分子泵在晶振行业的应用

2023-02-06 18:17:57 北京中科科仪股份有限公司

晶振是晶体振荡器的简称，被誉为电子产品的心脏，是电路中常用的时钟元件，它的主要作用是向系统提供基准频率，广泛用于资讯设备、移动终端、智能穿戴、物联网等领域。电子电路的正常工作，离不开规律、稳定的“时钟信号”，在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。如此精准的时钟信号是怎么产生的，晶振器件又是如何生产制造的，让小编带您一起走进“晶振的世界”。

图一：晶体振荡器

时钟信号是如何产生的？

石英晶振的主要功能材料为水晶，即一种化学成分为二氧化硅（SiO2）的六角锥形结晶体。

图二：石英晶体的形态

石英之所以成为谐振器的原材料，是由于它具有正（机械能→电能）、逆（电能→机械能）压电效应。如果沿石英晶片的电轴或机械轴施加压力使晶片产生形变，那么垂直于这些轴的两个表面则会产生电荷，这种现象称为正压电效应。如果在石英晶体两个表面施加电场，则晶片在电轴和机械轴方向将延伸或压缩，这种现象称为逆压电效应。基于这种特性，当石英晶振置于交变电场中时，晶体的体积会发生周期性的压缩或拉伸，形成了晶体的机械振动。当交变电场的频率等于晶片的固有机械谐振频率时，晶片的机械振动幅度最大，产生共振现象。

图三：交变电场中石英晶体的机械振动

工艺流程及真空技术应用

石英晶振主要原材料为晶片、基座、外壳、锌白铜、上盖等。生产流程包括切割、清洗、镀银、点胶、封焊、密封等数十项环节。由于工艺流程繁复，生产过程中每一道工序都需要严格的品质把控。比如，保证优良的气密性，避免微尘掉落，严控石英切割研磨角度等。

图四：石英晶振工艺流程图

在晶振的生产制造流程中，<镀银>、<微调>和<焊封>这三道工艺会使用到分子泵产品。下面将分别介绍这三种工艺流程、所需设备及真空需求。

镀银机

在制造石英晶振元件的过程中，需要在已经切割好的基材上进行双面镀银，形成双面电极，镀银所用的镀银机通常被称为真空式被银机。过去几年真空式被银机的高真空获得多采用扩散泵，因为品质和节能要求，分子泵逐渐在行业内替代扩散泵的位置。

图五：镀银机

微调机

微调机采用离子刻蚀的方法调整晶片表面电极的厚度，使晶体谐振片频率达到目标振荡频率，设备配备双输送舟可以装载1280个晶振元件，设备实时监控晶体振荡频率，可以同时处理64个晶振元件。微调机真空腔室分为预备室和微调室，当设备开启时，预备室真空度将从大气压降到几十帕，微调室真空度最终降为10-3~10-4 Pa，微调室内的高真空获得多采用分子泵。

图六：微调机

封焊机

封焊工艺是将上盖与基座焊接封合，以保证产品的老化率符合要求。其中无源晶振可以直接充氮气密封，而有源晶振则需要加起振芯片后密封。在封焊机真空退火工艺部分，采用分子泵获得高真空。

图七：封焊机

小结

近年来，随着5G、汽车电子、移动终端等下游应用的蓬勃发展，晶振行业迎来新机遇。作为真空行业解决方案专家，中科科仪在晶振领域有着丰富的经验，先后为众多晶振设备制造厂商提供全系列真空产品及定制化解决方案，并受到了业界企业一致赞誉与信赖。未来，中科科仪将持续深耕行业细分领域，坚持为客户提供更加优质的产品和服务。