从这次研究中我们可以知道，激光刻蚀频率微调技术是现在海内外各大晶振厂家，广泛用在石英晶振实际生产中一项新型技术，直接影响了石英晶体谐振器和各种有源晶振的产量，质量和缺陷检测。在本次章节中我们主要讨论了新型频率微调技术的可行性、运行机理、激光刻蚀系统、技术工艺原理和实际损伤等方面。

本论文对新型频率微调技术——石英晶体的激光频率微调技术进行研究,研究内容主要分频率微调的可行性研究、激光频率微调机理的研究、激光频率微调工艺的研究、激光频率微调系统的研究、激光频率微调扩展性的研究等五部分,主要研究成果如下:

1.从理论和实验两方面证实了将激光用于贴片晶振的频率微调的可行性,并获取定量的刻蚀数据。当前国内国际上普遍采用蒸发调频、溅射调频和离子束刻蚀调频。本文提出用激光进行调频尚未发现报导。确定了课题的技术路线:石英晶振激光频率微调可行性证明——→不同的工作环境(即大气环境和真空环境)下微调工艺研究——→不同的刻蚀方式微调工艺研究激光刻蚀系统设计。

2.激光刻蚀机理的研究,包括激光损伤机理的研究,是本课题研究的基础和核心。研究了物质对激光和吸收和反射、激光吸收的机理。研究了激光辐射固体材料的热模型。提出了激光损伤阙值的概念,在低于激光损伤阙值时,不会对SMD晶振晶片产生明显的损伤,在等于或高于阈值时便会产生显微镜可见损伤,并且损伤阈值与激光沉积技术有关,不同的沉积技术其阙值也有所不同。

3.激光刻蚀工艺的研究是实验的主要内容。提出了四变量方法,即大气环境、真空环境、激光减薄和激光刻蚀图形,相当于是影响激光频率微调结果的四个相互独立的自变量,而最终的刻蚀量就是方程的因变量。通过反复的实验,对四个自变量的进行组合和优化,最终得到所需的因变量。在每种具体的工作环境下,运行每一种具体的刻蚀技术时,都找到了激光电流、激光频率和Q脉冲宽度三个参数与微调结果的关系,发现了对于固定的压电石英晶体晶片三个参数均存在一个损伤域值,当超过此域值时就会对晶片产生损伤。同时,对于大气环境和真空环境,域值也有所不同。关于不同刻蚀工艺的研究,分成激光减薄工艺和激光刻蚀图形工艺两种。两种方法各有优、缺点。激光减薄工艺的优点在于,只减薄表面银层,并不伤及晶片本身;同时由于不改变电极有效面积,因而对晶片本身电性能参数影响不大:;刻蚀图形选择较灵活;刻蚀外形美观,肉眼几乎看不出痕迹。而其缺点在于可调的频率微调量小,真空中最大只能调节到500pm左右,而大气中最大只能调节到100pm左右。而激光刻蚀图形工艺,用激光刻蚀图形,把晶片达到2000pm以上的频率微调量。但存在一个明显缺点就是准确性难以把握,较易刻蚀到石英晶体谐振器晶片本身;刻蚀痕迹肉眼可见,因而对于刻蚀图形形状,填充间距等要求较高,并对于晶片的电阻电容性能影响较大。这种方法比较适用于对调节量要求较大,而对晶片性能要求不高的情况。

4.激光刻蚀的系统的研究是对石英晶片频率微调系统提供的整体解决方案整个激光频率微调系统,包括:数据分析系统、激光电源智能化控制器、激光器、高速频率测量采集器及电性能参数检测器,若是在真空环境下激光刻蚀还需要有真空系统。软件方面也提出了软件控制的流程图。用计算机分析控制系统对频率微调过程进行控制。计算机分析控制系统相当于是激光微调加工系统的参数控制部分,接收到频率数据后,与设定值进行比较,将频率差值换算成须扫描功率的差值,再按预先设定,转化为激光电流,脉度宽度和频率等参数。无源贴片晶振的频率达到要求值时,结束加工。整个系统要求采样速度快、定位精度高、控制操作准确。

5.基于前面研究的基础上,进一步探讨激光刻蚀工艺的产业化问题以及在激光光刻,激光缺陷检测方面的应用。激光频率微调技术产业化的问题在于频率漂移现象,这个现象的存在会给实验结果带来误差。解决办法之一就是,找出频率漂移的规律,在微调的时候预留出漂移量,使漂移之后的结果恰好为目标频率。利用激光束的定位准确,移动控制灵活等优点,可以对多片晶片同时进行激光高速扫描,大大提高贴片石英晶振生产效率。利用准分子激光器作为激光光刻光源,可以大大的提高分辨率至特征尺寸0.1-0.07m工艺水平。此外,利用激光扫描,还可以对晶片表面进行缺陷检测,在观察系统中获得被检测缺陷的映象。