CC BY
162
УДК 621.372.412
Р. Ю. ГОШЛЯ
Омский государственный технический университет
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КВАРЦЕВЫХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ С ИНВЕРТИРОВАННОЙ МЕЗАСТРУКТУРОЙ
В данной статье рассматривается способ изготовления кварцевых кристаллических элементов в форме инвертированной мезаструктуры, позволяющий уменьшить разброс по значению частоты кристаллических элементов после глубокого химического травления.
В литературе описываются способы изготовления кварцевых кристаллических элементов, включающие многоэтапную механическую обработку кварцевых пластин, обладающие высокой трудоемкостью и малым процентом выхода годных сверхтонких кварцевых пластин высокочастотного диапазона.
В работе [1] реализуется многоступенчатый процесс механической обработки с последовательным уменьшением размера зерна абразива и последующий длительный процесс оптической полировки, а также этапы предварительного и окончательного скругления кварцевых кристаллических элементов.
Недостатком данного способа является то, что продолжительный и трудоемкий процесс механической обработки кварцевых кристаллических элементов занимает большую часть времени изготовления кварцевых резонаторов и монолитных фильтров, а также кварцевые резонаторы, изготовленные по данному способу, не отвечают современным требованиям по динамическим параметрам (особенно динамическому сопротивлению).
Технологический процесс изготовления тонких кварцевых пластин, описанный в [2], который включает следующие основные этапы технологических операций: односторонняя обработка поверхности с использованием оптического контакта, вывод клино-видности путем перемещения эксцентричной нагрузки и использование пневматического микрометра, измерение механических параметров пластин методом интерференционных полос одинаковой ширины при
отражении, определение царапин и раковин.
Недостатком данного технического решения является то, что присутствует высокотрудоемкий технологический процесс механической обработки, а также невозможность изготавливать кварцевые кристаллические элементы сверхтонкой толщины порядка 0,025 мкм (65 МГц по основному обертону) для современных кварцевых резонаторов и монолитных фильтров.
В настоящей статье была опробована технология изготовления КЭ с инвертированной мезаструктурой путем применения группового селективного травления. КЭ изготавливались в следующей последовательности:
1. Механическая обработка кварцевых заготовок размером 15x15x0,2.
2. Нанесение защитного покрытия с топологией, показанной на рис. 1а.
3. Глубокое химическое травление инвертированной мезаструктуры в растворе № 1 с характеристиками, показанными на рис. 2.
4. Снятие защитного покрытия
5. Напыление защитного покрытия с топологией (рис. 1б).
6. Деление заготовки на кристаллические элементы скоростным травителем (в растворе № 2) с характеристиками, показанными на рис. 3.
В качестве травящего раствора использовались растворы на основе плавиковой кислоты и щелочи с характеристиками, показанными на рис. 3 и 4.
Преимущество данной технологии заключается
Г
1
, 1
б)
Рис. 1. Топологии защитных покрытий для изготовления КЭ методом группового-селективного травления
Таблица 1
Динамические параметры кварцевых резонаторов
№ резонатора Частота последовательного резонанса, кГц Значение динамической индуктивности, мГн Значение динамического сопротивления, Ом № резонатора Частота последователь-ного резонанса, кГц Значение динамической индуктивности, мГн Значение динамического сопротивления, Ом
1 65000,1 1,2 7 6 65000,4 1,15 8
2 65000,4 1,2 10 7 65000,5 1,2 9
3 65000,5 1,32 9 8 65000,3 1,2 10
4 65000,4 1,25 9 9 65000,2 1,19 11
5 65000,4 1,2 15
Яг,мкм 0,1 0,08 0,06 охи 0,02
\
\ \
\ V N •
Ч - - --
—
10 20 30 А мкм
Рис. 2. Зависимость шероховатости поверхности кварца от глубины травления (- раствор на основе 45% плавиковой кислоты, --- раствор на основе щелочи)
V, жм/ш. 15
Ю 05
1 {
1 !
/ { !
/ 1 !
/ / г
У
50 60 70 80 9 0 901 50
Рис. 3. Зависимость скорости травления от температуры раствора ( - на основе плавиковой кислоты, ---- щелочи)
в том, что при использовании групповой технологии селективного травления элементов повышается технологичность изготовления сверхтонких кристаллических элементов с инвертированной мезаструктурой за счет снижения операций механической обработки, что приводит к увеличению процента выхода годных КЭ, снижению разброса по значению частоты кристаллических элементов за счет равного времени травления заготовок.
По данной технологии были изготовлены опытные образцы кварцевых кристаллических элементов АТ-среза (ух1/ + 35°10') с геометрическим размерами первоначальной заготовки 15х15х°,2 мм. После проведения последовательности операций селективного травления были получены кварцевые кристаллические элементы
с инвертированной мезаструктурой с геометрическим размерами 4,5х4,5х°,08 мм в количестве 9 штук с заготовки, при этом диаметр рабочей области составил 3,0 мм и толщина КЭ с инвертированной мезаструктурой составила 0,025 мм. Из данных кристаллических элементов были изготовлены высокочастотные фильтровые кварцевые резонаторы на частоту 65 МГц, с динамическими параметрами указанными в таблице 1.
В настоящие время предприятиями России выпускаются кварцевые резонаторы с кристаллическими элементами в форме обратной мезаструктуры, динамическое сопротивление которых находится в диапазоне от 20 до 60 Ом, что затрудняет изготовление кварцевых фильтров с малыми потерями в полосе пропускания.
Резонаторы, выполненные по данной технологии, позволили получить значение динамического сопротивления в диапазоне от 7 до 15 Ом, что сделало возможным практическое изготовление резонаторных кварцевых фильтров с потерями в полосе пропускания порядка 2 дБ и улучшило чувствительность приемников. Технология селективного травления кварца позволяет сократить цикл изготовления высокочастотных кварцевых резонаторов до одного месяца.
Описанное в настоящей работе технологическое решение имеет патент на изобретение № 2287218 от 20.07.2006 г. Данная технология изготовления кварцевых кристаллических элементов актуальна для применения в ФГУП ОНИИП и ФГУП ОПЗ им. Н.Г. Козицкого, а также на предприятиях Москвы — ОАО «Пьезо» и Санкт-Петербурга — ОАО «Морион».
Библиографический список
1. Л. И. Глюкман «Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы» : — Л. Энергия —1969г.— 260 с., с ил.
2. А. Г. Смагин «Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы и их применение»: — М.Издательство комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете министров СССР—1967г. -261 с., с ил.
ГОШЛЯ Роман Юрьевич, аспирант кафедры «Технология электронной аппаратуры».
Дата поступления статьи в редакцию: 12.09.2007 г. © Гошля Р.Ю.
