基于激光打标技术的晶振频率校准系统的研究与设计

摘要

我国可以说是全球主要的晶振输出国，大部分企业都是全球晶振的提供商。一般中小型企业的年产量便能达到数千万只，大型企业的产量甚至可以过亿。目前阻碍生产力进一步提高的主要问题有：一方面自主研发的低成本高性能检测加工设备还比较少，还没有实现全线的设备自主研发并大规模应用到生产。另一方面，机械化生产的研究目前并未取得明显突破。因此无论是生产设备的自主研发能力的提高还是生产过程的机械化研究取得突破都将会大大降低我国企业的经营成本。 激光打标技术经过多年的发展已经非常成熟，目前已经取代传统标刻方法称为大多数材料表面标刻工艺的主要加工方式。Nd：YAG型激光器采用1.06um波长红外光输出，能有效的对金属进行雕刻和灼烧，并且具有聚能高，热效应小等特点。晶振生产加工过程中有对晶片表面镀银的工序，并且根据石英晶片的物理特性，可以通过去除表面银层的办法对晶振的固有振荡频率进行微调。因此运用激光打标技术灼烧晶片表面银层来微调晶体固有振荡频率成为可能。 本文研究设计基于激光打标技术的晶振频率校准系统，通过激光灼烧晶体表面银层的方式实现晶振频率微调环节机械化。在整个电子系统的设计过程中所作主要研究工作包括：（1）采用CYGNAL公司增强功能型高速51单片机C8051F310将人工加工方式下的各种分离设备整合为系统的检测模块时，提出两种由宽频带运放AD380组建的低压供电型高精度振荡器方案，解决系统各模块供电电压不一致影响系统集成度提高的问题，并采用Multisim软件对振荡器性能进行了仿真验证；（2）改进标准数字频率测量方法提出先对待测信号进行分频处理，再用高频脉冲信号进行采样的高精度频率计设计方案，解决标准频率测量方法测量精度不足的问题；（3）针对工位机械误差造成晶片偏离激光坐标原点导致激光无法找到待加工晶片位置的问题，提出先由激光扫描搜寻晶片顶角坐标，然后根据该坐标计算出晶片位置的方法来修正水平误差和纵向倾斜误差的激光定位晶片方法，并采用MATLAB仿真了晶片倾斜的顶点坐标轨迹和某一倾斜状态下修正的晶片位置坐标。对伴随水平误差的晶片倾斜状况也进行了仿真，并提出了初步的解决方法。

目录

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声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2石英晶体电参数检测技术

1.3激光在线打标加工技术的发展现状

1.4主要研究内容

第2章打标系统原理与系统硬件设计

2.1振镜式Nd：YAG激光打标系统原理

2.2系统硬件整体方案

2.3系统MCU选型

2.4检测模块设计要点

2.4.1晶体振荡器

2.4.2幅值检测电路

2.5控制模块设计要点

2.6电源管理电路

2.7本章小节

第3章系统软件设计

3.1系统工作流程

3.2检测模块设计要点

3.2.1数字频率测量方法

3.2.2高精度频率计设计

3.2.3检测模块工作流程

3.3控制模块设计要点

3.4本章小节

第4章 低压供电振荡器和晶片定位方案研究

4.1低压供电振荡器

4.1.1共基极振荡器方案

4.1.2改进Pierce振荡器方案

4.2晶片定位

4.2.1晶片定位问题

4.2.2晶片定位方法

4.2.3扫描定位法分析与仿真

4.2.4高速频率计

4.3本章小节

第5章 总结与展望

参考文献

致 谢

作者攻读硕士学位期间发表的论文