一種石英諧振器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石英諧振器的制造方法，包括：通過將上下電極與石英晶片懸離，消除金屬膜附著在石英晶片表面所產(chǎn)生的內(nèi)應力，同時也排除了由于蒸鍍或濺鍍時使用的真空油泵散發(fā)的油氣對石英晶片產(chǎn)生污染引起的石英諧振器輸出頻率不穩(wěn)定。同時在封裝是采用真空技術，將石英晶片內(nèi)部的水、氧化物等雜質(zhì)排出，有效降低外界環(huán)境對石英晶片的影響，提高石英諧振器輸出頻率的穩(wěn)定性。
【專利說明】
一種石英諧振器的制造方法
技術領域
[0001 ]本申請涉及通信技術領域，尤其涉及一種石英諧振器的制造方法。
【背景技術】
[0002]石英晶體是一種具有壓電效應的材料。所謂壓電效應包含正壓電效應和逆壓電效應，其中，采用機械方法使石英晶體發(fā)生形變(例如:采用物理方法使石英晶體表面發(fā)生相對形變)進而導致石英晶體內(nèi)部正負電荷分布不均而產(chǎn)生電極化，這一過程稱為正壓電效應;若采用外加電路為石英晶體提供一定的電場，該電場誘導石英晶體發(fā)生形變，這一過程稱為逆壓電效應。
[0003]石英諧振器是指利用石英晶體的逆壓電效應實現(xiàn)諧振的設備。具體地，在石英晶體上下表面鍍金屬電極，通過外圍電路使石英晶體的上表面金屬電極與下表面金屬電極之間產(chǎn)生電位差，使石英晶體受到電場作用，該電場作用誘導石英晶體發(fā)生形變。當外圍電路使用交變電壓時，石英晶體在交變電場的作用下發(fā)生交變形變。當外圍電路所加交變電壓的變化頻率達到石英晶體的諧振頻率時，誘導石英晶體發(fā)生諧振形變，此時所加的變化頻率作為輸出的振蕩頻率。
[0004]如圖1所示，為傳統(tǒng)的石英諧振器的結構示意圖。從圖1中可以看出，石英諧振器包括上電極、下電極、石英晶片、基座和外殼。其中，上電極和下電極分別通過蒸發(fā)鍍膜或濺射鍍膜的方式附著在石英晶片表面上，如圖2所示，為傳統(tǒng)的石英諧振器中石英晶片與上下電極的結構示意圖；帶有上下電極的石英晶片通過導電膠固定在基座上，如圖3所示，為傳統(tǒng)的石英諧振器中石英晶片與基座的結構示意圖。
[0005]由于石英諧振器中上、下電極對應的金屬膜被附著在石英晶片表面，導致金屬膜內(nèi)表面和石英晶體外表面形成內(nèi)應力，該內(nèi)應力容易誘導石英晶體產(chǎn)生的振蕩頻率發(fā)生漂移，進而使得石英諧振器輸出的振蕩頻率不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本申請實施例提供了一種石英諧振器的制造方法，用于解決現(xiàn)有技術中存在的石英諧振器輸出的振蕩頻率不穩(wěn)定的問題。
[0007]—種石英諧振器的制造方法，包括:
[0008]根據(jù)石英諧振器的設定振蕩頻率，對石英晶體材料進行處理，得到所述石英諧振器中的石英晶片；
[0009]根據(jù)所述石英晶片的物理參數(shù)，確定用于固定所述石英晶片的上電極襯底和下電極襯底；
[0010]分別在上電極襯底和下電極襯底上進行金屬鍍膜，使得金屬膜附著的上電極襯底和下電極襯底；
[0011]封裝所述石英晶片、所述上電極襯底和所述下電極襯底，得到石英諧振器。
[0012]可選地，所述下電極襯底上包含下電極襯底定位缺口和下電極襯底定位臺階，所述下電極襯底定位缺口用于固定所述石英晶片，使所述石英晶片與所述下電極襯底上的下電極金屬膜懸離。
[0013]可選地，在封裝所述石英晶片、所述上電極襯底和所述下電極襯底之前，所述方法還包括:
[0014]分別對所述石英晶片、所述上電極襯底、所述下電極襯底、基座、外殼進行清潔處理。
[0015]可選地，封裝所述石英晶片、所述上電極襯底和所述下電極襯底，包括:
[0016]將所述石英晶片、附著金屬膜的所述上電極襯底、附著金屬膜的所述下電極襯底和基座進行裝配，并在裝配后進行烘烤清洗處理。
[0017]可選地，封裝所述石英晶片、所述上電極襯底和所述下電極襯底，包括:
[0018]采用冷壓焊封方式對所述石英晶片、附著金屬膜的所述上電極襯底、附著金屬膜的所述下電極襯底和基座進行封裝。
[0019]本發(fā)明有益效果如下:
[0020]本發(fā)明實施例通過根據(jù)石英諧振器的設定振蕩頻率，對石英晶體材料進行處理，得到所述石英諧振器中的石英晶片;根據(jù)所述石英晶片的物理參數(shù)，確定用于固定所述石英晶片的上電極襯底和下電極襯底;分別在上電極襯底和下電極襯底上進行金屬鍍膜，使得金屬膜附著的上電極襯底和下電極襯底;封裝所述石英晶片、所述上電極襯底和所述下電極襯底，得到石英諧振器。通過將上下電極與石英晶片懸離，消除金屬膜附著在石英晶片表面所產(chǎn)生的內(nèi)應力，同時也排除了由于蒸鍍或濺鍍時使用的真空油栗散發(fā)的油氣對石英晶片產(chǎn)生污染引起的石英諧振器輸出頻率不穩(wěn)定。同時在封裝是采用真空技術，將石英晶片內(nèi)部的水、氧化物等雜質(zhì)排出，有效降低外界環(huán)境對石英晶片的影響，提高石英諧振器輸出頻率的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1為傳統(tǒng)的石英諧振器的結構示意圖；
[0023]圖2為傳統(tǒng)的石英諧振器中石英晶片與上下電極的結構示意圖；
[0024]圖3為傳統(tǒng)的石英諧振器中石英晶片與基座的結構示意圖；
[0025]圖4為本申請實施例提供的一種石英諧振器的制造方法的流程示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實施例提供的確定的下電極襯底的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為了實現(xiàn)本申請的目的，本申請實施例中提供了一種石英諧振器的制造方法。通過根據(jù)石英諧振器的設定振蕩頻率，對石英晶體材料進行處理，得到所述石英諧振器中的石英晶片；根據(jù)所述石英晶片的物理參數(shù)，確定用于固定所述石英晶片的上電極襯底和下電極襯底;分別在上電極襯底和下電極襯底上進行金屬鍍膜，使得金屬膜附著的上電極襯底和下電極襯底;封裝所述石英晶片、所述上電極襯底和所述下電極襯底，得到石英諧振器。通過將上下電極與石英晶片懸離，消除金屬膜附著在石英晶片表面所產(chǎn)生的內(nèi)應力，同時也排除了由于蒸鍍或濺鍍時使用的真空油栗散發(fā)的油氣對石英晶片產(chǎn)生污染引起的石英諧振器輸出頻率不穩(wěn)定。同時在封裝是采用真空技術，將石英晶片內(nèi)部的水、氧化物等雜質(zhì)排出，有效降低外界環(huán)境對石英晶片的影響，提高石英諧振器輸出頻率的穩(wěn)定性。
[0028]下面結合說明書附圖對本申請的各個實施例作進一步地詳細描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本申請的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有的其它實施例，都屬于本申請保護的范圍。
[0029]圖4為本申請實施例提供的一種石英諧振器的制備流程示意圖。所述方法可以如下所示。
[0030]步驟401:根據(jù)石英諧振器的設定振蕩頻率，對石英晶體材料進行處理，得到所述石英諧振器中的石英晶片。
[0031]在步驟401中，根據(jù)石英諧振器的設定參數(shù)對石英晶體材料進行切割、研磨和拋光，得到石英晶片。
[0032]其中，石英晶片物理參數(shù)滿足石英諧振器的設定振蕩頻率要求。例如:所述石英晶片的固有頻率與石英諧振器的設定振蕩頻率相等。
[0033]該物理參數(shù)包括但不限于石英晶片的大小、石英晶片的形狀、石英晶片的切角、石英晶片的剛度系數(shù)、石英晶片表面的平滑度、石英晶片的厚度、石英晶片的固有頻率等。
[0034]石英晶片的切割可以是指能夠?qū)⑹⒕瑥氖⒕w材料中分離出來的方式，例如，激光切割方式等。
[0035]由于不同的石英晶體器件對石英晶片表面的平滑度要求不同，切割后的石英晶片表面有很多的劃痕和坑洞，此時得到的石英晶片不能直接使用，此時需要對石英晶片按照設定的表面光滑度的要求進行研磨。本實施例中對石英晶片進行研磨，保證石英晶片表面的光滑度達到石英諧振器對石英晶片光滑度的要求，使石英諧振器的輸出頻率達到設定振蕩頻率。
[0036]可選地，在得到石英晶片時，所述方法還包括:
[0037]檢測得到所述石英晶片的物理參數(shù)是否滿足設定規(guī)則。
[0038]這里石英晶片的物理參數(shù)可以是指根據(jù)石英諧振器的設定振蕩頻率，通過切割、研磨和拋光等方式從石英晶體材料中得到的石英晶體片的各個物理參數(shù)的實際值。
[0039]這里的設定規(guī)則可以是指比較得到的石英晶片的物理參數(shù)值與石英諧振器對石英晶片所要求的設定參數(shù)值之間的大小關系，進而判斷得到的石英晶片的物理參數(shù)值與石英諧振器對石英晶片所要求的設定參數(shù)值之間的差值是否達到設定誤差所允許的范圍。
[0040]以石英晶片的物理參數(shù)為大小參數(shù)為例進行說明。
[0041]計算得到的石英晶片的大小參數(shù)值與石英諧振器對石英晶片所要求的設定大小參數(shù)值之間的差值，并確定該差值是否落入設定誤差所允許的范圍，若落入設定誤差所允許的范圍，則確定所述石英晶片的大小參數(shù)滿足設定規(guī)則；否則確定所述石英晶片的大小參數(shù)不滿足設定規(guī)則，需要對所述石英晶片的大小參數(shù)進行調(diào)整。例如:需要重新對石英晶片進行切割、研磨和拋光，直到得到的石英晶片的物理參數(shù)滿足設定規(guī)則為止。
[0042]在本申請實施例中，用于檢測得到所述石英晶片的物理參數(shù)是否滿足設定規(guī)則可以通過監(jiān)測儀器設備，監(jiān)測儀器的精密度滿足對石英晶片精密度的要求。
[0043]步驟402:根據(jù)所述石英晶片的物理參數(shù)，確定用于固定所述石英晶片的上電極襯底和下電極襯底。
[0044]其中，所述下電極襯底上包含下電極襯底定位缺口和下電極襯底定位臺階;所述上電極襯底上包含上電極襯底定位缺口和上電極襯底定位臺階。
[0045]在步驟402中，確定用于固定所述石英晶片的上電極襯底和下電極襯底包括:確定上電極襯底的大小以及下電極襯底的大小、確定上電極襯底的厚度以及下電極襯底的厚度、確定上電極襯底的切角以及下電極襯底的切角、確定上電極的定位臺階以及下電極的襯底的定位臺階、確定石英晶片在下電極襯底的定位缺口以及石英晶片在上電極襯底的定位缺口等。
[0046]需要說明的是，上電極襯底和下電極襯底的材料為非金屬材料，例如:石英或石英玻璃等非金屬材料。
[0047]具體地，根據(jù)所述石英晶片的物理參數(shù)，對非金屬材料進行研磨、切割和激光成型，以確定上電極襯底和下電極襯底。
[0048]可選地，在得到所述石英諧振器中的上電極襯底和下電極襯底時，所述方法還包括:
[0049]檢測得到所述上電極襯底和下電極襯底的各個參數(shù)指標是否滿足設定規(guī)則。
[0050]這里各個參數(shù)指標可以是指上電極襯底和下電極襯底的大小、厚度、定位臺階的位置、定位缺口的大小等。
[0051]這里的設定規(guī)則可以是指得到的上電極襯底和下電極襯底的各個參數(shù)指標與滿足石英晶片的要求的對應參數(shù)指標之間的大小關系，進而確定兩者之間的差值是否在所要求的誤差范圍之內(nèi)。
[0052]具體的檢測方式與步驟401中的檢測方式一致，這里不再做詳細描述。
[0053]圖5為本發(fā)明實施例提供的確定的下電極襯底的結構示意圖。
[0054]從圖5中可以看出，根據(jù)上述石英晶片的設定參數(shù)，確定下電極襯底的襯底膜槽，并在下電極襯底膜槽的邊緣確定下電極襯底的定位缺口，同時在下電極襯底的膜槽邊緣設定定位臺階。在下電極襯底膜槽中，利用蒸鍍或濺鍍的方法將下電極金屬膜附著在下電極襯底膜槽中。
[0055]步驟403:分別對石英晶片、上電極襯底、下電極襯底、基座、外殼進行清潔處理。
[0056]在步驟403中，基座是指用于固定上下電極襯底的部件，外殼是指石英諧振器的外殼。
[0057]為了排除石英晶片、上電極襯底、下電極襯底、基座和外殼等表面的污染物對石英諧振器的影響，提高石英諧振器輸出頻率的穩(wěn)定性，需要對石英晶片、上電極襯底、下電極襯底、基座、外殼進行清潔處理。具體包括:
[0058]將石英晶片、上電極襯底、下電極襯底、基座、外殼放入潔凈的結晶皿中，加入酸性的清洗液并沒過石英晶片、上電極襯底、下電極襯底、基座和外殼。此時將結晶皿放入超聲波清洗機中進行超聲洗滌，超聲時間為Imin?2min，將超聲后的結晶皿放在電爐上加熱，直到清洗液開始沸騰為止，關掉電爐電源，使清洗液自然冷卻。當清洗液冷卻后，將結晶皿中的清洗液倒掉，加入氫氧化鈉溶液進行中和，然后用燒開的純凈水將晶片沖洗干凈，用無水乙醇脫水，再用電爐烘干，得到清洗干凈的石英晶片、上電極襯底、下電極襯底、基座和外殼。
[0059]其中，將清洗液加熱至沸騰和用燒開的純凈水沖洗的目的是除去清洗液中氧氣或其他雜質(zhì)氧化物，排除這些雜質(zhì)對石英晶片、上電極襯底、下電極襯底、基座和外殼的影響作用。
[0060]加入氫氧化鈉溶液的量可以根據(jù)需要確定，這里不做限定，用檢測設備或儀器監(jiān)測中合的溶液的酸堿性，若溶液達到中性后停止加入氫氧化鈉溶液，若監(jiān)測中合后溶液未能達到中性，則繼續(xù)加入氫氧化鈉溶液直至中合后的溶液達到中性為止。加入氫氧化鈉溶液中合后用蒸餾水沖洗并用無水乙醇脫水，目的是將中合后的溶液清楚石英晶片、上電極襯底、下電極襯底等的表面，用電爐烘干，排除蒸餾水或乙醇對石英諧振器的影響。
[0061]步驟404:分別在上電極襯底和下電極襯底上進行金屬鍍膜，使得金屬膜附著的上電極襯底和下電極襯底。
[0062]在步驟404中，將清洗后的上電極襯底和下電極襯底放入鍍膜設備中，用鍍膜工具固定，經(jīng)過抽真空、烘烤和等離子轟擊清洗處理后進行金屬鍍膜，使得金屬膜附著的上電極襯底膜槽和下電極襯底膜槽中，并將附著金屬膜的上電極襯底和下電極襯底在3000C高溫真空的環(huán)境中進行烘烤，烘烤時間不少于I小時，烘烤結束后將附著金屬膜的上電極襯底和下電極襯底自然冷卻。
[0063]在對上電極襯底和下電極襯底進行金屬鍍膜處理時，不同于傳統(tǒng)的制作工藝(對石英晶片進行金屬鍍膜)，能夠排除金屬內(nèi)表面與石英晶片內(nèi)表面之間形成的內(nèi)應力對石英諧振器輸出頻率的影響，提高石英諧振器輸出頻率的穩(wěn)定性。同時也排除了由于蒸鍍或濺鍍時使用的真空油栗散發(fā)的油氣對晶片產(chǎn)生污染引起的石英諧振器輸出頻率不穩(wěn)定的影響。
[0064]步驟405:將石英晶片、附著金屬膜的上電極襯底、附著金屬膜的下電極襯底和基座進行裝配，并在裝配后進行烘烤清洗。
[0065]在步驟405中，將石英晶片固定在下電極襯底的定位缺口中，上電極襯底定位缺口和下電極襯底的定位臺階通過緊密壓制方式使上電極與下電極結合在一起。此時上電極金屬膜與石英晶片之間由于定位缺口存在空隙，使上電極金屬膜與石英晶片之間懸離；下電極金屬膜與石英晶片之間同樣由于定位缺口存在空隙，使得下電極金屬膜與石英晶片之間懸離。
[0066]通過上電極的電極引出端與基座支架相連，在連接處對支架和上電極進行點膠，點膠具體位置滿足石英晶片的要求即可，同樣的方法完成其余支架的點膠;完成點膠后放入烘箱上進行烘烤，固化后取出再利用超聲波、酒精進行超聲清洗，洗凈后放入培養(yǎng)皿用電吹風機吹干。
[0067]其中上電極的電極引出端與基座的相連處用導電膠點膠處理，與傳統(tǒng)的石英晶片通過導電膠與基座相連所使用的導電膠的量存在區(qū)別:用量少于傳統(tǒng)的導電膠用量。這樣能夠減弱石英晶片與基座之間的作用力，對石英諧振器輸出頻率的影響，提高石英諧振器輸出頻率的穩(wěn)定性。
[0068]另外，在點膠后放到烘箱中進行烘烤，能夠顯著的提高導電膠的固化作用，提高石英諧振器內(nèi)部的穩(wěn)定性，提高石英諧振器的防震功能。將固化后的基座利用超聲波、酒精進行超聲清洗，洗凈后放入培養(yǎng)皿用電吹風機吹干，排除了由于裝配后基座表面的雜質(zhì)對對石英諧振器輸出頻率的影響，提高石英諧振器輸出頻率的穩(wěn)定性。
[0069]步驟406:在步驟405之后進行封裝處理，得到石英諧振器。
[0070]在步驟405中，加蓋潔凈的外殼，并放入真空冷壓焊封設備中，先在200°C真空的環(huán)境下烘烤3小時，烘烤結束后，將其自然冷卻，并放入封裝模具中進行抽真空，其真空度達到lE—4Pa以下，在此真空中進行封裝，并將封裝結束得到的石英晶體諧振器在設定125°C的老化箱中進行老化處理。其老化時間長達72小時。
[0071 ]其中，在200°C真空的環(huán)境下烘烤3小時的目的是除去基座和外殼表面的水汽等雜質(zhì)。在真空環(huán)境下進行封裝能夠有效的排除因封裝環(huán)境對上電極金屬膜或下電極金屬膜的影響，防止由于上電極金屬膜或下電極金屬膜氧化、污染而形成質(zhì)量吸附以及由于金屬膜表面顆粒脫落形成質(zhì)量釋放效應導致頻率變化，提高石英諧振器輸出頻率的穩(wěn)定性。
[0072]另外，將封裝好的石英諧振器放到老化箱中進行老化，其老化的溫度高于傳統(tǒng)的石英諧振器的老化溫度，且其老化時間也比普通的石英諧振器的老化時間要長，這種方法得到的石英諧振器穩(wěn)定性高于傳統(tǒng)的石英諧振器的穩(wěn)定性。
[0073]本發(fā)明實施例提供的一種石英諧振器的制造方法，通過將上下電極與石英晶片懸離，消除金屬膜附著在石英晶片表面所產(chǎn)生的內(nèi)應力，同時也排除了由于蒸鍍或濺鍍時使用的真空油栗散發(fā)的油氣對石英晶片產(chǎn)生污染引起的石英諧振器輸出頻率不穩(wěn)定。同時在封裝是采用真空技術，將石英晶片內(nèi)部的水、氧化物等雜質(zhì)排出，有效降低外界環(huán)境對石英晶片的影響，提高石英諧振器輸出頻率的穩(wěn)定性。
[0074]本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法流程圖來描述的。盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域內(nèi)的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0075]顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權項】
1.一種石英諧振器的制造方法，其特征在于，包括: 根據(jù)石英諧振器的設定振蕩頻率，對石英晶體材料進行處理，得到所述石英諧振器中的石英晶片； 根據(jù)所述石英晶片的物理參數(shù)，確定用于固定所述石英晶片的上電極襯底和下電極襯底； 分別在上電極襯底和下電極襯底上進行金屬鍍膜，使得金屬膜附著的上電極襯底和下電極襯底； 封裝所述石英晶片、所述上電極襯底和所述下電極襯底，得到石英諧振器。2.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述下電極襯底上包含下電極襯底定位缺口和下電極襯底定位臺階，所述下電極襯底定位缺口用于固定所述石英晶片，使所述石英晶片與所述下電極襯底上的下電極金屬膜懸離。3.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于，在封裝所述石英晶片、所述上電極襯底和所述下電極襯底之前，所述方法還包括: 分別對所述石英晶片、所述上電極襯底、所述下電極襯底、基座、外殼進行清潔處理。4.如權利要求或I或3所述的制作方法，其特征在于，封裝所述石英晶片、所述上電極襯底和所述下電極襯底，包括: 將所述石英晶片、附著金屬膜的所述上電極襯底、附著金屬膜的所述下電極襯底和基座進行裝配，并在裝配后進行烘烤清洗處理。5.如權利要求或4所述的制作方法，其特征在于，封裝所述石英晶片、所述上電極襯底和所述下電極襯底，包括: 采用冷壓焊封方式對所述石英晶片、附著金屬膜的所述上電極襯底、附著金屬膜的所述下電極襯底和基座進行封裝。
【文檔編號】H03H9/10GK105958961SQ201610269557
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】崔巍, 潘立虎, 葉林, 周偉平, 鄭文強, 王作羽, 劉小光, 王莉, 哈斯圖亞, 李國強
【申請人】北京無線電計量測試研究所