一種sc切或it切晶片的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種SC切或IT切晶片的制備方法，該方法包括以下步驟：(1)低位錯種子片制作：從小籽晶片中挑選出低位錯種籽片；(2)高Q值水晶小Z′塊生長：利用水熱溫差法將挑選出的低位錯種籽片培育成高Q值水晶小Z′塊；(3)晶棒加工：將高Q值水晶小Z′塊加工成晶棒；(4)晶片切割：采用多線切割的方式將晶棒切片；(5)頻率片加工。本發(fā)明不僅解決了原有工藝因兩次轉(zhuǎn)角切割使材料利用率低、工序復雜、生產(chǎn)效率低、人工等綜合成本高的難題，而且確保了晶片定向精度的高度一致性，使產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定可靠。
【專利說明】—種SC切或IT切晶片的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石英晶片的制備工藝，尤其是涉及一種SC切或IT切晶片的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]SC或IT切型石英晶體是目前普通石英晶體的升級換代產(chǎn)品，是未來電子產(chǎn)品向高精尖發(fā)展的主要方向。其技術(shù)原理是選用優(yōu)質(zhì)ZO塊經(jīng)過二次轉(zhuǎn)角切割，生產(chǎn)SC或IT切型石英晶體。與普通石英晶體相比，SC或IT切型石英晶體具有許多優(yōu)點:在零溫度系數(shù)附近，靜態(tài)頻率特性優(yōu)于AT切一個數(shù)量級，快速加熱頻率穩(wěn)定性比AT切改善了兩倍，頻率過沖現(xiàn)象改善了約一個數(shù)量級；sc切石英諧振器的應(yīng)力靈敏低，與AT切相比，為1:830 ;輻射效應(yīng)引起的頻率變化比AT切低兩個數(shù)量級，用其制成的石英晶體諧振器具有老化小，達到10_12/天量級(普通諧振器為10_6天量級)相位噪聲低，短穩(wěn)好，達到10_13秒量級(普通諧振器為10_6秒量級)耐溫區(qū)域?qū)?-55?+85攝氏度)等優(yōu)點。
[0003]傳統(tǒng)制備SC或IT切型石英晶體工藝是:采用Z0°塊加工成板材，利用ZO板材按一次轉(zhuǎn)角21°系列設(shè)計的需要角度定向切割成小晶棒條，通過切割控制角度，后按二次轉(zhuǎn)角34°系列設(shè)計的需要角度定向用線切割將小晶棒條切成長方片并用X射線定向儀全檢角度，再采用頻率片加工工藝對長方片進行粗、中、細研磨，整型或改圓，倒邊，拋光，再利用專用EFG對加工好的晶片進行第二次定向角度全檢，最后對符合要求的晶片進行頻率分選、包裝、檢驗、出貨。該工藝不但兩次轉(zhuǎn)角精確的角度匹配難于控制，加工復雜，材料利用率低下，一次性合格率很低50%左右；而且設(shè)備投入高昂，特別是加工到最后對晶片的角度檢測必須使用上百萬元的國外進口專用EFG。因此，該產(chǎn)品綜合成本高，連續(xù)批量生產(chǎn)難度大，門坎高，困擾著生產(chǎn)商、使用廠家。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種SC切或IT切晶片的制備方法，解決現(xiàn)有SC或IT切型石英晶體制備工藝不但兩次轉(zhuǎn)角精確的角度匹配難于控制，力口工復雜，材料利用率低下，而且設(shè)備投入高昂的問題。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種SC切或IT切晶片的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0006](I)低位錯種子片制作:從小桿晶片中挑選出低位錯種桿片；
[0007](2)高Q值水晶小Z'塊生長:利用水熱溫差法將挑選出的低位錯種籽片培育成高Q值水晶小Zi塊；
[0008](3)晶棒加工:將高Q值水晶小V塊加工成晶棒；
[0009](4)晶片切割:采用多線切割的方式將晶棒切片；
[0010](5)頻率片加工。
[0011]優(yōu)選的，當從轉(zhuǎn)角21°系列方向角的小籽晶片中挑選出低位錯種籽片時，對晶棒進行SC切；從轉(zhuǎn)角19°系列方向角的小籽晶片中挑選出低位錯種籽片時，對晶棒進行IT切。
[0012]優(yōu)選的，晶片切割時，依切割進度定量補充切割液、逐漸增加切割壓力、以慢-快-慢來調(diào)整切割速度。
[0013]優(yōu)選的，所述切割液為砂漿，按照0.5Kg砂漿/2h來補充；從剛切割晶棒表面到鋼絲全部進入晶棒，所述切割壓力按照0.5KG?2.0KG逐漸遞增；切割速度慢時的速度為快時速度的2/3。
[0014]優(yōu)選的，在頻率片加工時，還需要對晶片進行倒邊。
[0015]優(yōu)選的，倒邊的方法為:將晶片放置在旋轉(zhuǎn)的桶狀磨具中進行倒邊，且控制磨具轉(zhuǎn)速以使晶片的離心力略大于晶片與磨具之間的靜摩擦力。
[0016]優(yōu)選的，倒邊時，當轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/分鐘?160轉(zhuǎn)/分鐘時，加入倒邊研磨促進劑的量為50g?10g0
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0018]1、通過大量試驗研制出符合SC、IT切型一次轉(zhuǎn)角標準的低位錯種籽片，并利用種籽片培育出制作晶片的高Q值的小Z,塊，這直接省去傳統(tǒng)工藝Z0°塊板材加工和拉小晶棒條兩工序，減少人力、設(shè)備投入，大幅縮短生產(chǎn)周期，降低電能消耗，從而使晶片綜合成本下降 20% -30% ；
[0019]2、通過改進的切割工藝和倒邊工藝，既確保了晶片兩次轉(zhuǎn)角精度匹配偏差，又大大減小了加工過程對單一角度精度的影響，使晶片一次性合格率可達85%左右；
[0020]3、雙轉(zhuǎn)角SC、IT切型石英晶體具有獨特的優(yōu)勢完全依賴于晶片的兩次轉(zhuǎn)角精度匹配和晶片內(nèi)在品質(zhì)，本發(fā)明在種子培育時選取低位錯種子試驗研究，在生長小V塊時選用優(yōu)質(zhì)的礦石，采用高溫高壓低速率的結(jié)晶工藝(即水熱溫差法)，使其實現(xiàn)高Q值，高純度、雜質(zhì)含量很少，由此保障晶片內(nèi)在品質(zhì)滿足高頻、高穩(wěn)定、高精度的頻率器件設(shè)計需要。

【具體實施方式】
[0021 ] 下面以具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0022]實施例
[0023]本方法的主要工藝流程是:低位錯種子片制作(一次轉(zhuǎn)角21°系列或19°系列)一高Q值水晶小Z'塊生長(功率參數(shù)為主，五段式自動控制方式)一晶棒加工一晶片切割(切割液、切割壓力、速度控制，二次轉(zhuǎn)角)一頻率片加工工藝(倒邊加入研磨促進齊U)—檢驗出廠。
[0024]本方法突破了慣用的兩次轉(zhuǎn)角切割、依靠進口設(shè)備定向挑選工藝，充分利用人工晶體結(jié)晶學原理、水熱溫差法原理，直接選取21°、19°方向籽晶片，并通過試驗分別對應(yīng)研制出SC、IT切種子片培育出Z'塊，再利用Z'塊加工成晶棒并按另一轉(zhuǎn)角批量切割即成。該技術(shù)不但解決了原有工藝因兩次轉(zhuǎn)角切割使材料利用率低、工序復雜、生產(chǎn)效率低、人工等綜合成本高的難題，而且確保了晶片定向精度的高度一致性，使產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定可靠。該產(chǎn)品外形尺寸、頻率可根據(jù)用戶需求生產(chǎn)，用此晶片制成的晶體元器件功耗比使用AT切晶片增加8-10dB，其頻率精度可達±2ppm ;年老化率可達±3ppm ;低相噪小于-150dB。
[0025]本方法的具體工藝步驟如下:
[0026]1、低位錯種子片制作:通過對傳統(tǒng)工藝的分析研究，結(jié)合晶體結(jié)晶學原理，直接選取轉(zhuǎn)角21°系列或19°系列方向角小籽晶片，挑選出低位錯種籽片。其中轉(zhuǎn)角21°系列用于制備SC切晶片，19°系列用于制備IT切晶片。
[0027]2、高Q值水晶小V塊生長:利用選取好的籽晶片，用水熱溫差法培育出符合生產(chǎn)不同晶片尺寸所需的高Q值小Z'塊。在生長小Z'塊時選用優(yōu)質(zhì)的礦石，采用高溫高壓低速率的結(jié)晶工藝(即水熱溫差法)，使其實現(xiàn)高Q值，高純度、雜質(zhì)含量很少，由此保障晶片內(nèi)在品質(zhì)滿足高頻、高穩(wěn)定、高精度的頻率器件設(shè)計需要。
[0028]3、晶棒加工:將培育好的小Z'塊按照傳統(tǒng)工藝的一次轉(zhuǎn)角的精度要求，直接加工成晶棒。
[0029]4、晶片切割:采用多線切割的方式將晶棒切片，切片時要求切出的晶片角度誤差小、平行度好。根據(jù)長期對切割效果監(jiān)測數(shù)據(jù)及切割液濃度隨切割進度變化的定量分析分析發(fā)現(xiàn):①晶片表面平行度既影響晶片角度精度，又制約頻率的穩(wěn)定性；②切割時間越長，所需切割液的濃度越高，且程現(xiàn)出有規(guī)律的二次曲線。對此，經(jīng)過反復實驗定型了以下精細化新工藝:依切割進度定量補充切割液(0.5Kg砂漿/2h)、逐漸增加切割壓力(切割晶片表面時，0.5Kg壓力一 1.0Kg壓力一鋼絲完全進入晶片時，2.0Kg壓力)、調(diào)整切割速度(慢一快一慢，切割速度慢時的速度為快時速度的2/3)。該步驟取得了非常理想的效果，使線切割機切割晶片角度精度滿足±30"以內(nèi)且平行度在0.005mm以內(nèi)的產(chǎn)品合格率達98.5%以上，±60"內(nèi)額產(chǎn)品合格率99.8% ;多刀機切割晶片角度精度滿足±30"以內(nèi)的產(chǎn)品合格率達85 %以上，平行度在0.02mm以的產(chǎn)品合格率內(nèi)達95 %左右，為后工序加工提供了強有力的保障。
[0030]5、頻率片加工:根據(jù)客戶對精片尺寸、頻率、電器參數(shù)的要求，在傳統(tǒng)頻率片加工工藝基礎(chǔ)上增加倒邊。由于石英晶片因其S12材料的易碎，以及其小尺寸的振動困難而對其加工技術(shù)的要求變得非常復雜，倒邊加工晶片外型越小，倒邊難度越高。因此采用了在倒邊的過程中根據(jù)萬有引力定律與不同倒邊速度相結(jié)合，即控制磨具轉(zhuǎn)速以使晶片的離心力略大于晶片與磨具之間的靜摩擦力。根據(jù)倒邊過程中不同頻率，加入不同定量的倒邊研磨促進劑，確保晶片倒邊均勻，本實施例為:當轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/分鐘?160轉(zhuǎn)/分鐘時，加入倒邊研磨促進劑的量為50g?100g。晶片在電勢差作用下能量被有效限制，很好的滿足了能陷理論，頻率精確可靠，實現(xiàn)了低相噪。
[0031]本方法相對于現(xiàn)有工藝，其創(chuàng)新內(nèi)容如下:
[0032]I)種籽片的研究:通過對傳統(tǒng)工藝的分析研究，結(jié)合晶體結(jié)晶學原理，探索直接選取轉(zhuǎn)角21°系列或19°系列方向角小籽晶片，試驗研制出符合SC、IT切型一次轉(zhuǎn)角標準的低位錯種籽片，利用種籽片培育出符合生產(chǎn)不同晶片尺寸所需的高Q值的小Z,塊，利用原子面結(jié)晶角度確保一次轉(zhuǎn)角精度。
[0033]2)節(jié)能降耗的研究:充分分析研究傳統(tǒng)工藝和前述種籽片、小V塊的研發(fā)，拿小V塊按一次轉(zhuǎn)角精度直接加工成晶棒，由此既確保了一次轉(zhuǎn)角的一致性，又省去傳統(tǒng)工藝用zo°塊板材加工和拉小晶棒條兩工序，大幅降低拉小晶棒條因角度偏差造成的浪費材料風險，還減少人力、設(shè)備投入，大幅縮短生產(chǎn)周期，降低電能消耗，從而使晶片綜合成本下降20% -30%。
[0034]3)工藝控制的研究:通過對切割精度、角度精度控制和倒邊工藝的研究，既確保了晶片兩次轉(zhuǎn)角精度匹配偏差，又大大減小了加工過程對單一角度精度的影響，使晶片一次性合格率可達85 %左右。
[0035]4)技術(shù)參數(shù)匹配探索:雙轉(zhuǎn)角SC、IT切型石英晶體具有獨特的優(yōu)勢完全依賴于晶片的兩次轉(zhuǎn)角精度匹配和晶片內(nèi)在品質(zhì)，因此，我們在種子培育時選取低位錯種子試驗研究，在生長小V塊時選用優(yōu)質(zhì)的礦石，采用高溫高壓低速率的結(jié)晶工藝設(shè)計，使其實現(xiàn)高Q值，高純度、雜質(zhì)含量很少，由此保障晶片內(nèi)在品質(zhì)滿足高頻、高穩(wěn)定、高精度的頻率器件設(shè)計需要。
[0036]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，應(yīng)當指出的是，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種SC切或IT切晶片的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)低位錯種子片制作:從小桿晶片中挑選出低位錯種桿片； (2)高Q值水晶小Z,塊生長:利用水熱溫差法將挑選出的低位錯種籽片培育成高Q值水晶小Z'塊； (3)晶棒加工:將高Q值水晶小V塊加工成晶棒； (4)晶片切割:采用多線切割的方式將晶棒切片； (5)頻率片加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SC切或IT切晶片的制備方法，其特征在于，當從轉(zhuǎn)角21°系列方向角的小桿晶片中挑選出低位錯種桿片時，對晶棒進彳丁 SC切；從轉(zhuǎn)角19°系列方向角的小籽晶片中挑選出低位錯種籽片時，對晶棒進行IT切。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SC切或IT切晶片的制備方法，其特征在于，晶片切割時，依切割進度定量補充切割液、逐漸增加切割壓力、以慢-快-慢來調(diào)整切割速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種SC切或IT切晶片的制備方法，其特征在于，所述切割液為砂漿，按照0.5Kg砂漿/2h來補充；從剛切割晶棒表面到鋼絲全部進入晶棒，所述切割壓力按照0.5KG?2.0KG逐漸遞增；切割速度慢時的速度為快時速度的2/3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SC切或IT切晶片的制備方法，其特征在于，在頻率片加工時，還需要對晶片進行倒邊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種SC切或IT切晶片的制備方法，其特征在于，倒邊的方法為:將晶片放置在旋轉(zhuǎn)的桶狀磨具中進行倒邊，且控制磨具轉(zhuǎn)速以使晶片的離心力略大于晶片與磨具之間的靜摩擦力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種SC切或IT切晶片的制備方法，其特征在于，倒邊時，當轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/分鐘?160轉(zhuǎn)/分鐘時，加入倒邊研磨促進劑的量為50g?100g。
【文檔編號】C30B29/18GK104328497SQ201410660826
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】陳金靈, 王天雄, 王顯文 申請人:四川省三臺水晶電子有限公司