專利名稱：一種利用超快激光進(jìn)行石英晶體調(diào)頻的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石英晶體生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種利用超快激光進(jìn)行石英晶體調(diào)頻的設(shè)備。
背景技術(shù)：
石英晶體諧振元器件具有體積小、精度高、頻率穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在各種電路中，由于加工工藝及材料特性的離散性，以及石英晶體諧振器元件高頻率精度要求，在生產(chǎn)過程中需要對其進(jìn)行頻率調(diào)整以達(dá)到提定的頻率額定值及誤差范圍。對石英晶體諧振器頻率調(diào)整所依據(jù)的原理是Sauerbrey方程，該方程指出石英晶體諧振頻率變化與晶體表面附著物質(zhì)質(zhì)量的變化呈反向比例關(guān)系，故對石英晶體的頻率調(diào)整方法主要是通過改變其表面物質(zhì)質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)有常用的減質(zhì)量方法及設(shè)備主要有:手工通過砂輪磨削石英晶體兩臂表面以去除石英材料及表面所鍍銀層、自動(dòng)機(jī)電系統(tǒng)及測頻電路根據(jù)測頻結(jié)果通過砂輪進(jìn)行石英晶體自動(dòng)磨削調(diào)頻，以及通過普通長脈沖激光照射石英晶體表面鍍銀層，使其汽化的方法實(shí)現(xiàn)石英晶體諧振頻率微調(diào)。上述對石英晶體諧振器頻率調(diào)整的方式都有缺點(diǎn):1.手工砂輪磨削調(diào)頻勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)速度及頻率調(diào)整誤差范圍受加工人員素質(zhì)影響大；2.自動(dòng)砂輪磨削一次去除石英晶體及表面鍍銀層量難于精確控制，使用較細(xì)顆粒的砂輪進(jìn)行材料去掉則生產(chǎn)效率低，同時(shí)砂輪加工所產(chǎn)生的粉塵及微裂紋會影響石英晶體元件品質(zhì)；3.長脈沖激光照射石英晶體表面鍍銀層，使其汽化的方法可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)微調(diào)，但由于長脈沖激光只能去除表面銀層而不影響底層石英材料，而銀層質(zhì)量相對比例低，故頻率調(diào)整范圍小，由于國內(nèi)晶體生成的頻率離散性大，故難于通過長脈沖激光實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻達(dá)到額定頻率的目的；
4.采用砂輪加工及長脈沖激光加工是一種利用機(jī)械磨削及激光熱效應(yīng)的加工方法，這種方法對石英晶體及表面鍍銀層會生產(chǎn)材料重鑄層或微裂紋效應(yīng)，從而影響晶體成品頻率穩(wěn)定度；5.石英晶體諧振頻率受溫度影響大，故加工熱效應(yīng)所產(chǎn)生的熱量將嚴(yán)重影響測量結(jié)果，從而影響加工后的成品頻率離散性。目前實(shí)現(xiàn)高精度要求的石英晶體諧振器加工一般前道采用砂輪，后道采用長脈沖激光或前道采用粗砂輪后道采用細(xì)砂輪的方法進(jìn)行頻率粗調(diào)與微調(diào)，但這樣工序多而且復(fù)雜，生產(chǎn)效率低?，F(xiàn)有技術(shù)中公開了一種“用激光照射對石英晶體進(jìn)行微調(diào)的方法和設(shè)備”，見公開號為:1412606，
公開日為:2003-04-23的中國專利，該方法是用激光照射石英晶體表面鍍銀層，使其汽化的方法對石英晶體諧振頻率進(jìn)行微調(diào)。用高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)對石英晶體諧振頻率進(jìn)行采集作為反饋信號，控制激光輸出參數(shù)。計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)接收到頻率數(shù)據(jù)后，與設(shè)定值進(jìn)行比較，將頻率差值換算成需照射功率的差值，調(diào)整脈沖寬度，計(jì)算出脈沖個(gè)數(shù)，控制激光功率輸出，直到石英晶體的頻率達(dá)到要求值。具體通過導(dǎo)線即探針將石英晶體諧振頻率傳導(dǎo)到高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)，由此形成閉環(huán)控制達(dá)到提高微調(diào)精度的效果。通過光纖傳 輸激光束到達(dá)石英晶體表面，對其進(jìn)行汽化以達(dá)到調(diào)節(jié)頻率的目的。但該發(fā)明只能針對石英晶體表面鍍銀層進(jìn)行處理，并不能對鍍銀層下面的石英晶體材質(zhì)進(jìn)行處理，而銀層質(zhì)量相對比例低，故所能進(jìn)行的頻率調(diào)整范圍小，由于國內(nèi)晶體生成的初始頻率與額定頻率之間的偏離值差異較大，故難于通過長脈沖激光實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻達(dá)到額定頻率的目的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題，在于提供一種利用超快激光進(jìn)行石英晶體調(diào)頻的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對石英晶體頻率的大范圍精確調(diào)頻，從而提聞晶體成品頻率穩(wěn)定性。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種利用超快激光進(jìn)行石英晶體調(diào)頻的設(shè)備，包括用于放置待加工石英晶體組的裝料架和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，該設(shè)備還包括一用于測量石英晶體諧振頻率的測頻采集模塊，該測頻采集模塊設(shè)置于裝料架上，且與所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電連接；一用于檢測石英晶體位置的在線位置檢測模塊，該在線位置檢測模塊設(shè)置于裝料架上方，且與所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電連接；一超快激光器，該超快激光器通過一 X/Y軸掃描振鏡將產(chǎn)生的激光投射于石英晶體進(jìn)行刻蝕，且該超快激光器與所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電連接；以及一將待加工的石英晶體組傳送到加工位置并能在Z軸上下移動(dòng)的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，該自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)與所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電連接。進(jìn)一步地，所述超快激光器是能實(shí)現(xiàn)材料無選擇性加工的脈沖寬度為皮秒或飛秒的激光器。進(jìn)一 步地，所述自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)包括:料斗、振動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸送料道、插料機(jī)械手以及用于控制裝料架進(jìn)行Z軸上下移動(dòng)的Z軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述料斗設(shè)于振動(dòng)機(jī)構(gòu)上，輸送料道設(shè)置于料斗的側(cè)下方，插料機(jī)械手用于實(shí)現(xiàn)將一組待加工石英晶體插入所述裝料架，Z軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)能驅(qū)動(dòng)裝料架實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:1.脈沖持續(xù)時(shí)間只有幾個(gè)皮秒或飛秒的超快激光具有極高的峰值功率，具有極高的電場強(qiáng)度，足以使石英晶體及表面鍍銀層發(fā)生電離，可以實(shí)現(xiàn)對石英材料及表面鍍銀層同時(shí)進(jìn)行精細(xì)去除的作用，從而實(shí)現(xiàn)大范圍頻率精細(xì)調(diào)整；2.采用本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)上架后的待加工石英晶體一次過程完成調(diào)頻指標(biāo)，無需分次進(jìn)行頻率粗調(diào)與微調(diào)多道工序，可以提高生產(chǎn)效率；3.超快激光加工是一種冷加工方法，其熱影響區(qū)域小，無材料損傷，無微裂紋，無熔融區(qū)域，無重鑄層，無飛濺物及毛刺，故加工后成品頻率穩(wěn)定性好；4.超快激光的冷加工效應(yīng)可以減少諧振頻率溫度漂移特性，從而提高加工實(shí)時(shí)測量精度，故成品頻率離散性好。

圖1是本實(shí)用新型的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
請參閱圖1所示，本實(shí)用新型為一種利用超快激光進(jìn)行石英晶體調(diào)頻的設(shè)備，包括用于放置待加工石英晶體組的裝料架I和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)2，該設(shè)備還包括一用于測量石英晶體諧振頻率的測頻采集模塊3，該測頻采集模塊3設(shè)置于裝料架I上，且與所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)2電連接；一用于檢測石英晶體位置的在線位置檢測模塊4，該在線位置檢測模塊4設(shè)置于裝料架I上方，且與所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)2電連接；一超快激光器5，該超快激光器5通過一 X/Y軸掃描振鏡6將產(chǎn)生的激光投射于石英晶體進(jìn)行刻蝕，且該超快激光器5與所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)2電連接；以及一將待加工的石英晶 體組傳送到加工位置并能在Z軸上下移動(dòng)的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)7，該自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)7與所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)2電連接。在本實(shí)用新型中，所述超快激光器5是能實(shí)現(xiàn)材料無選擇性加工的脈沖寬度為皮秒或飛秒的激光器。所述自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)7包括:料斗(未圖示)、振動(dòng)機(jī)構(gòu)(未圖示)、輸送料道(未圖示)、插料機(jī)械手(未圖示)以及用于控制裝料架進(jìn)行Z軸上下移動(dòng)的Z軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)(未圖示)，所述料斗設(shè)于振動(dòng)機(jī)構(gòu)上，輸送料道設(shè)置于料斗的側(cè)下方，插料機(jī)械手用于實(shí)現(xiàn)將一組待加工石英晶體插入所述裝料架，Z軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)能驅(qū)動(dòng)裝料架實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)。其中，超快激光器所發(fā)出的超快激光投射在石英晶體表面上的圓形光斑有一定的直徑范圍，并有一定的焦深，從而在石英晶體表面刻蝕出一個(gè)小圓槽，該圓槽體積決定了一次位置激光刻蝕所能去除的材料質(zhì)量，從而決定一次位置的頻率調(diào)整量。其測頻采集模塊可以精確測出正在加工的石英晶體諧振頻率，從而計(jì)算出需調(diào)整的頻率差。根據(jù)頻率差，通過改變小圓槽數(shù)量及前后兩次圓槽中心X/Y軸或Z軸步進(jìn)距離，從而實(shí)現(xiàn)不同的頻率調(diào)整量。在線位置檢測模塊通過機(jī)器視覺定位方法實(shí)現(xiàn)對待加工石英晶體模組位置的精確測量，從而指引激光加工位置，實(shí)現(xiàn)快速精確調(diào)頻。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對以上各模塊的智能綜合控制。具體調(diào)整方案是根據(jù)待調(diào)整晶片的頻差與每個(gè)小圓槽對應(yīng)的調(diào)整量，通過超快激光多點(diǎn)多層刻蝕打槽的方式可以進(jìn)行頻率微調(diào)。當(dāng)需要的調(diào)整量小于一個(gè)單位小圓槽的調(diào)整量時(shí)，可以通過減小相鄰圓槽的水平距或垂直距來縮小刻蝕量實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型利用超快激光器加工的材料無關(guān)性，將超快激光投射在石英晶體上，通過X/Y軸掃描振鏡及Z軸移動(dòng)平臺精確控制激光光斑位置，可以實(shí)現(xiàn)對石英晶體表面鍍銀層及晶體材料的精確質(zhì)量去除，從而實(shí)現(xiàn)頻率精確調(diào)整，由于本實(shí)用新型不僅可以去除石英晶體表面鍍銀層，也可以去除鍍銀層下面的石英晶體材質(zhì)，故在保持調(diào)頻精確度的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)頻?？傊ㄟ^超快激光器對石英晶體表面鍍銀層及鍍銀層下的石英晶體材料進(jìn)行刻蝕以改變石英晶體表面質(zhì)量，同時(shí)能減少重鑄層及微裂紋效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對石英晶體頻率的大范圍精確調(diào)頻，從而提聞晶體成品頻率穩(wěn)定性。雖然以上描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實(shí)施例只是說明性的，而不是用于對本實(shí)用新型的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本實(shí)用新型的思想所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種利用超快激光進(jìn)行石英晶體調(diào)頻的設(shè)備，包括用于放置待加工石英晶體組的裝料架和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:該設(shè)備還包括一用于測量石英晶體諧振頻率的測頻采集模塊，該測頻采集模塊設(shè)置于裝料架上，且與所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電連接； 一用于檢測石英晶體位置的在線位置檢測模塊，該在線位置檢測模塊設(shè)置于裝料架上方，且與所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電連接； 一超快激光器，該超快激光器通過一 X/Y軸掃描振鏡將產(chǎn)生的激光投射于石英晶體進(jìn)行刻蝕，且該超快激光器與所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電連接； 以及一將待加工的石英晶體組傳送到加工位置并能在Z軸上下移動(dòng)的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，該自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)與所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超快激光進(jìn)行石英晶體調(diào)頻的設(shè)備，其特征在于:所述超快激光器是能實(shí)現(xiàn)材料無選擇性加工的脈沖寬度為皮秒或飛秒的激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超快激光進(jìn)行石英晶體調(diào)頻的設(shè)備，其特征在于:所述自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)包括:料斗、振動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸送料道、插料機(jī)械手以及用于控制裝料架進(jìn)行Z軸上下移動(dòng)的Z軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述料斗設(shè)于振動(dòng)機(jī)構(gòu)上，輸送料道設(shè)置于料斗的側(cè)下方，插料機(jī)械手用于實(shí)現(xiàn)將一組待加工石英晶體插入所述裝料架，Z軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)能驅(qū)動(dòng)裝料架實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)。`
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種利用超快激光進(jìn)行石英晶體調(diào)頻的設(shè)備，包括用于放置待加工石英晶體組的裝料架和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，該設(shè)備還包括一用于測量石英晶體諧振頻率的測頻采集模塊，該測頻采集模塊設(shè)置于裝料架上；一在線位置檢測模塊，該在線位置檢測模塊設(shè)置于裝料架；一超快激光器，該超快激光器通過一X/Y軸掃描振鏡將產(chǎn)生的激光投射于石英晶體進(jìn)行刻蝕；以及一將待加工的石英晶體組傳送到加工位置并能在Z軸上下移動(dòng)的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電連接。其通過超快激光器對石英晶體表面鍍銀層及鍍銀層下的石英晶體材料進(jìn)行刻蝕以改變石英晶體表面質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)對石英晶體頻率的大范圍精確調(diào)頻，從而提高晶體成品頻率穩(wěn)定性。
文檔編號B23K26/42GK203124966SQ20132009400
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者林志雄, 黃劍航 申請人:莆田學(xué)院