小體積AT切諧振器的制造工藝
來源：http://www.ytxiaoping.cn 作者：金洛鑫電子 2019年03月02
我們目前已知AT切割是石英晶體生產中，使用次數比較多的一種切割方式，它有著方便量產，成本低的優勢，重要的是可以實現石英晶體諧振器小型化要求。英國IQD晶振公司就熱衷于AT切割生產晶體，并且致力于研發AT切割未被開發的作用和特性。本文的目的是介紹小型薄型的AT切割石英諧振器，及相關的電氣特性和物理性，簡述AT切割晶體的生產方法，請大家仔細閱讀！
生產微型貼片晶振的關鍵因素是能夠生產具有所需尺寸精度和精度的諧振器[1]。由于較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），諸如CX-4的超小型諧振器的生產更加困難。利用制造石英晶體和晶片背板的光刻工藝，可以實現超小型石英晶體的大規模生產。光刻工藝提供了所需的精密微加工和尺寸公差，晶圓背板為最終頻率調整所需的諧振器電極提供精確的金屬沉積[2]。
圖1：三種尺寸的三個AT帶狀諧振器。從左到右：AÊCX-1AÊCX-3和CX-4。
AT切割石英晶體諧振器已用于精密頻率控制已有60多年，是目前使用最廣泛的石英晶體類型之一。雖然傳統的AT晶體是圓盤形的，但是對較小元件的需求導致了微型AT帶的發展。為了滿足制造商對更小元件的需求，IQD Statek開發了一種超小型薄型石英晶體作為其CX-4系列產品的一部分。相比之下，CX-4僅需要CX-1陸地面積的三分之一和CX-3陸地面積的一半左右。（見表1和圖1）。
頻率調整：
雖然晶片上各個諧振器的頻率彼此非常接近，但變化可以高達1％。這種變化歸因于晶片厚度的不均勻性（楔入），并且在較小程度上歸因于金屬化厚度的不均勻性。
圖2：石英晶體晶圓上的125個超小型AT諧振器
晶片上諧振器頻率的變化在其產生中得到考慮，因此每個諧振器現在位于所需的最終頻率之上。然后，使用晶圓背板，在每個諧振器的電極上沉積一層金薄膜，使其頻率降至最終頻率[1]。
晶圓背板的目的和概念類似于封裝中石英晶體諧振器的通常背板-通過沉積金來控制頻率降低。關鍵的區別在于晶圓背板系統的定位要精確得多。由于諧振器已經在封裝中，背板可以施加到諧振器的精度受限于諧振器可以放置在封裝中的精度（除非使用圖像識別系統）。諧振器仍然在晶圓，每個諧振器的位置是固定的和已知的。
圖3：采用CX-4封裝的超小型AT晶體諧振器（密封前）。
在圖4中的超小型晶體的阻抗掃描中可以看到，這種小晶體在電學上表現良好，因為它們的基本模式與其他模式完全分離。在頻帶中，大約5％的晶體是基本的頻率只有一個非諧波模式可見。該模式的電阻足夠高，并且與主模式（頻率）相距足夠遠，其影響可以忽略不計。
圖4：（大致）16ÊMHzCX-4（使用HPÊ4194A獲得）作為頻率函數的阻抗。請注意，在此特定設計中缺少任何重要的非諧波模式。
制造：
典型的超小型AT坯料約為3.50英寸×0.63英寸。由于這種小尺寸，為了獲得可接受的產量，需要大約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，但光蝕刻工藝能夠保持優于1μm的尺寸公差。
光刻工藝從拋光的石英水晶振子晶片（1“×1”或更大）開始。使用電子束真空沉積系統將這些晶片化學蝕刻至預定頻率，清潔并用鉻和金薄膜金屬化。（可以使用其他金屬，例如鋁或銀。）使用掩模和雙對準器光刻地生成AT條帶圖案，其中晶片的頂部和底部表面同時對準和曝光。然后通過隨后的光掩模步驟限定晶體電極和探針焊盤圖案。然后對晶片進行化學金屬和石英蝕刻以形成單獨的AT條帶。最后，使用孔掩模和薄膜金屬沉積將頂部和底部安裝墊連接在一起[2]。
光刻工藝完成后，我們的晶圓包含125個獨立的超小型AT晶體諧振器，如圖2所示。每個諧振器通過兩個小的石英接頭物理連接到晶片，這兩個小的石英接頭還將諧振器電連接到晶片上的探針焊盤。這允許在每個諧振器仍然在晶片上時對每個諧振器進行電測試。
AT切割早已是石英水晶組件產業中，不能缺少的一種加工工序，它比SC切割靈活而且沒有SC切割那么高的成本，最適合用于無源晶振的生產當中。多年前國內許多晶振廠家就引進了AT切割的設備和方法資料，金洛鑫電子就是其中一家，用AT切割方法制造的石英晶振不僅表面光滑無雜質，而且品質穩定，低老化，精度高，方便進行頻率調整。
生產微型貼片晶振的關鍵因素是能夠生產具有所需尺寸精度和精度的諧振器[1]。由于較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），諸如CX-4的超小型諧振器的生產更加困難。利用制造石英晶體和晶片背板的光刻工藝，可以實現超小型石英晶體的大規模生產。光刻工藝提供了所需的精密微加工和尺寸公差，晶圓背板為最終頻率調整所需的諧振器電極提供精確的金屬沉積[2]。
在第二部分中，我們概述了用于制造晶體諧振器晶片的光刻工藝。在第III章中，我們討論了使用晶圓背板進行的最終頻率調整。在第四部分中，我們簡要討論了晶振在其封裝中的最終組裝。最后，在Sec。V我們可以一瞥完成的超小型石英晶體諧振器的電氣特性。
| Part | Width | Height | ||
| Type | (mm) | (mm) | ||
| CX-1 | 8.00 | 3.56 | 1.52 | |
| CX-3 | 6.73 | 2.62 | 1.40 | |
| CX-4 | 5.00 | 1.83 | 1.10 | |
表1：包裝尺寸的比較
圖1：三種尺寸的三個AT帶狀諧振器。從左到右：AÊCX-1AÊCX-3和CX-4。
頻率調整：
雖然晶片上各個諧振器的頻率彼此非常接近，但變化可以高達1％。這種變化歸因于晶片厚度的不均勻性（楔入），并且在較小程度上歸因于金屬化厚度的不均勻性。
圖2：石英晶體晶圓上的125個超小型AT諧振器
晶圓背板的目的和概念類似于封裝中石英晶體諧振器的通常背板-通過沉積金來控制頻率降低。關鍵的區別在于晶圓背板系統的定位要精確得多。由于諧振器已經在封裝中，背板可以施加到諧振器的精度受限于諧振器可以放置在封裝中的精度（除非使用圖像識別系統）。諧振器仍然在晶圓，每個諧振器的位置是固定的和已知的。
圖3：采用CX-4封裝的超小型AT晶體諧振器（密封前）。
圖4：（大致）16ÊMHzCX-4（使用HPÊ4194A獲得）作為頻率函數的阻抗。請注意，在此特定設計中缺少任何重要的非諧波模式。
典型的超小型AT坯料約為3.50英寸×0.63英寸。由于這種小尺寸，為了獲得可接受的產量，需要大約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，但光蝕刻工藝能夠保持優于1μm的尺寸公差。
光刻工藝從拋光的石英水晶振子晶片（1“×1”或更大）開始。使用電子束真空沉積系統將這些晶片化學蝕刻至預定頻率，清潔并用鉻和金薄膜金屬化。（可以使用其他金屬，例如鋁或銀。）使用掩模和雙對準器光刻地生成AT條帶圖案，其中晶片的頂部和底部表面同時對準和曝光。然后通過隨后的光掩模步驟限定晶體電極和探針焊盤圖案。然后對晶片進行化學金屬和石英蝕刻以形成單獨的AT條帶。最后，使用孔掩模和薄膜金屬沉積將頂部和底部安裝墊連接在一起[2]。
光刻工藝完成后，我們的晶圓包含125個獨立的超小型AT晶體諧振器，如圖2所示。每個諧振器通過兩個小的石英接頭物理連接到晶片，這兩個小的石英接頭還將諧振器電連接到晶片上的探針焊盤。這允許在每個諧振器仍然在晶片上時對每個諧振器進行電測試。
AT切割早已是石英水晶組件產業中，不能缺少的一種加工工序，它比SC切割靈活而且沒有SC切割那么高的成本，最適合用于無源晶振的生產當中。多年前國內許多晶振廠家就引進了AT切割的設備和方法資料，金洛鑫電子就是其中一家，用AT切割方法制造的石英晶振不僅表面光滑無雜質，而且品質穩定，低老化，精度高，方便進行頻率調整。
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