激光微調(diào)技術(shù)的原理

雖然將激光應(yīng)用于石英晶振頻率微調(diào)在國(guó)內(nèi)外尚處于研究階段,但激光加工技術(shù)已經(jīng)是一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)。與激光頻率微調(diào)技術(shù)十分類似的激光調(diào)阻技術(shù)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(shù)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(shè)備每秒鐘可調(diào)200個(gè)以上的貼片晶振,貼片電阻等原件,調(diào)阻精度可達(dá)±0.01%~0.1%,可見(jiàn)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(jì)的激光微調(diào)系統(tǒng)在生產(chǎn)線上運(yùn)用,主要由美國(guó)、日本制造,它們可對(duì)厚、薄膜電路及單片電路進(jìn)行加工。到80年代,激光功能微調(diào)技術(shù)也已進(jìn)入實(shí)用階段。而把激光微調(diào)應(yīng)用于本課題,對(duì)石英晶振進(jìn)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(fù)性。下面以激光調(diào)阻技術(shù)為參考,分析激光頻率微調(diào)技術(shù)。

激光調(diào)阻技術(shù)是將激光器發(fā)出的脈沖激光束聚焦成很小的光點(diǎn),達(dá)到適當(dāng)?shù)哪芰棵芏?/span>,對(duì)薄、厚膜電阻的導(dǎo)電體進(jìn)行切割,使之膜層熔融、蒸發(fā),以改變薄、厚膜電阻導(dǎo)體的有效導(dǎo)電面積或有效導(dǎo)電長(zhǎng)度,達(dá)到調(diào)整薄、厚膜電阻單元阻值的目的。加工時(shí)將激光束聚焦在電阻薄膜上,將薄膜物質(zhì)氣化。微調(diào)時(shí)首先對(duì)電阻進(jìn)行測(cè)量,將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)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(dá)到設(shè)定值。

薄膜的激光加工一般包括以下幾個(gè)過(guò)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(guò)熱傳導(dǎo)熱量散失，連續(xù)的激光刻蝕膜層的過(guò)程實(shí)際上就是激光掃描石英晶振膜表面的過(guò)程,刻蝕后的膜表面實(shí)際上是由一個(gè)個(gè)孔的痕跡組成的。也就是說(shuō)激光微調(diào)的過(guò)程實(shí)際上就是不斷重復(fù)激光打孔的過(guò)程。

鑒于激光頻率微調(diào)技術(shù)與激光調(diào)阻技術(shù)的極大相似性,以及對(duì)于激光打孔的研究國(guó)內(nèi)早已開(kāi)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(guān)系的事實(shí),可以說(shuō)本課題采用激光技術(shù)是可行的。

石英晶振激光頻率微調(diào)技術(shù)

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(duì)石英晶體諧振頻率進(jìn)行微調(diào)。用高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)對(duì)石英晶體諧振頻率進(jìn)行采集作為反饋信號(hào),控制激光輸出參數(shù)。計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)接收到頻率數(shù)據(jù)后,與設(shè)定值進(jìn)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(jì)算出脈沖個(gè)數(shù),控制激光功率輸出,直到石英晶體的頻率達(dá)到要求值。具體通過(guò)導(dǎo)線即探針將石英晶體諧振器頻率傳導(dǎo)到高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng),由此形成閉環(huán)控制達(dá)到提高微調(diào)精度的效果。通過(guò)光纖傳輸激光束到達(dá)石英晶振晶體表面,對(duì)其進(jìn)行氣化以達(dá)到調(diào)節(jié)頻率的目的。

如圖26所示:用激光照射對(duì)石英晶體進(jìn)行頻率微調(diào)的方法和設(shè)備的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。首先將石英晶體放置在二維工作平臺(tái)5上,高速動(dòng)態(tài)采集器6檢測(cè)到石英晶體的頻率值,經(jīng)處理傳入PC計(jì)算機(jī)2,計(jì)算機(jī)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(guò)探針導(dǎo)線7將振動(dòng)頻率傳導(dǎo)到高速動(dòng)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(dá)到提高微調(diào)精度效果。

圖27是激光頻率微調(diào)技術(shù)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(jī)構(gòu)俯視示意圖。在多片加工時(shí),探針7可以上下移動(dòng), 檢測(cè)石英晶體的輸出端頻率,向下則接觸石英晶體引出腳,檢測(cè)頻率,由激光加工輸出41進(jìn)行加工。該晶體加工完畢,則向上移動(dòng)到另一個(gè)晶體的位置。