压电水晶无籽晶声表晶片的制备方法

摘要

压电水晶无籽晶声表晶片的制备方法，属于一种声表面波器件材料的制备方法，目的是解决国内外现有制备方法存在的生产周期长、成品率和材料利用率低、成本高的问题，主要步骤是将籽晶放置在高压釜内采用水热温差法培育水晶，然后再切割成水晶晶片，其中籽晶是声表面波传播方向角度、尺寸为2～6英寸的籽晶片，在所述高压釜内填充氢氧化钠、碳酸钠碱溶液，高压釜的上部放籽晶，下部放溶解用的原料，溶液向上方对流移动，使晶体沿声表面波传播方向角度结晶，长成符合规格的晶体块，根据不同品种所需声表晶片的厚度，通过线切割将晶体块以种籽基片为切割角度基准，按不同厚度进行切割加工，以获得声表面波传播方向角度不同厚度的无籽晶声表晶片。

权利要求

1.压电水晶无籽晶声表晶片的制备方法，主要步骤是将籽晶放置在高压釜内采用水热温差法培育水晶，然后再切割成水晶晶片，其特征在于：所述籽晶是声表面波传播方向角度、尺寸为2～6英寸的籽晶片，在所述高压釜内，填充氢氧化钠、碳酸钠碱溶液，高压釜的上部放籽晶，下部放溶解用的原料，溶液向上方对流移动，使晶体沿声表面波传播方向角度结晶，长成符合制备2～6英寸规格无籽晶声表晶片的晶体块，根据不同品种所需声表晶片的厚度，通过线切割将晶体块以籽晶基片为切割角度基准，按不同厚度进行切割加工，以获得声表面波传播方向角度不同厚度的无籽晶声表晶片；

所述高压釜内设置有可拆卸的“Z”字形水晶块生长工模夹具，用此工模夹具使籽晶生长成水晶块。

2.如权利要求1所述压电水晶无籽晶声表晶片的制备方法，其特征在于：采用该方法制备的声表晶片不含作为种子的籽晶。

3.如权利要求1所述压电水晶无籽晶声表晶片的制备方法，其特征在于：所述籽晶为声表面波传播方向角度的低腐蚀隧道密度的水晶基片。

4.如权利要求3所述压电水晶无籽晶声表晶片的制备方法，其特征在于：所述籽晶的声表面波传播方向角度的低腐蚀隧道密度为50条以内。

5.如权利要求1所述压电水晶无籽晶声表晶片的制备方法，其特征在于：所述水热温差法是五段自动控功式，即采用上部两段，中、下部三段，控制其功率达到一致，以确保声表晶块的生长上下均匀一致，及生长的前、中、后期品质一致性。

6.如权利要求5所述压电水晶无籽晶声表晶片的制备方法，其特征在于：所述符合规格的晶体块是指符合制作2英寸、3英寸、4英寸、6英寸规格的晶体块。

说明书

技术领域

本发明是一种声表面波器件材料的制备方法，特别涉及一种无籽晶声表晶片的制备方法。

背景技术

压电水晶声表晶片是制作声表面波元器件的重要材料，而声表面波元器件微电子工艺中，是制作叉指形电声换能器、反射器和耦合器等的重要组成部分。利用基片材料的压电效应，通过输入叉指换能器(IDT)将电信号转换成声信号，并局限在基片表面传播，输出IDT将声信号恢复成电信号，实现电-声-电的变换过程，完成电信号处理过程，获得各种用途的电子器件。主要应用于：电视接收机及电视工程、CATV系统、移动和无绳电话系统、光纤通信系统时钟恢复、卫星通信及定位(GPS)系统、扩频通信系统、通信侦察压缩接收机、脉冲压缩雷达系统、电子侦察用信道化接收机、应答式干扰机、导航系统、数传系统、识别和定位系统、无钥匙进入和保密警戒系统、遥测遥控系统、计算机时钟、无线设备、蜂窝电话如移动电话、接收器等。
作为声表面波元器件的核心芯片除用铌酸锂、钽酸锂材料外，水晶晶片因其特性优于铌酸锂、钽酸锂材料已成为主流芯片。国外俄罗斯、日本等国均采用水热温差法在以上大口径高压釜内培育出满足2英寸、3英寸、4英寸尺寸等规格的大型Y0块，再按照声表面波传播方向角旋转切片进行研磨、抛光等处理制成含籽晶的声表水晶晶片。由于国外均采用大口径高压釜，而且采用内加热方式，水晶材质稳定性虽好，但由于Y0块体积大，生长时间均在120天以上，包裹体难于控制，因内应力问题还容易开裂，因此，产品成品率低下，成本高。由此而来，国内声表面波水晶材料及晶片完全依赖进口，而且成本又高。
国内主要采用小口径高压釜(以下)，均采用外加热方式，与国外大釜加热方式有很大差别；应力问题、包裹体问题对小釜而言更难解决。培育水晶主要靠电，由于单釜产量低下，生长时间长，合格率低下，所以国内培育材料成本远高于国外，还不如直接进口便宜，电能浪费严重；采用Y0大块沿声表面波传播方向旋转切片，容易产生角度偏差，使切割加工后的晶片因角度问题再次出现不合格；同时，由于大块含有培育籽晶，加工的晶片在投入器件生产时，沿籽晶两侧2毫米内必须去掉，导致单片产出低下，更重要的是因籽晶去除不干净将严重制约器件的质量，由此而来，导致材料利用率降低。

发明内容

本发明的目的是解决国内外声表晶片的现有制备方法存在的含籽晶、生产周期长、成品率和材料利用率低、成本高的问题，提供一种生产周期明显缩短、成品率和材料利用率提高、成本降低的压电水晶无籽晶声表晶片的制备方法，其所制备的无籽晶声表晶片材料可适用于5％以下带宽的器件，其机电耦合系数小且温度频率稳定性高达0～1.5PPm内，特别适用于带宽3‰～5％的中低频器件。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
压电水晶无籽晶声表晶片的制备方法，主要步骤是将籽晶放置在高压釜内采用水热温差法培育水晶块，然后再切割成水晶晶片，其中所述籽晶是声表面波传播方向角度、尺寸为2～6英寸的籽晶片，在所述高压釜内，填充氢氧化钠、碳酸钠碱溶液，高压釜的上部放籽晶，下部放溶解用的原料，溶液向上方对流移动，使晶体沿声表面波传播方向角度结晶，长成符合制备2～6英寸规格无籽晶声表晶片的晶体块，根据不同品种所需声表晶片的厚度，通过线切割将晶体块以种籽基片为切割角度基准，按不同厚度进行切割加工，以获得声表面波传播方向角度不同厚度的无籽晶声表晶片。
所述籽晶为声表面波传播方向角度的低腐蚀隧道密度的水晶基片。
所述籽晶的声表面波传播方向角度的低腐蚀隧道密度为50条以内。
所述高压釜内设置有可拆卸的“Z”字形水晶块生长工模夹具，用此工模夹具使籽晶生长成水晶块。采用“Z”字形工模夹具，改变了普通“I”字形工模夹具对溶液无分流作用，溶液靠高压釜上下温差直接对流的缺点；改进后的晶架结构设计为可拆卸“Z”字形，溶液对流经“Z”字形引流后再沿高压釜上下温差对流，不但解决了溶液在釜体内结晶对流不匀问题，而且确保了“Z”字形两端种籽片沿声表面波传播方向的晶面最优速度均匀结晶，有效地阻止原石中的少量杂质进入晶体造成缺陷而严重影响声表面波传播精度。
所述水热温差法是五段自动控功式，即采用上部两段，中、下部三段，控制其功率达到一致，以确保声表晶块的生长上下均匀一致，及生长的前、中、后期品质一致性。
所述符合规格的晶体块是指符合制作2英寸、3英寸、4英寸、6英寸规格的晶体块。
本发明采用声表面波传播方向角度的低腐蚀隧道密度(50条以内)的水晶基片作籽晶片，使晶体直接沿声表面波传播方向角度结晶，确保声表面波沿其传播方向的精度，杜绝因原来用大块由0°角旋转为声表面波传播方向角度旋转过程造成的角度偏差，确保晶片被高效利用，并且采用线切割方式切割出不含籽晶的声表晶片；采用向上对流的碱溶液以及可拆卸的“Z”字形工模夹具引流，可有效提高成品合格率、降低电耗成本、缩短生产周期；采用五段控功式的自动控制方式，可以提高晶块生长的上下一致性和生长各时期的品质一致性。
可见，采用上述步骤的本发明，与现有技术相比，具有不含籽晶、生产周期明显缩短、成品率和材料利用率提高、成本降低的优点，可适用于制备声表晶片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
压电水晶无籽晶声表晶片的制备方法包括如下步骤：
a.选取声表面波传播方向角度、尺寸为2～6英寸的压电基片为籽晶，该籽晶是声表面波传播方向角度具有低腐蚀隧道密度(50条以内)的水晶晶片；
b.将上述籽晶通过“Z”字形工模夹具放置在高压釜内；
c.在上述高压釜内填充氢氧化钠、碳酸钠碱溶液，籽晶放置在高压釜的上部，溶解用的原料放置在高压釜的下部，使溶液向上对流移动；
d.采用五段自动控功式的水热温差法控制籽晶生长为晶体块，即采用上部两段，中、下部三段，通过调节电压或电流，压力、温度仅作参考，控制其功率达到一致，使籽晶沿声表面波传播方向角度结晶，长成符合制作2英寸、3英寸、4英寸、6英寸等规格的晶体块；
e.通过线切割将晶体块以种籽基片为切割角度基准，按不同厚度进行切割加工，以获得声表面波传播方向角度不同厚度的无籽晶声表晶片。
采用上述步骤制作的压电水晶无籽晶声表晶片，由于在制作过程中采用了“Z”字形工模夹具，改变了普通“I”字形工模夹具对溶液无分流作用而溶液靠高压釜上下温差直接对流的缺点；改进后的晶架结构设计为可拆卸“Z”字形，溶液对流经“Z”字形引流后再沿高压釜上下温差对流，不但解决了溶液在釜体内结晶对流不匀问题，而且确保了“Z”字形两端籽晶片沿声表面波传播方向的晶面最优速度均匀结晶，有效地阻止原石中的少量杂质进入晶体造成缺陷而严重影响声表面波传播精度。根据釜口径，科学设计晶架，使单釜产能最大化，产出100kg，合格率92％以上；大幅缩短生长周期，降低电能消耗，从而使其生长周期比原来的120天缩短了40余天，成本降低45％左右，由于不含有作为种子的籽晶，晶片深加工过程中利用率达到100％；五段控功式的控制方式，确保了声表晶块的生长上下均匀一致，及生长的前、中、后期品质一致性。
依靠本实施例生产的压电水晶无籽晶声表晶片材料可适用于5％以下带宽的器件，其机电耦合系数小且温度频率稳定性高达0～1.5PPm内，特别适用于带宽3‰～5％的中低频器件。