煙臺(tái)三賽拉陶振工藝高效培訓(xùn)課程

1、煙臺(tái)三賽拉陶振工藝高效培訓(xùn)課程目錄：1.陶瓷諧振器的功能2.諧振器的分類3.陶瓷諧振器的外圍電路4.陶瓷諧振器加工工藝諧振器在電路中起時(shí)鐘效應(yīng)，為整個(gè)電路提供一個(gè)特定頻率的脈沖信號(hào)，使電路中各個(gè)元器件在此信號(hào)下有節(jié)奏的完成各項(xiàng)指令。 因?yàn)槿魏斡?jì)算機(jī)或單片機(jī)的工作都是按照一定的節(jié)拍有條不紊的工作，節(jié)拍就是時(shí)鐘信號(hào)，此時(shí)鐘信號(hào)就是由諧振器產(chǎn)生。諧振器主要用于具有信號(hào)處理能力的CPU電路中，尤在單片機(jī)中運(yùn)用廣泛. .計(jì)算機(jī)CPU:處理較為復(fù)雜，龐大的數(shù)據(jù)， 主要用于計(jì)算機(jī)及服務(wù)器的核心處理器。 .單片機(jī)CPU:小型化，可處理簡(jiǎn)單的機(jī)器匯編語言， 完成簡(jiǎn)單的機(jī)器指令。主要用于各電路信號(hào)處理板中。 例如

2、：手機(jī)電路板，汽車點(diǎn)火器的電路板，遙控器， 照相機(jī)，DVD等需單片機(jī)的電路板中。1.諧振器的功能：CPU8051 單片機(jī)所用諧振器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架圖單片機(jī)的信號(hào)處理：?jiǎn)纹瑱C(jī)的型號(hào)不同，所需的工作頻率也就不同，因此為提供特定頻率用到的諧振器的也就不同。 例如：USB1.0的傳輸速度小，數(shù)據(jù)量低，所需的頻率比較小， USB2.0的傳輸速度大，數(shù)據(jù)量高，所需的頻率比較大。 對(duì)于諧振器的特定頻率的要求，客戶端會(huì)根據(jù)所用的單片機(jī)的型號(hào) 決定所需頻率的諧振器。 有時(shí)在一部電路板中需要兩種以上的頻率信號(hào)，因此，必須裝配兩種 以上的諧振器來提供電路所需的脈沖信號(hào)。 我司主要生產(chǎn)的諧振器的頻率：8MHZ,12MH

3、Z,16MHZ,16.93MHZ,20MHZ 25MHZ,40MHZ,48MHZ,50MHZ等頻率。 客戶端選用諧振器的要求諧振器作用 小結(jié)：諧振器就是為電路提供特定頻率的脈沖信號(hào)，使整個(gè)電路中各指令有條不紊的進(jìn)行。起到時(shí)鐘效應(yīng)的作用。2.諧振器的分類：.按照精度可以分為：石英晶體諧振器，陶瓷諧振器。 石英晶體諧振器精度：10PPM 300PPM (0.001% 0.03%) 陶瓷諧振器精度： 300PPM 5000PPM （ 0.03% 0.5%）例1：我司生產(chǎn)的型號(hào)為PATA TW25MHZ的陶瓷諧振器， 客戶要求頻率精度 0.5%，我司生產(chǎn)的產(chǎn)品頻率控制范圍？ （ 25 25 0.5%）

4、MHZ （25+ 250.5%）MHZ 即：24.875MHZ25.125MHZ 此范圍外的產(chǎn)品皆為不合格品。例2：我司生產(chǎn)的型號(hào)為 PATA TW48MHZ的陶瓷諧振器， 三星客戶要求頻率精度：-0.15%+0.05%，我司生產(chǎn)的產(chǎn)品頻率控制范圍？（4848 0.15%）MHZ(48+48 0.05%)MHZ 即：47.928MHZ48.024MHZ 此范圍外的產(chǎn)品皆為不合格品。因此客戶對(duì)頻率要求范圍越寬，越有利于產(chǎn)品收率的提高。相反客戶對(duì)頻率精度要求越高，產(chǎn)品的收率越低。石英晶體諧振器和陶瓷諧振器的差別材質(zhì)的區(qū)別：石英晶體諧振器：利用天然的壓電材料切割成所需的形狀加工而成。 陶 瓷 諧 振

5、 器： 利用人工的方法配制成具有壓電效應(yīng)的粉末，然后將粉末壓制成型，燒結(jié)，制作成所需的產(chǎn)品的尺寸。 由于石英晶體諧振器是由天然材料切割而成，切割的軸向，大小及厚度直接影響到石英晶體諧振器的頻率，因此石英晶體諧振器的頻率會(huì)受到材料大小，厚度，形狀的影響。實(shí)際加工的石英晶體諧振器，往往尺寸較大 ，很能滿足于高集成化，高密度表面貼裝的電路設(shè)計(jì)中。 而陶瓷諧振器可以利用PZT（壓電陶瓷材料）配方的更改，使產(chǎn)品的頻率不受到材料大小的限制，可以滿足高集成化電路的設(shè)計(jì)。 陶瓷諧振器的頻率主要通過壓電材料的厚度決定，厚度越厚，頻率越小 厚度越薄，頻率越大。 精度的差別 石英晶體諧振器：精度很高，能達(dá)到 10P

6、PM300PPM (0.001%0.03%).主要用于高精密儀器及設(shè)備中，如航天航空器，衛(wèi)星設(shè)備等電路中。陶瓷諧振器：精度一般，達(dá)到300PPM5000PPM(0.03%0.5%)主要用于對(duì)頻率精度要求一般的儀器及設(shè)備中，如手機(jī)，USB，玩具，游戲機(jī)，硬盤，MP Player,DVD/VCD,照相機(jī)，遙控器，各種驅(qū)動(dòng)器等。例：鐘表在使用石英晶體諧振器和陶瓷諧振器的時(shí)間誤差。精度的差別是石英晶體諧振器與陶瓷諧振器的主要差別。 目前我司研發(fā)生產(chǎn)的用于SATA接口，精度為：300PPM的陶瓷諧振器 改善了以往用于 PATA接口精度為：5000PPM 陶瓷諧振器精度不夠精密的缺點(diǎn)，有利于爭(zhēng)奪石英晶體諧

7、振器的市場(chǎng)。由于精度高，可以代替一部分石英晶體諧振器，有較為廣闊的市場(chǎng)前景。起振時(shí)間的差別： 石英晶體諧振器的起振時(shí)間較長(zhǎng)，即通電后過較長(zhǎng)時(shí)間才開始起振， 響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，時(shí)間一般在毫秒級(jí)。 而陶瓷諧振器的起振時(shí)間較短，即通電后會(huì)馬上起振，響應(yīng)時(shí)間短，時(shí)間一般在納秒級(jí)。陶瓷諧振器比石英晶體諧振器響應(yīng)快幾個(gè)數(shù)量級(jí)，是陶瓷諧振器一大優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)的差別： 石英晶體諧振器結(jié)構(gòu)：壓電體構(gòu)成，無內(nèi)置電容。 陶瓷諧振器結(jié)構(gòu)：由壓電體和內(nèi)置電容構(gòu)成， 可以應(yīng)客戶要求， 不加內(nèi)置電容部分，只有壓電體。 我司生產(chǎn)的陶瓷諧振器：三個(gè)電極端子為有內(nèi)置電容的諧振器， 兩個(gè)電極端子的諧振器無內(nèi)置電容，需在電路板設(shè)計(jì)時(shí)，將諧振器

8、接地間電路另加電容。 諧振器的電容搭配是為了過濾低頻干擾的信號(hào)，因?yàn)殡娙菥哂型ń桓糁钡淖饔?。使諧振器產(chǎn)生的高頻信號(hào)不受干擾的輸出到CPU總線中。 價(jià)格的差別： 石英晶體諧振器價(jià)格：價(jià)格較高，是陶瓷諧振器的45倍。 陶瓷諧振器的價(jià)格：價(jià)格較為便宜。 可取代石英晶體諧振器的 SATA 300PPM陶瓷諧振器，由于精度較一般陶瓷諧振器-PATA 5000PPM 高，因此單價(jià)要高于 PATA 5000PPM 陶瓷諧振器，而低于石英晶體諧振器，在價(jià)格上取得優(yōu)勢(shì)，來取代石英晶體諧振器。 .按照有源，無源電路分類：無源晶振：需要外圍電路組成一振蕩電路，從而輸出特定頻率的脈沖信號(hào)，自身不能輸出頻率脈沖。 包括

9、： Crystal(晶體） 即：石英晶體諧振器。 resonator (陶振） 即：陶瓷諧振器。 有源晶振：是一個(gè)完整的振蕩電路，無需外圍配置電路，即可輸出特定頻率的脈沖信號(hào)。精度較高，但由于輸出信號(hào)的電平固定，靈活性較差，價(jià)格較高，一般運(yùn)用于高精度要求的電路中。 Oscillator(晶振） 即：振蕩器。 詳見：/view/830834.htm 我司生產(chǎn)諧振器的屬于無源晶振。3.陶瓷諧振器的外圍電路陶瓷諧振器屬于無源晶振，因此需要外圍搭配電路，才可以使其發(fā)生振動(dòng)，并向CPU總線輸出特定的頻率脈沖。 外圍電路采用正反饋電路： 抗耦合振蕩電路： colpitts circuit(考畢茲電路）S-

10、Cera 振蕩電路反相放大器當(dāng)諧振器不振動(dòng)時(shí)，可把它看成一個(gè)平板電容器稱為靜電電容C0，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān)，一般約幾個(gè)PF到幾十PF。當(dāng)晶體振蕩時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的慣性可用動(dòng)態(tài)電感L1來等效。如右上圖：C1諧振器的動(dòng)態(tài)電容，R為諧振器的諧振阻抗：Zr,主要由素子的電阻率、大小、厚度來決定。陶瓷諧振器的一些等效電路實(shí)用式儀器可測(cè)數(shù)據(jù)：諧振頻率：Fr,反諧振頻率：Fa，輸出振動(dòng)頻率：Fosc諧振阻抗：Zr反諧振阻抗：Za靜態(tài)電容：C0內(nèi)置電容：CL1,CL2我司對(duì)以上電學(xué)性能進(jìn)行檢查，以控制產(chǎn)品的電學(xué)性能。諧振器外圍電路IC模塊在單片機(jī)中的兩種形式1.直接利用單片機(jī)中的反相放大器，將

11、諧振器的輸出信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)中的反相放大器進(jìn)行處理后，輸入單片中，此類電路接法為單片機(jī)的內(nèi)部振蕩模式；2.在電路板中設(shè)置振蕩電路專區(qū)，加入反相放大器IC模塊，通過此完整的振蕩電路專區(qū)輸出特定頻率的脈沖信號(hào)，然后將此脈沖信號(hào)引入到單片機(jī)中，此類電路接法為單片機(jī)的外部振蕩模式。 諧振器使用商的典型電路圖：根據(jù)不同使用商的電路設(shè)計(jì)，在客戶初次使用諧振器，建議客戶提供PCB板做匹配性測(cè)試，為客戶提供合適的諧振器。使輸出的波形最強(qiáng)。 因?yàn)榕月穬?nèi)置電容對(duì)諧振器的振蕩頻率有一定的影響： 當(dāng)PCB電路板因焊點(diǎn)的存在，不可避免的產(chǎn)生靜態(tài)電容， 此靜態(tài)電容與旁路內(nèi)置電容一起對(duì)諧振器產(chǎn)生影響： C0：諧振器靜態(tài)電容;

12、 CL:諧振器旁路內(nèi)置電容； C：所用諧振器電路板因焊點(diǎn)產(chǎn)生的靜態(tài)電容。 做匹配測(cè)試主要是測(cè)試客戶PCB板由于焊點(diǎn)產(chǎn)生總靜態(tài)電容值.進(jìn)而根據(jù)客戶的PCB板，配置諧振器的旁路內(nèi)置電容，最終使整個(gè)諧振電路的頻率信號(hào)滿足客戶所需，當(dāng)整個(gè)電路發(fā)生在共振情況下，整個(gè)電路的振動(dòng)幅度最大，因此匹配合適的電容可使得輸出信號(hào)的強(qiáng)度最大，避免信號(hào)微弱的情況發(fā)生。很多不起振的原因是由于諧振器不匹配電路板的原因造成的。CL1CL14.陶瓷諧振器全工藝生產(chǎn)陶瓷諧振器中的核心部件為陶瓷振蕩子，此材料為壓電半導(dǎo)體材料，可以將交變電壓轉(zhuǎn)化為頻率脈沖信號(hào)。諧振器就是利用此材料的機(jī)械諧振特性。壓電特性：鐵電材料具有的一類特性，若

13、對(duì)材料施加壓力，會(huì)有電流輸出，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的特性叫材料的壓電特性；反之，如果給此類材料輸入電壓，材料發(fā)生機(jī)械形變，即將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，此特性叫材料的逆壓電特性。諧振器就是利用了壓電材料的逆壓電性能。.壓電陶瓷的材質(zhì)：最為常用的具有壓電特性的材料為PZT Pb(Zr-Ti)O3壓電材料，為了滿足壓電諧振器的各項(xiàng)電學(xué)性能，往往在PZT的基礎(chǔ)上摻雜一些其他元素來達(dá)到預(yù)期的效果。例如為了增強(qiáng)材料的壓電常數(shù)，可以加入Ca,Sr;為了增強(qiáng)諧振器的頻率穩(wěn)定性，可以加入Ce,Cr,Ni,Co等添加物。 我司材料為PT PbTiO3 壓電材料，在PT的基礎(chǔ)上添加一些其他材料， 達(dá)到最佳的壓電性能。 每個(gè)

14、公司生產(chǎn)的諧振器的配料不同，性能上也有較大的差別，比如MURATA,TDK，S-Cera,最關(guān)鍵的技術(shù)在于壓電陶瓷的配料不同，每個(gè)公司的壓電陶瓷的配料是公司最機(jī)密的一項(xiàng)技術(shù)項(xiàng)目。作為一只品質(zhì)性能好的諧振器所要求的技術(shù)指標(biāo)為：頻率偏差小，溫度穩(wěn)定性好，高的品質(zhì)因數(shù)Q,低損耗內(nèi)阻Zr,高反諧振阻抗:Za,輸出波形強(qiáng)度大，耐高溫性能好，高的居里溫度Tc . 為了達(dá)到以上性能，開發(fā)出性能優(yōu)越的壓電陶瓷配料最為重要。.假燒及燒成工程配制好壓電陶瓷粉末后需要經(jīng)過燒成工程將粉末材料燒結(jié)陶瓷體，什么樣的粉末配比就需要什么樣的燒成條件，往往粉末的研發(fā)工程與燒成工程成為一個(gè)體系，而假燒是為燒成做準(zhǔn)備，假燒將一部分

15、的混合料PbO和TiO預(yù)先混合，在850下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)PbTiO3，是生產(chǎn)燒成工程所需的原料。然后在溫度為1260下進(jìn)行燒結(jié)陶瓷體。 一個(gè)好的壓電諧振器的生產(chǎn)，往往配料是基礎(chǔ)，燒成是關(guān)鍵，如果燒成溫度控制不好，將會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)不充分，最終會(huì)嚴(yán)重影響到壓電振蕩子的電學(xué)性能，導(dǎo)致收率不好，因此對(duì)燒成工程的溫度控制較為嚴(yán)格，如儀器出現(xiàn)異常，燒成溫度發(fā)生上下幅度的變動(dòng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)控制。 在燒成工程后的wafer，密度越大，往往其電學(xué)性能越好，因此在燒成工程對(duì)wafer的密度項(xiàng)目的管理是衡量燒成工程的重要指標(biāo)，往往在沒批次燒成后，會(huì)由品質(zhì)部署抽檢燒成后wafer的密度及實(shí)際燒成溫度，以判定 燒成工程的作業(yè)狀態(tài)

16、。.研磨工程諧振器的型號(hào)不同，其頻率也就不同，為了生產(chǎn)不同頻率的諧振器，主要是通過控制諧振子wafer的厚度來達(dá)到我們預(yù)期的頻率，因?yàn)閣afer的厚度越薄，頻率越大，厚度越厚，頻率越小。每個(gè)頻率的產(chǎn)品都有較為嚴(yán)格的厚度要求，如果厚度有偏差，會(huì)導(dǎo)致完制品陶瓷諧振器的輸出頻率超出客戶要求范圍，最終判定為不合格品，因此研磨工程的wafer厚度的控制尤為重要。 往往在一個(gè)wafer的不同部位的厚度稍有偏差，目前在同一個(gè)wafer內(nèi)厚度散布控制在0.005mm內(nèi)判定為研磨合格品，如果同一個(gè)wafer內(nèi)厚度的差別太大，即wafer的厚度散布過大，在后序工程將一個(gè)wafer切割成幾十個(gè)完制品后，wafer

17、厚的部位做成的完制品的頻率小，wafer 薄的部位做成的完制品的頻率大。如果這兩頻率偏差太大，會(huì)直接影響到產(chǎn)品的頻率收率，因?yàn)榭蛻魧?duì)頻率精度有要求范圍。我司不同機(jī)種的研磨厚度頻率 厚度 8MHZ 0.288 mm10MHZ 0.228 mm12MHZ 0.192 mm16MHZ 0.478 mm16.93MHZ 0.447 mm 25MHZ 0.302 mm40MHZ 0.187 mm48MHZ 0.156 mm50MHZ 0.150 mm 在實(shí)際工作中，每次wafer的厚度稍有差異，先對(duì)每批次的陶瓷powder做小批量的實(shí)驗(yàn)，確定最終的研磨厚度，為此批次的wafer確定更為精確的研磨厚度。購(gòu)

18、置的POWDERS-Cera POWDER.全面成膜利用真空濺射鍍膜（Sputter)工藝將銅和銀鍍到素子wafer 表面做諧振器內(nèi)部電極用。在后序工程-露光工程，蝕刻工程將電極的形狀蝕刻出型。.分極工程分極也叫極化，就是在壓電陶瓷wafer上加一個(gè)強(qiáng)直流電場(chǎng)（或電壓），使陶瓷中電疇沿電場(chǎng)方向取向排列，只有經(jīng)過分極處理的壓電陶瓷片才能顯示壓電效應(yīng)。此工程對(duì)產(chǎn)品的性能影響較大。分極電壓，分極溫度，分極時(shí)間對(duì)素子wafer的影響較大，高的分級(jí)電壓，高的分級(jí)溫度，長(zhǎng)的分級(jí)時(shí)間都會(huì)對(duì)分極有積極的作用； 但過高的分極電壓會(huì)造成不夠致密的素子wafer的擊穿， 過高的分極溫度會(huì)造成分極油揮發(fā)有毒氣體，影響

19、作業(yè)， 過長(zhǎng)的分極時(shí)間會(huì)影響工作效率。 因此合適的分極電壓，分極溫度，分極時(shí)間對(duì)素子產(chǎn)品的性能有較大的影響。如果分極不充分，在后序工程Fa選別時(shí)素子wafer的Fa,Za 收率將受到影響。因此分極充分是此工藝的主要任務(wù)。分極過程：未分極分極分極后壓電特性：根據(jù)電極面積和分極的方向的差異， 諧振器的振動(dòng)方式有很大的區(qū)別。.Fa選別：利用特性選別機(jī)將符合電學(xué)性能要求的wafer選別出來。進(jìn)行下步工序。.電極工藝：露光、蝕刻（etching） 工程：工藝目的：將素子wafer蝕刻出所需電極的形狀和大小。 電極形狀對(duì)產(chǎn)品的影響：不同的電極形狀對(duì)諧振器完制品的振動(dòng)模式有一定的影響，村田公司利用橢圓形的電極設(shè)計(jì)，采用其能阱振動(dòng)模式很好的將產(chǎn)品產(chǎn)生的一次波，五次波消除掉， 留下所需的三次波的振動(dòng)模式。電極大小對(duì)產(chǎn)品的影響：電極大小對(duì)產(chǎn)品的電學(xué)特性有直接的影響，尤其對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)部電容C0，諧振阻抗：Zr，反諧振阻抗：Za，頻寬：F 影響較大。因此，合適形狀，大小的電極對(duì)產(chǎn)品的性能有積極的作用。工程過程：Film露光MaskEtchingH2SO4NaOH感光膜全面成膜電極層Na2CO3.接合工程目的：將產(chǎn)品的三層wafer: base,ks（素子），cap接合成完制品。 作業(yè)方法：1.sheet bond (手動(dòng)作業(yè)）, 2. bond cell（半自動(dòng)化作業(yè)） . 主要作業(yè)方法：b