Statek超小超薄型AT石英諧振器CX16SCSM1-24.0M,30/10/S

下面介紹了一種超微型低輪廓at切割石英晶體諧振器的物理和電學(xué)性能及其生產(chǎn)方法的概述。

一，介紹

AT切割石英晶體諧振器在精密頻率控制中已經(jīng)應(yīng)用了60多年，是目前應(yīng)用最廣泛的晶體類型之一。雖然傳統(tǒng)的AT晶體是盤(pán)狀的，但對(duì)較小組件的需求導(dǎo)致了微型AT帶的發(fā)展。為了滿足制造商對(duì)更小部件的需求，Statek公司開(kāi)發(fā)了一種超微型低輪廓石英晶體，作為其CX-4系列產(chǎn)品的一部分。相比之下，CX-4只需要CX-1的大約三分之一的土地面積和CX-3的大約一半的土地面積。（見(jiàn)表1和圖1。）

生產(chǎn)微型石英晶體的一個(gè)關(guān)鍵因素是能夠產(chǎn)生具有所需的尺寸精度和精確度[1]的諧振器。由于更小的諧振器需要更嚴(yán)格的尺寸公差（例如，為了保持適當(dāng)?shù)膶掗L(zhǎng)比），所以生產(chǎn)像CX-4這樣的超微型石英貼片晶振諧振器就更加困難了。利用制造石英晶體的光刻工藝和晶片背板，使批量生產(chǎn)超微型石英晶體成為可能。光刻過(guò)程提供了所需的精密微加工和尺寸公差，晶片備份器提供了精確的金屬沉積到諧振器的電極，用于最終頻率調(diào)整[2]。

在第二節(jié)中，我們概述了用于制造晶體諧振器晶片的光刻工藝。在第三節(jié)中，我們討論了使用晶片背板的最終頻率調(diào)整。在第四節(jié)中，我們簡(jiǎn)要討論了諧振器在其封裝中的最終組裝。最后，在第五節(jié)中，我們簡(jiǎn)要介紹了成品超小型石英晶體諧振器的電學(xué)特性。

Statek超小超薄型AT石英諧振器CX16SCSM1-24.0M,30/10/S

二，制造

一個(gè)典型的超微型AT空白區(qū)約為3.50mm×0.63mm。由于小尺寸石英晶振，獲得可接受的產(chǎn)量需要2μm的公差。雖然傳統(tǒng)的加工技術(shù)不能滿足這種嚴(yán)格的公差要求，但光刻工藝能夠保持超過(guò)1 μm的尺寸公差。

光刻過(guò)程從拋光石英晶片（1″×1″或更大）。這些貼片晶振晶片被化學(xué)蝕刻到預(yù)定的頻率，清洗，并使用電子束真空沉積系統(tǒng)用鉻和金的薄膜金屬化。（也可以使用鋁或銀等其他金屬。）at條圖案是使用掩模和雙對(duì)準(zhǔn)器進(jìn)行光刻攝影生成的，其中晶片的頂部和底部表面同時(shí)對(duì)齊和曝光。晶體電極和探針墊圖案然后由隨后的光掩蔽步驟來(lái)定義。然后對(duì)晶片進(jìn)行化學(xué)金屬和石英蝕刻，形成單獨(dú)的at條。最后，利用孔徑掩蔽和薄膜金屬沉積[2]將頂部和底部安裝墊連接在一起。

一旦光蝕刻過(guò)程完成，我們的晶片包含125個(gè)單獨(dú)的超微型AT晶體諧振器，如圖2所示。每個(gè)諧振器通過(guò)兩個(gè)小石英片物理連接到晶片，它們也將諧振器電連接到晶片上的探針墊。這使得在每個(gè)諧振器仍然在晶圓上時(shí)對(duì)其進(jìn)行電測(cè)試。

三，頻率調(diào)節(jié)

雖然晶圓上的單個(gè)諧振器的頻率彼此相當(dāng)接近，但變化可高達(dá)1%。這種變化歸因于晶片厚度的不均勻性（楔入），以及在較小程度上，金屬化厚度的不均勻性。

晶片上諧振器的頻率的變化在其生產(chǎn)過(guò)程中得到了考慮，因此每個(gè)諧振器現(xiàn)在都高于期望的最終頻率。然后，使用晶圓備份器，在每個(gè)諧振器的電極上沉積一層金薄膜，使其頻率降低到最終頻率[1]。

晶圓背景器的目的和概念類似于通常的石英晶體諧振器的背鍍封裝，通過(guò)沉積金來(lái)控制頻率降低。關(guān)鍵的區(qū)別在于，在晶圓備份系統(tǒng)中的定位更加精確。由于諧振器已經(jīng)在封裝中，可以應(yīng)用于背板的精度受到諧振器可以放置在封裝中的精度的限制（除非使用圖像識(shí)別系統(tǒng)）。由于諧振器仍在晶片上，每個(gè)諧振器的位置都是固定的和已知的。

此外，盡管在這兩種情況下，金通過(guò)一系列孔沉積在諧振器電極上，在晶片背板中，暴露諧振器電極的孔本身是石英晶片，使用與石英晶片相同的工藝和使用產(chǎn)生晶片的相同掩模圖案制作的貼片晶振。因此，孔徑晶片的尺寸和公差為晶片的尺寸，兩者的對(duì)準(zhǔn)度優(yōu)于25 μm。

由于晶片上每個(gè)諧振器在晶片上的位置是固定且已知的，晶片背鍍系統(tǒng)可以使用晶片上的探針墊對(duì)每個(gè)諧振器進(jìn)行探測(cè)，然后自動(dòng)單獨(dú)反轉(zhuǎn)每個(gè)諧振器

四，組裝

在晶片上的所有諧振器被調(diào)整到所需的頻率后，每個(gè)石英晶體諧振器被移除并安裝在一個(gè)陶瓷封裝中。該操作使用半自動(dòng)組裝設(shè)備進(jìn)行，該設(shè)備從晶圓上沖出并拾取出晶體，同時(shí)在晶體封裝上分配導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂。然后，晶體被定位并放置在晶體封裝腔中。(見(jiàn)圖。 3.)這個(gè)副組裝的晶體然后使用匹配的玻璃或陶瓷蓋進(jìn)行密封。

五，電氣特性

回想一下，晶體的隔離模式被電地建模為電容C0，與電感L1、電容C1和電阻R1的一系列組合并行。超微型AT晶體與其較大的同類晶體的主要區(qū)別在于一個(gè)更大的串聯(lián)電阻R1和一個(gè)較小的串聯(lián)電容C1（兩者都是由于電極[3]的面積較小）。在表2中，我們給出了三種不同頻率的CX-4 AT晶體的電學(xué)參數(shù)。使用這些值作為它們較大的CX-1對(duì)應(yīng)物的值（這里沒(méi)有給出），我們發(fā)現(xiàn)R1大約是其較大的CX-1對(duì)應(yīng)物的阻力的2到三倍，而C1大約是CX-1值的一半到三分之一。

在圖4中超微型晶體的阻抗掃描中可以看到，這樣的小晶體可以很好地表現(xiàn)為電，因?yàn)樗鼈兊幕灸Ｅc其他石英晶體的模很好地分離。在大約占晶體基頻5%的頻帶中，只有一種非諧波模式可見(jiàn)。該模態(tài)的電阻足夠高，而且它離主模態(tài)（在頻率上）足夠遠(yuǎn)，因此其影響可以忽略不計(jì)。

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