒機(jī)中砂子的運(yùn)動(dòng)很難控制， 所W晶片厚度變化模式和程度事實(shí)上也就無(wú)法精準(zhǔn)控制，造成目前技術(shù)的局限性。
[0005]目前近幾十年來(lái)，倒邊的加工技術(shù)也沒(méi)有什么變化，也缺乏對(duì)精確模式和加工方 式的深入研究，制約了諧振器技術(shù)的發(fā)展。為獲得高品質(zhì)石英晶體諧振器，設(shè)計(jì)晶體基板的 倒邊加工是非常重要的步驟。
[0006] 實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論研究都表明，任何形式的厚度變化，事實(shí)上也就是剛度的任何變 化，都會(huì)起到對(duì)寄生振動(dòng)，特別是彎曲振動(dòng)的抑制作用，也就是諧振器能陷特性的顯著改 善。因此，傳統(tǒng)工藝對(duì)倒邊效應(yīng)的控制也就主要限定于適當(dāng)?shù)暮穸茸兓?，如果產(chǎn)品性能滿(mǎn)足 要求，一般也不需要對(duì)厚度變化模式做嚴(yán)格規(guī)定。但是隨著石英晶體諧振器的小型化，高可 靠性能的不斷需求，如何在倒邊加工方面增加新的加工方式，能用較為易于控制的模式精 確加工，也是產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的重要內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有倒邊技術(shù)的不足，提供一種用于制造石英 晶體諧振器的晶體基板的加工方法，該方法利用化學(xué)腐蝕方法完成諧振器晶體基板的倒邊 加工，替代目前的滾筒磨砂加工技術(shù)，從而縮短加工時(shí)間、降低加工成本，最終實(shí)現(xiàn)石英晶 體板的厚度變化，顯著提升石英晶體諧振器的電性能參數(shù)。
[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)W下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明是一種用于 制造石英晶體諧振器的晶體基板的加工方法，其特點(diǎn)是：該方法利用化學(xué)溶劑，并按照預(yù)定 的侵蝕區(qū)域大小、侵蝕時(shí)間來(lái)加工侵蝕晶體基板，從而實(shí)現(xiàn)晶體基板指定區(qū)域厚度按預(yù)定 的設(shè)計(jì)形式改變，實(shí)現(xiàn)化學(xué)腐蝕的倒邊效果，再制成晶體諧振器；所述的化學(xué)溶劑氣化氨氨 NH4HF2水溶液。
[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可W通過(guò)W下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。W上所述 的用于制造石英晶體諧振器的晶體基板的加工方法，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是：所述的晶 體基板為石英晶體基板或者其他晶體材料基板。
[0010] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可W通過(guò)W下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。W上所述 的用于制造石英晶體諧振器的晶體基板的加工方法，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是：所述的氣 化氨氨NH4HF2水溶液為在40°C~70°C條件下溶解得到的質(zhì)量濃度為45-70%的氣化氨氨 NH4HF2水溶液。
[0011] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可W通過(guò)W下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。W上所述 的用于制造石英晶體諧振器的晶體基板的加工方法，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是：加工時(shí)，保 持氣化氨氨NH4HF2水溶液的溫度在40°C~70°C。
[0012] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可W通過(guò)W下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。W上所述 的用于制造石英晶體諧振器的晶體基板的加工方法，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是：所述的晶 體基板為矩形或者圓形。
[0013] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可W通過(guò)W下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。W上所述 的用于制造石英晶體諧振器的晶體基板的加工方法，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是：化學(xué)溶劑 侵蝕方法是通過(guò)控制侵蝕時(shí)間、化學(xué)溶劑濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)晶體基板分段分區(qū)的厚度和剛度的改 變；通過(guò)分段加工，將需要改變厚度的長(zhǎng)度分成若干等分，然后從邊緣到中間部位，腐蝕時(shí) 間逐段遞減，實(shí)現(xiàn)厚度改變逐段減少，形成厚度梯度變化的加工效果。
[0014] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可W通過(guò)W下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。W上所述 的用于制造石英晶體諧振器的晶體基板的加工方法，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是：通過(guò)化學(xué) 侵蝕改變晶體其板表面的材料彈性常數(shù)，從而改變厚度剪切振動(dòng)頻率，改變剪切振動(dòng)與其 它寄生振動(dòng)模態(tài)的禪合，最終改善諧振器的諧振電阻指標(biāo)。
[0015] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可W通過(guò)W下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。W上所述 的用于制造石英晶體諧振器的晶體基板的加工方法，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是：其具體步 驟如下： (1) 準(zhǔn)備具有一定的設(shè)計(jì)形狀的晶片；在40°c~70°C條件下溶解得到質(zhì)量濃度為 45-70%的氣化氨氨NH4HF2水溶液，裝入容器中，采用恒溫箱加熱使容器內(nèi)化學(xué)溶劑的溫度 保持在40°C~70°C;準(zhǔn)備掩膜夾具，夾具應(yīng)W遮擋掩蓋住中間晶片為原則，避免溶劑侵蝕； 準(zhǔn)備儀器記錄分段侵蝕區(qū)域晶體頻率和加工時(shí)間； (2) 根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)的倒邊方案要求，將進(jìn)行侵蝕加工的晶體基板的長(zhǎng)度端部浸入化學(xué) 溶劑內(nèi)，浸入時(shí)間需要按照溶液的侵蝕特性和對(duì)晶體基板的腐蝕效果來(lái)確定，侵蝕效果根 據(jù)控制晶體諧振頻率高低變化來(lái)判斷，即進(jìn)行腐蝕加工、測(cè)試、腐蝕加工、測(cè)試的循環(huán)加工 測(cè)試達(dá)到預(yù)定的倒邊方案要求。
[0016] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可W通過(guò)W下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。W上所述 的用于制造石英晶體諧振器的晶體基板的加工方法，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是：步驟（2) 中，采取分段侵蝕的方式加工，造成在中間侵蝕量較少，端部侵蝕最多，實(shí)現(xiàn)砂磨效果一樣 的倒邊效果。
[0017] 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在具有倒邊的產(chǎn)品中，能陷性能的強(qiáng)化通常是W改變厚度的途徑來(lái) 實(shí)現(xiàn)的。倒邊就是減小晶體板的邊緣厚度，從而提高運(yùn)部分的剪切振動(dòng)頻率，最后造成在厚 度改變部分不可能在低頻激發(fā)厚度剪切振動(dòng)，也就是減少了設(shè)計(jì)厚度剪切振動(dòng)的振幅和相 應(yīng)的能量。從本質(zhì)上講，我們也可W看作是石英晶體板的剪切剛度的增加，并W此來(lái)提高剪 切振動(dòng)的頻率，保證板的中間和邊緣較大的剪切振動(dòng)頻率差，實(shí)現(xiàn)剪切振動(dòng)的局部化。
[0018] 沿襲運(yùn)一思路，本發(fā)明技術(shù)方案從改變晶體板邊緣的剪切振動(dòng)頻率的原則出發(fā)， 考慮尋求其他的與倒邊有類(lèi)似效應(yīng)的加工方式。譬如，單純改變晶體板的剛度，特別是剪切 剛度，無(wú)論是降低和增加，都會(huì)造成板的不同區(qū)域的剪切振動(dòng)頻率的差別，從而減小經(jīng)過(guò)處 理部分板的厚度剪切振動(dòng)。只有保持一定的頻率差，特別是邊緣部分頻率較高時(shí)，才能實(shí)現(xiàn) 減少邊緣剪切振動(dòng)的目標(biāo)。也就是說(shuō)，我們可W通過(guò)改變晶體板的邊緣剛度的途徑，實(shí)現(xiàn)我 們傳統(tǒng)上利用改變厚度來(lái)完成的能陷強(qiáng)化目標(biāo)。
[0019] 在石英晶體諧振器的晶片加工過(guò)程中，除了常見(jiàn)的機(jī)械加工方式有切割、磨削、拋 光外，化學(xué)侵蝕也是一個(gè)使用較多的方法，主要用于過(guò)量晶體材料的剝除，實(shí)現(xiàn)尺寸和體積 的快速改變。我們知道，化學(xué)腐蝕會(huì)通過(guò)溶化分子結(jié)構(gòu)來(lái)改變晶體結(jié)構(gòu)，最終造成晶體材料 的體積、形貌和表面部分的材料性能的改變。
[0020] 從根本上講，化學(xué)腐蝕會(huì)在晶體板中造成=種后果： 1) 改變石英晶體板的厚度，進(jìn)而改變板的剛度，最終改變板的不同區(qū)域的剪切振動(dòng)頻 率，強(qiáng)化中間部分的剪切振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)通常意義上的能陷特性改善； 2) 改變石英晶體內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)，特別由此造成石英晶體的剪切剛度的增加或者減少， 最終也改變它的剪切振動(dòng)頻率，有可能是厚度減小和剛度減小的復(fù)合效應(yīng)，具體改變要看 兩種效應(yīng)的影響程度。
[0021] 3)造成板的材料性能的梯度效應(yīng)，使材料參數(shù)在板的厚度中屯、和表面有顯著差 另IJ，從而也造成侵蝕區(qū)域和非侵蝕區(qū)域的板的振動(dòng)頻率的變化，實(shí)現(xiàn)我們期待的倒邊效應(yīng)。
[0022] 通過(guò)采用化學(xué)侵蝕的方法可W實(shí)現(xiàn)W機(jī)械加工方法來(lái)完成的倒邊過(guò)程和效果，達(dá) 到強(qiáng)化能陷特性的目標(biāo)。很明顯，運(yùn)是一個(gè)和傳統(tǒng)的利用砂子打磨顯著不同的加工方法，但 能夠相對(duì)地較為快速地進(jìn)行晶片加工，成本也相對(duì)低廉。在效果上，由于化學(xué)腐蝕在石英晶 體加工中應(yīng)用較多，有豐富經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制整個(gè)過(guò)程和加工質(zhì)量，可W取得較好的性能。
[0023] 運(yùn)項(xiàng)技術(shù)的核屯、是選擇合適的化學(xué)腐蝕劑，既可W實(shí)現(xiàn)通過(guò)化學(xué)腐蝕剝除多余的 石英晶體材料，又能保證石英晶體板的表面均勻、平滑、干凈，可W保證后續(xù)的加工要求和 基本性能。
[0024]發(fā)明人通過(guò)研發(fā)發(fā)現(xiàn)，化學(xué)溶劑氣化氨氨NH4HF2)可W實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明的要求，同時(shí)，通過(guò)化學(xué)侵蝕的晶體表面一般也可W再次加工，如進(jìn)行清洗和拋光 等，進(jìn)一步提高晶片質(zhì)量。對(duì)晶片的腐蝕程度可W根據(jù)溶劑的濃度、腐蝕時(shí)加工溫度等參數(shù) 的改變，實(shí)現(xiàn)較好的腐蝕加工效果，實(shí)現(xiàn)可靠精確的侵蝕過(guò)程控制。
[0025] 本發(fā)明加工方法可W采用分段分區(qū)侵蝕，具有成本低、時(shí)間短、表面?zhèn)煽?、?損少等特點(diǎn)，是一種新型的石英晶體加工技術(shù)和方法，可提升諧振器的電性能參數(shù)。其優(yōu) 點(diǎn)是由于本方法能夠改變材料性能參數(shù)，造成所設(shè)計(jì)的晶體板厚度或者剛度的特定模式變 化，實(shí)現(xiàn)晶體諧振器的能陷性能，保證剪切振動(dòng)在晶體板的邊緣很小，W此減少能量向外部 的擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化剪切振動(dòng)的目標(biāo)；運(yùn)一方法的效果和傳統(tǒng)的滾筒砂磨的加工方法一樣，減 小晶體基板邊緣厚度。
【具體實(shí)施方式】
[0026] W下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)