激光微調(diào)技術的原理

雖然將激光應用于石英晶振頻率微調(diào)在國內(nèi)外尚處于研究階段,但激光加工技術已經(jīng)是一項非常成熟的技術。與激光頻率微調(diào)技術十分類似的激光調(diào)阻技術已廣泛用于生產(chǎn),它是激光在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)中較為成熟的技術之一,在某些情況下,它是獲得高精度電路和高速生產(chǎn)的唯一方法。發(fā)展至今天,激光調(diào)阻設備每秒鐘可調(diào)200個以上的貼片晶振,貼片電阻等原件,調(diào)阻精度可達±0.01%~0.1%,可見調(diào)阻速度之快、效率之高。

現(xiàn)在世界各地已有數(shù)以千計的激光微調(diào)系統(tǒng)在生產(chǎn)線上運用,主要由美國、日本制造,它們可對厚、薄膜電路及單片電路進行加工。到80年代,激光功能微調(diào)技術也已進入實用階段。而把激光微調(diào)應用于本課題,對石英晶振進行頻率微調(diào)與激光調(diào)阻在原理上有著極大的相似性和可重復性。下面以激光調(diào)阻技術為參考,分析激光頻率微調(diào)技術。

激光調(diào)阻技術是將激光器發(fā)出的脈沖激光束聚焦成很小的光點,達到適當?shù)哪芰棵芏?/span>,對薄、厚膜電阻的導電體進行切割,使之膜層熔融、蒸發(fā),以改變薄、厚膜電阻導體的有效導電面積或有效導電長度,達到調(diào)整薄、厚膜電阻單元阻值的目的。加工時將激光束聚焦在電阻薄膜上,將薄膜物質(zhì)氣化。微調(diào)時首先對電阻進行測量,將數(shù)據(jù)傳送給計算機,計算機根據(jù)預先設計好的修調(diào)方法指令光束定位器使激光按一定路徑切割電阻,直至阻值達到設定值。

薄膜的激光加工一般包括以下幾個過程:激光束經(jīng)聚焦后照射至薄膜表面; 薄膜吸收激光能量;薄膜被加熱、熔化或氣化;在表面張力或噴射作用下材料去除;通過熱傳導熱量散失，連續(xù)的激光刻蝕膜層的過程實際上就是激光掃描石英晶振膜表面的過程,刻蝕后的膜表面實際上是由一個個孔的痕跡組成的。也就是說激光微調(diào)的過程實際上就是不斷重復激光打孔的過程。

鑒于激光頻率微調(diào)技術與激光調(diào)阻技術的極大相似性,以及對于激光打孔的研究國內(nèi)早已開展,并找到了影響激光打孔的工藝參數(shù)及各參數(shù)與孔徑和孔深的關系的事實,可以說本課題采用激光技術是可行的。

石英晶振激光頻率微調(diào)技術

所謂激光頻率微調(diào),就是用激光照射或掃描石英晶振晶體表面電極膜層,使其氣化的方法對石英晶體諧振頻率進行微調(diào)。用高速頻率動態(tài)采集系統(tǒng)對石英晶體諧振頻率進行采集作為反饋信號,控制激光輸出參數(shù)。計算機分析系統(tǒng)接收到頻率數(shù)據(jù)后,與設定值進行比較,將頻率差值換算成需照射功率的差值,調(diào)整脈沖寬度,計算出脈沖個數(shù),控制激光功率輸出,直到石英晶體的頻率達到要求值。具體通過導線即探針將石英晶體諧振器頻率傳導到高速頻率動態(tài)采集系統(tǒng),由此形成閉環(huán)控制達到提高微調(diào)精度的效果。通過光纖傳輸激光束到達石英晶振晶體表面,對其進行氣化以達到調(diào)節(jié)頻率的目的。

如圖26所示:用激光照射對石英晶體進行頻率微調(diào)的方法和設備的設備結(jié)構(gòu)示意圖。首先將石英晶體放置在二維工作平臺5上,高速動態(tài)采集器6檢測到石英晶體的頻率值,經(jīng)處理傳入PC計算機2,計算機經(jīng)分析給出微調(diào)數(shù)據(jù),使激光電源智能化控制器控制激光輸出參數(shù);激光照射在石英晶振,石英晶體鍍銀層上,將鍍銀層表面氣化,然后通過探針導線7將振動頻率傳導到高速動態(tài)采集系統(tǒng)6,采集器將數(shù)據(jù)處理后,給出新的激光輸出參數(shù),出此形成閉環(huán)控制達到提高微調(diào)精度效果。

圖27是激光頻率微調(diào)技術的方法系統(tǒng)框圖。其中111是石英晶振晶體的石英層112是鍍銀層：7是采集器振針。

圖2.8是二維掃描機構(gòu)俯視示意圖。在多片加工時,探針7可以上下移動, 檢測石英晶體的輸出端頻率,向下則接觸石英晶體引出腳,檢測頻率,由激光加工輸出41進行加工。該晶體加工完畢,則向上移動到另一個晶體的位置。