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性能及其生產方法的概述。

一，介紹

AT切割石英晶體諧振器在精密頻率控制中已經應用了60多年，是目前應用最廣泛的晶體類型之一。雖然傳統的AT晶體是盤狀的，但對較小組件的需求導致了微型AT帶的發展。為了滿足制造商對更小部件的需求，Statek公司開發了一種超微型低輪廓石英晶體，作為其CX-4系列產品的一部分。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。（見表1和圖1。）

生產微型石英晶體的一個關鍵因素是能夠產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格的尺寸公差（例如，為了保持適當的寬長比），所以生產像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，使批量生產超微型石英晶體成為可能。光刻過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，用于最終頻率調整[2]。

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

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

二，制造

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

光刻過程從拋光石英晶片（1″×1″或更大）。這些貼片晶振晶片被化學蝕刻到預定的頻率，清洗，并使用電子束真空沉積系統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準器進行光刻攝影生成的，其中晶片的頂部和底部表面同時對齊和曝光。晶體電極和探針墊圖案然后由隨后的光掩蔽步驟來定義。然后對晶片進行化學金屬和石英蝕刻，形成單獨的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。

一旦光蝕刻過程完成，我們的晶片包含125個單獨的超微型AT晶體諧振器，如圖2所示。每個諧振器通過兩個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。這使得在每個諧振器仍然在晶圓上時對其進行電測試。

三，頻率調節

雖然晶圓上的單個諧振器的頻率彼此相當接近，但變化可高達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過程中得到了考慮，因此每個諧振器現在都高于期望的最終頻率。然后，使用晶圓備份器，在每個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，通過沉積金來控制頻率降低。關鍵的區別在于，在晶圓備份系統中的定位更加精確。由于諧振器已經在封裝中，可以應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（除非使用圖像識別系統）。由于諧振器仍在晶片上，每個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，兩者的對準度優于25 μm。

由于晶片上每個諧振器在晶片上的位置是固定且已知的，晶片背鍍系統可以使用晶片上的探針墊對每個諧振器進行探測，然后自動單獨反轉每個諧振器

四，組裝

在晶片上的所有諧振器被調整到所需的頻率后，每個石英晶體諧振器被移除并安裝在一個陶瓷封裝中。該操作使用半自動組裝設備進行，該設備從晶圓上沖出并拾取出晶體，同時在晶體封裝上分配導電環氧樹脂。然后，晶體被定位并放置在晶體封裝腔中。(見圖。 3.)這個副組裝的晶體然后使用匹配的玻璃或陶瓷蓋進行密封。

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別在于一個更大的串聯電阻R1和一個較小的串聯電容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晶體的電學參數。使用這些值作為它們較大的CX-1對應物的值（這里沒有給出），我們發現R1大約是其較大的CX-1對應物的阻力的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為電，因為它們的基本模與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。該模態的電阻足夠高，而且它離主模態（在頻率上）足夠遠，因此其影響可以忽略不計。

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