离子蚀刻技术下石英晶振的频率微调的实现分析.pdf

内燃机与配件 0 引言 频率微调是石英晶振加工中涉及频率调整的最后一 道工序 其加工方法包括手工打磨 蒸发频率调整法 离子 蚀刻法等 手工打磨是石英晶振频率微调最初使用的方 法 在先进技术不断更新的环境下 该方法表现出明显的 效率低 合格率 精度低等弊端 已经逐渐被取代 蒸发频 率调整法的弊端在于石英晶片镀膜会出现偏移 镀膜强度 不均匀 离子蚀刻法尽管不存在镀膜偏移及强度不均匀等 问题 但也会在加工后数秒内出现一定的频率偏差 造成 其最终的微调精度 生产效率较低 还无法完全取代蒸发 频率调整法 因此 本文探讨了石英晶振频率微调机理及 离子蚀刻技术特性 分析离子蚀刻后的频率偏差现象 并 提出相应的处理方法 使得离子蚀刻法的精度大大提升 1 石英晶振微调原理 1 1 频率微调原理 本文以某石英晶体上按一定方位角切下的音叉薄片 32768Hz 双电极型表晶结构为例进行分析 在其两个对应 面上涂敷银层作为电极 将电极与管座引脚相连 用圆形 金属外壳封装 Sauerbrey 方程描述了石英晶体谐振频率与银电极层 间的质量变化关系 其表达式为 f 2 mf 2 0 A q q 其中 f 表示的是晶片频率变化量 f0表示的是晶片 原始谐振频率 m 表示的是晶片质量变化 q表示晶体 剪切弹性模量 q表示石英晶体密度 A 表示的是晶片有 效面积 对于某特定晶片 f0 q q都是常数 由该式可知 银层质量变化时 谐振频率也会变化 且二者的变化方向 相反 1 2 微调工序及机理 表晶的微调是在晶片制造 被银 频率粗调后对晶片 频率进行的细微调整 是将粗调后的晶片频率向压封前目 标频率调整 表晶微调通常是根据 Sauerbrey 方程原理 在 改变银层质量的基础上进行的频率微调 2 离子蚀刻的石英晶振频率微调技术 2 1 离子蚀刻方法 用高能离子束照射被加工的音叉片表面 对其表面的 金属层进行蚀刻 使其变薄 达到频率微调目的 石英晶振 频率调整过程中 可在低于 2 3mm2面积内进行照射 得 到低于 beam 电压 1000V 接近 10mA cm2的高离子束电流 密度 使蚀刻速度发生变化 离子束蚀刻时间为 1 2s 搬 送时间及离子束蚀刻前后的测量时间渐近 2s 当关闭挡 板存在离子束引出时 0 5mm 厚的不锈钢挡板会在 20h 以 后穿孔而无法使用 因此 应在挡板动作时切断离子束 仅 维持放电状态 离子束电源的切断采用的是高压继电器 可延长挡板使用时间 同时 高压继电器动作时间可控制 在 2ms 以内 比机械式挡板 15ms 的动作时间要短 调整 精度也更高 2 2 离子蚀刻后数秒内频率的偏移 离子蚀刻后石英晶振频率会出现一定的偏移 不利于 石英晶振精度的调整 图 1 展示的即为离子蚀刻后数秒内 石英晶振频率偏移情况 图 1 离子蚀刻后数秒内石英晶振频率偏移图 2 3 离子蚀刻后数秒内频率偏移处理方法 通常 离子蚀刻后数秒内石英晶振频率偏移是由石英 晶振频率 晶片形状 离子束电压 电流密度 照射时间等 所决定的 因此 我们不仅要对不同离子束电压下的频率 偏移情况进行测试 还设计了基于离子蚀刻的频率微调工 艺 当离子束电压升高时 蚀刻速度加快 调整量增加 频 率偏移加大 且频率偏移量与调整量表现出线性关系 因 此 我们可在预调整的基础上分析调整量与频率偏移的关 系 继而以再次调整前获取的频率对偏移情况进行预测 计算得到控制挡板开闭时间 控制挡板精确 减小离子蚀 刻后的频率偏移 3 离子蚀刻的石英晶振频率微调技术实践应用优势 离子蚀刻的石英晶振频率微调技术 使石英晶振频率 离子蚀刻技术下石英晶振的频率微调的实现分析 沈锦雷 徐露 南京中电熊猫晶体科技有限公司 摘要 近年来 随着机器的小型化发展 石英晶振生产企业也更加关注石英晶振精度的提升 而在石英晶振生产过程中 频率微调 是影响石英晶振精度的重要因素 文章结合石英晶振频率微调机理及离子蚀刻技术特性 研究了离子蚀刻的石英晶振频率微调技术 重点解决了离子蚀刻后数秒内频率偏移问题 提出了具体的处理方法 以期为石英晶振精度的提升提供可行性方案 关键词 离子蚀刻技术 石英晶振 频率微调 148 Internal Combustion Engine Parts 0 引言 在我国数控技术专业教学的过程中 教师应当合理应 用产品化实训教学方式 对其进行严格的考核 创新考核 工作形式 对内容进行拓展 将教学与生产等工作联系在 一起 逐渐提高教学评价的科学性与有效性 达到预期的 工作目的 1 传统考核评价方式的问题分析 在使用传统考核评价方式期间 还存在一些问题 无 法满足当前实际发展需求 难以建立专门的教育管理机制 对其进行管控 导致工作效果降低 具体问题为 1 1 考核形式较为单一 教师还没有根据考核工作要求建立专门的创新机制 难以对考核形式进行创新 无法利用现代化工作方式将理 论考核与实践操作考核等融合在一起 导致工作效率降 低 一些学生在学习期间 受客观与主观因素的影响 未能 更好地通过考试 导致学习成绩降低 在单一的考试形式 下 无法激发学生的学习兴趣 难以利用现代化工作方式 开展相关工作 导致教学工作效率降低 1 2 考核工作内容滞后 在实际考核期间 教师只重视国家职业技能鉴定要 求 对考核内容进行设置 根据考试大纲等设置相关机 制 在日常练习中 将相关考核内容与学生的实践操作 融合在一起 使得学生的学习效率降低 无法培养其实 践操作能力 甚至会影响数控技术专业教学工作的长远 发展 2 产品化过程考核体系的建设措施 在建设相关考核体系的过程中 应当全面分析社会产 业实际需求 将培养技能型人才作为最终的教学目的 建 立项目教学机制 逐渐提高工作可靠性与有效性 在此期 间 应当明确考核工作衡量标准 根据当前实际教学与发 展需求 建立健全考核工作机制 完善相关内容 提高现代 化教学工作效果 2 1 明确评价体系的建设依据 在建设相关考核评价体系的过程中 应当将其与学生 实训全过程联系在一起 遵循客观性与真实性的工作原 则 通过考核结果更好地反应学生参与相关实训的学习效 果 使得学生明确自身存在的学习问题 同时 要对考核评 价内容进行创新 在过程化考核的基础上 建立专门的实 训体系 明确学生的技能掌握能力 提高现代化教学工作 效果 数控技术 就是采用数字控制的方法对某一工作过 程实现自动控制的技术 它所控制的通常是位置 角度 速 度等机械量和与机械能量流向有关的开关量 数控的产生 依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现 因此 教 师应当根据学生数控技术的使用情况开展相关评价工作 以便于明确学生是机械学习情况 发挥现代化教学工作的 积极作用 2 2 平时成绩的考核评价 对于平时成绩而言 教师应当将学生迟到次数 早退 次数 旷课次数等列入成绩评价机制 根据学校规定开展 相关工作 认真仔细的完成任务 以此规范学生的行为 提 高其学习积极性 达到预期的教学目的 2 3 实训过程的考核评价 在对实训过程进行考核与评价的过程中 应当明确机 床操作要求 对其进行合理的维护 建立专门的使用机制 要求学生文明生产 提高操作工作的安全性与可靠性 例 如 在讲解 数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板 出 现带自动换刀装置的数控机床 使数控装置进入了第二 代 相关知识的时候 可以对学生知识背景的掌握情况进 行评价 保证教学评价工作可靠性与有效性 提高教师工 作者简介 王巍 1988 男 辽宁铁岭人 实验员 助理实验师 研 究方向为数控技术 微调精度达到甚至超过蒸发频率调整法 同时 该技术无 需供给辅料 可一定程度上压缩加工时间 提高加工效率 节约加工成本 也不会辅料的添加而污染制品 减弱制品 电气特性 加工后无多层电极膜出现 膜强度更高 频率稳 定性更强 通过对离子蚀刻后数秒内频率偏移进行有效处 理方法 可以用该方法取代蒸发频率调整法进行石英晶振 频率微调 参考文献 1 董磊 武红鹏 基于光激励的音叉式石英晶振谐振频率的 测量方法及装置 P 山西 CN103884419A 2014 06 25 2 吴琦 石英晶振的原理与电路组成设计 J 吉林广播电视大 学学报 2010 04 44 45 3 邵净羽 石英晶振器件的激光刻蚀频率微调研究 D 浙江 大学 2008 数控技术实训教学产品化过程考核评价体系探索 王巍 渤海船舶职业学院 兴