激光微調技術的原理

雖然將激光應用于石英晶振頻率微調在國內外尚處于研究階段,但激光加工技術已經是一項非常成熟的技術。與激光頻率微調技術十分類似的激光調阻技術已廣泛用于生產,它是激光在大規模集成電路生產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的唯一方法。發展至今天,激光調阻設備每秒鐘可調200個以上的貼片晶振,貼片電阻等原件,調阻精度可達±0.01%~0.1%,可見調阻速度之快、效率之高。

現在世界各地已有數以千計的激光微調系統在生產線上運用,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,激光功能微調技術也已進入實用階段。而把激光微調應用于本課題,對石英晶振進行頻率微調與激光調阻在原理上有著極大的相似性和可重復性。下面以激光調阻技術為參考,分析激光頻率微調技術。

激光調阻技術是將激光器發出的脈沖激光束聚焦成很小的光點,達到適當的能量密度,對薄、厚膜電阻的導電體進行切割,使之膜層熔融、蒸發,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,將薄膜物質氣化。微調時首先對電阻進行測量,將數據傳送給計算機,計算機根據預先設計好的修調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。

鑒于激光頻率微調技術與激光調阻技術的極大相似性,以及對于激光打孔的研究國內早已開展,并找到了影響激光打孔的工藝參數及各參數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技術

所謂激光頻率微調,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。用高速頻率動態采集系統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。計算機分析系統接收到頻率數據后,與設定值進行比較,將頻率差值換算成需照射功率的差值,調整脈沖寬度,計算出脈沖個數,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采集系統,由此形成閉環控制達到提高微調精度的效果。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節頻率的目的。

如圖26所示:用激光照射對石英晶體進行頻率微調的方法和設備的設備結構示意圖。首先將石英晶體放置在二維工作平臺5上,高速動態采集器6檢測到石英晶體的頻率值,經處理傳入PC計算機2,計算機經分析給出微調數據,使激光電源智能化控制器控制激光輸出參數;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采集系統6,采集器將數據處理后,給出新的激光輸出參數,出此形成閉環控制達到提高微調精度效果。

圖27是激光頻率微調技術的方法系統框圖。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。