一种石英音叉谐振器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石英音叉谐振器及其制备方法，其中石英音叉谐振器包括基部和设置在基部上的振动臂；所述振动臂上设有一组上凹槽和一组下凹槽，所述上凹槽和下凹槽分别设置在振动臂上相对的两个侧面上，所述上凹槽和下凹槽在振动臂的长度方向上和宽度方向上均交替设置。本发明专利技术的谐振器结构能够降低石英音叉谐振器晶体阻抗CI值，从而提高石英音叉谐振器性能的稳定性，该石英音叉谐振器的制备方法，采用干法刻蚀工艺，同时，先形成上凹槽和下凹槽，再进行刻蚀形成两个振动臂结构，之后形成相互隔离的电极，该方法精度高，工艺流程少，成本低，有效保证产品的质量，可广泛应用于石英音叉谐振器生产和加工的技术领域。叉谐振器生产和加工的技术领域。叉谐振器生产和加工的技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种石英音叉谐振器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及谐振器的
，具体涉及一种石英音叉谐振器及其制备方法。

技术介绍

[0002]石英谐振器因石英晶体优异的压电特性，可以提供稳定的时钟信号和基本频率，广泛应用在各类电子器件中，具有巨大的需求量。近年来，随着手机、智能穿戴产品等的小型化和轻薄化，需要石英晶振片和半导体工艺相结合，方可将石英谐振器的尺寸做的越来越薄和越来越小；其中石英音叉谐振器是石英谐振器在各领域中应用最为广泛的一种，如何将石英谐振器做到更小，性能稳定性更高，仍然是业内一直研发的方向。
[0003]为提高石英谐振器的品质因子，现有的石英谐振器的振动臂上的上表面和下表面均设置有凹槽，且普遍采用横截面呈“H”型的凹槽结构，如说明书附图1所示，但该结构受限于光刻机的精度和独立的曝光操作，传统“H”型结构的振动臂的上下表面的凹槽不易对准，蚀刻深度不同，导致音叉振动臂频率差异大，频率调整量较大，因振动臂振动频率不同导致的振荡失衡会将振动泄漏到基座，使得晶体阻抗变大，音叉工作不稳定。
[0004]同时，现有石英音叉谐振器的加工，均采用耐腐蚀膜铬的湿法刻蚀工艺，通过光刻机先刻蚀出音叉的形状，再蚀刻出凹槽的形状。受限于光刻机的精度和独立的曝光操作，耐腐蚀膜铬的湿法刻蚀速度快，刻蚀量难以控制，会出现刻蚀不均匀的情况，凹槽的刻蚀精度差，蚀刻深度不同，导致音叉振动臂的频率差异大，频率调整量较大，因振动臂振动频率不同导致的振荡失衡会将振动泄漏到基座，导致晶体阻抗变大，音叉工作不稳定。此外，湿法刻蚀，需要经过三次黄光过程，操作工序多，制备所需时间长，物料损耗多，加工成本高。
[0005]再者，传统的音叉振动片需要先蚀刻出音叉形状，再蚀刻出凹槽的形状。后面制备电极的过程，需要在具有凹槽和部分贯通的石英晶体片上面涂胶或喷胶，由于蚀刻后的石英片的表面不均匀和镂空，因此，很难做到均匀涂胶或喷胶，从而影响电极的制备，可能因为电极制备出错而产生废品。综上所述，现有的湿法刻蚀工艺很难保证加工的精度，产品合格率低，因此亟需对现有的石英音叉谐振器的结构及制备方法进行必要的改进和创新。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种石英音叉谐振器及其制备方法，解决现有石英音叉谐振器晶体阻抗CI值高，工作稳定性差的问题，同时，本专利技术的制备方法能够提高加工的精度和效率，从而保证石英音叉谐振器性能的稳定性。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种石英音叉谐振器，包括：
[0008]基部和设置在基部上的振动臂；
[0009]所述振动臂上设有一组上凹槽和一组下凹槽，所述上凹槽和下凹槽分别设置在振动臂上相对的两个侧面上，所述上凹槽和下凹槽在振动臂的长度方向上和宽度方向上均交替设置。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述基部上设有对称的隔振切口，且该基部上连接有
两根平行设置的振动臂。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述振动臂包括与所述基部连接的振动电气部和设置在振动电气部自由端上的调频部，所述上凹槽和下凹槽均设置在所述振动电气部上。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述上凹槽包括平行设置的两列，每列上凹槽的数量为沿所述振动电气部长度方向等间距设置的多个，所述下凹槽包括平行设置的两列，每列下凹槽的数量为沿所述振动电气部长度方向等间距设置的多个。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述上凹槽的横截面形状和下凹槽的横截面形状均为正方形。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述上凹槽的深度和下凹槽的深度均为振动臂厚度的0.6～0.9倍。
[0015]一种如上述的石英音叉谐振器的制备方法，包括如下步骤：
[0016]①
准备一块外表面平整的石英晶片，并清洗去除石英晶片外表面上的杂质；
[0017]②
在石英晶片的上、下表面均通过蒸镀覆设第一耐刻蚀膜；
[0018]③
在第一耐刻蚀膜的表面涂覆一层第一正性光刻胶，并通过曝光和显影在第一耐刻蚀膜的中间位置形成一条分隔凹槽、在分隔凹槽两侧均形成一组图形凹槽及石英音叉谐振器的外部轮廓形状；
[0019]④
通过刻蚀去除分隔凹槽内、图形凹槽内及石英音叉谐振器轮廓之外的第一耐刻蚀膜；
[0020]⑤
清洗去除第一耐刻蚀膜表面上的第一正性光刻胶；
[0021]⑥
在石英晶片的上、下表面分别涂覆一层完全覆盖对应第一耐刻蚀膜的第二正性光刻胶，并通过曝光、显影在第二正性光刻胶上形成连通至第一耐刻蚀膜上面的电极隔离槽；
[0022]⑦
通过蒸镀在第二正性光刻胶的表面和电极隔离槽的底部均涂覆一层相同厚度的第二耐刻蚀膜；
[0023]⑧
清洗去除第二正性光刻胶同时将其上方的第二耐刻蚀膜去除；
[0024]⑨
利用干法刻蚀工艺对石英晶片的上表面进行刻蚀，使石英晶片上表面的分隔凹槽的底部、图形凹槽的底部及石英音叉谐振器轮廓之外所在的石英晶片被刻蚀，形成上分隔凹槽和上凹槽；
[0025]⑩
利用干法刻蚀工艺对石英晶片的下表面进行刻蚀，使石英晶片下表面的分隔凹槽的底部、图形凹槽的底部及石英音叉谐振器轮廓之外所在的石英晶片被刻蚀，从而使石英晶片在上分隔凹槽处断开形成两个振动臂，并在振动臂上形成一组下凹槽，同时在石英晶片上形成石英音叉谐振器的轮廓形状；
[0026]去除裸露在石英晶片表面上的第一耐刻蚀膜，保留第二耐刻蚀膜及其下方的第一耐刻蚀膜；
[0027]通过蒸镀或溅射方法在振动臂中振动电气部的外表面形成一层金属电极；
[0028]通过蚀刻去除石英晶片表面上的第一耐刻蚀膜和第二耐刻蚀膜，从而使石英晶片上、下表面的金属电极相互隔离。
[0029]作为本专利技术的进一步改进，所述第一耐刻蚀膜的材料为金属Cr，所述第二耐刻蚀
膜的材料为Ni
‑
P。
[0030]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤
④
、步骤和步骤中均采用硝酸铈铵溶液和高氯酸的混合液去除第一耐刻蚀膜；所述步骤中采用盐酸溶液刻蚀掉第二耐刻蚀膜。
[0031]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤
⑤
中采用高纯度丙酮清洗去除第一正性光刻胶，所述步骤
⑧
中采用丙酮清洗去除第二正性光刻胶。
[0032]本专利技术的有益效果：
[0033]本专利技术通过在振动臂的上、下表面设置交替排列的上凹槽和下凹槽，区别与传统的凹槽结构，本专利技术的结构克服了传统振动臂的上表面和下表面的凹槽不易对准，蚀刻深度不同，导致音叉振动臂频率差异大，频率调整量较大的问题。振动臂上下表面的上凹槽和下凹槽采用交替排列的方式，避免了加工中需要对准的问题。本专利技术结构振动臂的重量分布更均匀，刚性更好，因此，能够克服现有结构因振动臂刻蚀不均匀，重量分布不均匀造成振动臂各部位的振动频率差异，振动频率不同会导致振动臂振荡失衡，振荡失衡会将振动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石英音叉谐振器，其特征在于，包括：基部和设置在基部上的振动臂；所述振动臂上设有一组上凹槽和一组下凹槽，所述上凹槽和下凹槽分别设置在振动臂上相对的两个侧面上，所述上凹槽和下凹槽在振动臂的长度方向上和宽度方向上均交替设置。2.如权利要求1所述的一种石英音叉谐振器，其特征在于，所述基部上设有对称的隔振切口，且该基部上连接有两根平行设置的振动臂。3.如权利要求2所述的一种石英音叉谐振器，其特征在于，所述振动臂包括与所述基部连接的振动电气部和设置在振动电气部自由端上的调频部，所述上凹槽和下凹槽均设置在所述振动电气部上。4.如权利要求3所述的一种石英音叉谐振器，其特征在于，所述上凹槽包括平行设置的两列，每列上凹槽的数量为沿所述振动电气部长度方向等间距设置的多个，所述下凹槽包括平行设置的两列，每列下凹槽的数量为沿所述振动电气部长度方向等间距设置的多个。5.如权利要求4所述的一种石英音叉谐振器，其特征在于，所述上凹槽的横截面形状和下凹槽的横截面形状均为正方形。6.如权利要求5所述的一种石英音叉谐振器，其特征在于，所述上凹槽的深度和下凹槽的深度均为振动臂厚度的0.6～0.9倍。7.一种如权利要求6所述的石英音叉谐振器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
①
准备一块外表面平整的石英晶片，并清洗去除石英晶片外表面上的杂质；
②
在石英晶片的上、下表面均通过蒸镀覆设第一耐刻蚀膜；
③
在第一耐刻蚀膜的表面涂覆一层第一正性光刻胶，并通过曝光和显影在第一耐刻蚀膜的中间位置形成一条分隔凹槽、在分隔凹槽两侧均形成一组图形凹槽及石英音叉谐振器的外部轮廓形状；
④
通过刻蚀去除分隔凹槽内、图形凹槽内及石英音叉谐振器轮廓之外的第一耐刻蚀膜；
⑤
清洗去除第一耐刻蚀膜表面上的第一正性光刻胶；
⑥
在石英晶片的上、下表面分...

【专利技术属性】
技术研发人员：李京波，韩理想，谢亮，康俊，高伟，
申请(专利权)人：苏州亿波达光电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：