石英晶体谐振器的制备方法及石英晶体谐振器

摘要

本发明属于谐振器的设计技术领域，具体公开了一种石英晶体谐振器的制备方法及石英晶体谐振器，该方法包括步骤S1：对石英晶片进行AT切割以形成预定形状的基板；步骤S2：根据所需所述石英晶体谐振器的工作频率计算所述基板所需腐蚀的厚度；步骤S3：在所述基板上表面和下表面中心位置对称设置所需腐蚀区域，并利用腐蚀工艺对所述腐蚀区域进行腐蚀，且所述腐蚀区域被腐蚀的厚度为所述步骤S2中计算得到的所述厚度；步骤S4：利用镀膜工艺，在所述腐蚀区域镀上振荡电极，并使得所述振荡电极与所述腐蚀区域的外边缘形成预定间隙，以制备得到所述石英晶体谐振器。本发明可以解决石英晶体谐振器难以达到200MHz以上高基频石英晶片的制作问题。

说明书

技术领域

本发明属于谐振器的设计技术领域，具体涉及一种石英晶体谐振器的制备方法及石英晶体谐振器。

背景技术

石英晶体谐振器的晶片厚度与频率成反比，200MHz的高基频晶片工作区厚度仅8μm，晶片现有的加工工艺难以进行有效的加工。传统研磨工艺加工的晶片厚度只能达到30μm左右，频率为55MHz左右；频率再高，晶片厚度很薄，无法进行加工。采用化学腐蚀工艺，如果晶片整体减薄，频率只能达到80MHz左右，晶片厚度为20μm左右，频率再高晶片厚度将薄到难以满足机械强度要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种石英晶体谐振器的制备方法及石英晶体谐振器，该高基频石英晶体谐振器的制备方法及石英晶体谐振器适用于SMD型高基频石英晶体谐振器，可以解决石英晶体谐振器难以达到200MHz以上高基频石英晶片的制作问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种石英晶体谐振器的制备方法，所述石英晶体谐振器的制备方法包括：

步骤S1：对石英晶片进行AT切割以形成预定形状的基板；

步骤S2：根据所需所述石英晶体谐振器的工作频率计算所述基板所需腐蚀的厚度；

步骤S3：在所述基板上表面和下表面中心位置对称设置所需腐蚀区域，并利用腐蚀工艺对所述腐蚀区域进行腐蚀，且所述腐蚀区域被腐蚀的厚度为所述步骤S2中计算得到的所述厚度；

步骤S4：利用镀膜工艺，在所述腐蚀区域镀上振荡电极，并使得所述振荡电极与所述腐蚀区域的外边缘形成预定间隙，以制备得到所述石英晶体谐振器。

进一步地，所述基板为长方体基板，所述腐蚀区域为圆形腐蚀区域。

进一步地，所述腐蚀区域的直径为所述基板短边的长度的0.6倍～0.7倍。

进一步地，所述步骤S4中，所述振荡电极为金电极或者银电极。

进一步地，所述石英晶体谐振器的制备方法还包括：在所述上表面镀设与上表面的振荡电极连接的第一导电电极，所述第一导电电极沿所述基板长度方向延伸并通过所述基板的侧面到所述基板的下表面。

进一步地，所述石英晶体谐振器的制备方法还包括：在所述下表面镀设有与下表面的振荡电极连接的第二导电电极，所述第二导电电极沿所述基板长度方向延伸并通过所述基板的侧面到所述基板的上表面。

进一步地，所述振荡电极区域大于所述腐蚀区域的四分之一且小于所述腐蚀区域的四分之三。

进一步地，在所述步骤S2中，所述厚度采用公式f＝Kf/d计算，其中，f为所述石英晶体谐振器的振荡频率；Kf为频率常数，所述频率常数为1670kHz/mm；d为所述基板所需腐蚀的厚度，单位为mm。

另一方面，本申请还提供了一种石英晶体谐振器，所述石英晶体谐振器上述所述的制备方法制备而成，所述石英晶体谐振器包括：

基板，所述基板为石英晶片，所述基板上表面和下表面对称设置有凹槽；

振荡电极，所述振荡电极铺设在所述凹槽中心并与所述腐蚀区域的外边缘形成预定间隙。

进一步地，在所述上表面镀设与上表面的振荡电极连接的第一导电电极，所述第一导电电极沿所述基板长度方向延伸并通过所述基板的侧面到所述基板的下表面；在所述下表面镀设有与下表面的振荡电极连接的第二导电电极，所述第二导电电极沿所述基板长度方向延伸并通过所述基板的侧面到所述基板的上表面。

应用本发明的技术方案：可以如下步骤制备石英晶体谐振器：步骤S1：对石英晶片进行AT切割以形成预定形状的基板；步骤S2：根据所需所述石英晶体谐振器的工作频率计算所述基板所需腐蚀的厚度；步骤S3：在所述基板上表面和下表面中心位置对称设置所需腐蚀区域，并利用腐蚀工艺对所述腐蚀区域进行腐蚀，且所述腐蚀区域被腐蚀的厚度为所述步骤S2中计算得到的所述厚度；步骤S4：利用镀膜工艺，在所述腐蚀区域镀上振荡电极，并使得所述振荡电极与所述腐蚀区域的外边缘形成预定间隙，以制备得到所述石英晶体谐振器。

也即是说，该制备方法可以利用腐蚀工艺对较小尺寸的石英晶片中心直接进行局部腐蚀，形成腐蚀区域，使石英晶片中心厚度达到10μm以下，再通过镀膜工艺将石英晶片腐蚀区域中心镀上金电极，可以得到基频频率高达200MHz以上的高基频石英谐振器，满足石英晶体谐振器小型化、高频化的要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例公开的石英晶体谐振器的制备方法的流程图；

图2是本申请实施例公开的石英晶体谐振器的结构示意图；

图3是图2中的上表面的俯视图；

图4是图2中的下表面的俯视图；

图5是图2中长度方向侧面的俯视图；

图6是图2中宽度方向侧面的俯视图。

附图标记说明：

10、基板；11、腐蚀区域；12、振荡电极；100、预定间隙；13、上表面；14、下表面；15、凹槽；20、第一导电电极；30、第二导电电极。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内容可相应参考前实施例。

参见图1至图6所示，根据本申请的实施例，提供了一种石英晶体谐振器的制备方法，该石英晶体谐振器的制备方法适用于SMD型高基频石英晶体谐振器。该石英晶体谐振器的制备方法包括：

步骤S1：对石英晶片进行AT切割以形成预定形状的基板10。

在该步骤中，可以对石英晶片进行AT切割以将石英晶片切割成预定形状的基板，例如可以是长方体基板、正方体基板或者是其他异形体基板。

进一步地，AT切割是使用最广泛的切割，具有不同的角度切割(基本为35°)，特别适用于要求振荡器在500KHz至300MHz范围内运行的电子仪器，这种石英切割的优点之一是温度系数。在26℃时该值变为零，甚至其任一侧也相对平坦，尤其是与其他切口相比。AT切割是厚度切变的，切出来的石英晶片频率只与厚度有关，也就是说控制了厚度，就控制了频率。

步骤S2：根据所需石英晶体谐振器的工作频率计算基板10所需腐蚀的厚度。

根据对步骤S1的描述可以知道：本实施例中采用AT切割，切出来的石英晶片频率只与厚度有关，也就是说控制了厚度，就控制了频率；也即是说，可以根据所需频率计算出基板10的厚度，如此，便可进行下一步操作。

进一步地，在该步骤中，基板10的厚度采用公式f＝Kf/d计算，其中，f为石英晶体谐振器的振荡频率；Kf为频率常数，频率常数为1670kHz/mm；d为基板10所需腐蚀的厚度，单位为mm。通过该公式即可计算出各频率对应的厚度。

步骤S3：在基板10上表面和下表面中心位置对称设置所需腐蚀区域11，并利用腐蚀工艺对腐蚀区域11进行腐蚀，且腐蚀区域11被腐蚀的厚度为步骤S2中计算得到的厚度。

结合图2、图3和图4所示，在基板10上表面13和下表面14的中心位置处对称设置了所需的腐蚀区域11，如此设置，实际工作过程中，石英晶体谐振器更容易起振且振荡效果好。此时，便可根据步骤S2中的公式计算得到所需频率对应的厚度，利用腐蚀工艺对腐蚀区域11进行腐蚀。

具体来说，本实施中的基板10为长方体基板，腐蚀区域11为圆形腐蚀区域，如此设置，加工方便。当然腐蚀区域11也可以为正方形腐蚀区域，长方形腐蚀区域，本申请不作具体限定。

进一步地，腐蚀区域11的直径为基板10短边的长度的0.6倍～0.7倍，例如0.6倍0.65倍、0.7倍。本实施例中的短边为长方体基板的宽，当腐蚀区域11的直径小于基板10短边的长度的0.6倍时，腐蚀区域11太小导致加工不方便。当腐蚀区域11的直径大于基板10短边的长度的0.7倍时，实际加工过程中，基板10会撑不住从而导致基板破碎，浪费材料，增加成本。所以当腐蚀区域11的直径为基板10短边的长度的0.6倍～0.7倍时，既方便加工，又不会因为在加工过程中导致基板10破碎，大大地节约了成本。

步骤S4：利用镀膜工艺，在腐蚀区域11镀上振荡电极12，并使得振荡电极12与腐蚀区域11的外边缘形成预定间隙100，以制备得到石英晶体谐振器。

在该步骤中，腐蚀区域11利用镀膜工艺镀上振荡电极12后，实际工作时，石英晶体谐振器便可以起振。可选地，振荡电极12为金电极或者银电极，金电极或者银电极导电性好，化学稳定性高。因为石英晶片导电性很差，镀上振荡电极12后，可以增加其导电性。

进一步地，振荡电极12区域大于腐蚀区域11的四分之一且小于腐蚀区域11的四分之三，例如四分之二、四分之二点五，四分之二点九。当振荡电极12区域小于等于腐蚀区域11的四分之一时，实际工作时，石英晶体谐振器不容易起振，且振荡效果差。当振荡电极12区域大于等于腐蚀区域11的四分之三时，会产生寄生频率从而影响石英晶体谐振器的振荡效果。所以当振荡电极12区域大于腐蚀区域11的四分之一且小于腐蚀区域11的四分之三时，在实际工作过程中，石英晶体谐振器容易起振，振荡效果好；也不会产生寄生频率从而影响石英晶体谐振器的振荡效果。

完成步骤S4后，在上表面13镀设与上表面13的振荡电极12连接的第一导电电极20，第一导电电极20沿基板10长度方向延伸并通过基板10的侧面到基板10的下表面14。在下表面14镀设有与下表面14的振荡电极12连接的第二导电电极30，第二导电电极30沿基板10长度方向延伸并通过基板10的侧面到基板10的上表面13。

当将第一导电电极20沿基板10长度方向延伸并通过基板10的侧面到基板10的下表面14，如此设置，可以将基板10上端的上表面13和下表面14都与上表面13的振荡电极12连接，当将第二导电电极30沿基板10长度方向延伸并通过基板10的侧面到基板10的上表面13，如此设置，可以将基板10的下端的上表面13和下表面14都与下表面14的振荡电极12连接。

可选地，第一导电电极20和第二导电电极30分别对称设置在基板10上(结合图3和图4所示)。通过对称设置的第一导电电极20和第二导电电极30，石英晶体谐振器实际工作时，振荡效果好。第一导电电极20和第二导电电极30可以是金，也可以是银。

需要说明的是，这里所说的上端和下端是相对于第一导电电极20和第二导电电极30的位置来判断，实际使用过程中，根据使用情况设定，本申请不作具体限定。

以22MHz基频SMD石英晶片的腐蚀区域11腐蚀到200MHz±5000kHz为例对上述制备进行具体说明：

对22MHzSMD基频石英晶片以35°22′±15″的角度进行AT切割；其中SMD基频石英晶片长度：5.00mm+(0.00mm～0.05mm)；宽度：2.50mm+(0.00mm～0.0mm)；厚度：0.076mm；

通过公式f＝Kf/d计算200MHz所需腐蚀区域厚度，计算该腐蚀区域厚度为0.008mm；

在SMD基频石英晶片的上表面13和下表面14中心位置处对称设置腐蚀区域11并通过腐蚀工艺将腐蚀区域11的厚度腐蚀为0.008mm，SMD基频石英晶片腐蚀区域11厚度可以达到10μm以下；腐蚀区域11直径：1.80mm+(0.10mm～0.10mm)；

利用镀膜工艺，在腐蚀区域11镀上金电极或者银电极，并使得金电极或者银电极与腐蚀区域11的外边缘之间形成预定间隙100。其中，金电极或者银电极的直径为1mm；

利用镀膜工艺在上表面13镀设与上表面13的振荡电极12连接的第一导电电极20，第一导电电极20沿基板10长度方向延伸并通过SMD石英晶片的侧面到基板10的下表面14。在下表面14镀设有与下表面14的振荡电极12连接的第二导电电极30，第二导电电极30沿SMD石英晶片长度方向延伸并通过基板10的侧面到SMD石英晶片的上表面13；

镀上金电极或者银电极、第一导电电极20以及第二导电电极30后，石英谐振器的基频频率可达200MHz以上。

通过以上的描述可以知道：采用本申请中的制备方法，利用腐蚀工艺对较小尺寸的石英晶片中心直接进行局部腐蚀，形成圆形腐蚀区域，使石英晶片中心厚度达到10μm以下，再通过镀膜工艺将SMD晶片腐蚀区域中心镀上金电极，可以得到基频频率高达200MHz以上的高基频石英谐振器，满足石英谐振器小型化、高频化的要求。

结合图1至图6所示，本申请的实施例还提供了一种石英晶体谐振器，该石英晶体谐振器采用上述石英晶体谐振器的制备方法制备而得。石英晶体谐振器包括基板10以及振荡电极12。其中，基板10为石英晶片，基板10上表面13和下表面14中心位置处对称设置有凹槽15；振荡电极12铺设在凹槽中心并与腐蚀区域11的外边缘形成预定间隙100。

采用石英晶体谐振器的制备方法制备得到的石英晶体谐振器，在基板10上表面和下表面中心位置处对称设置有凹槽15，如此设置，凹槽15无需铺满整个基板10。该凹槽15的厚度可以根据石英晶体谐振器的工作频率计算得到，从而可以通过腐蚀工艺对凹槽15进行腐蚀，最后腐蚀得到的厚度即是所需工作频率对应的厚度。此外，振荡电极12铺设在凹槽15中心并与腐蚀区域11的外边缘形成预定间隙100，通过设置该预定间隙100，在石英晶体谐振器实际工作时，石英晶体谐振器更容易起振，且振荡效果好；也不会产生寄生频率从而影响石英晶体谐振器的振荡效果。

具体地，在上表面13镀设与上表面13的振荡电极12连接的第一导电电极20，第一导电电极20沿基板10长度方向延伸并通过基板10的侧面到基板10的下表面14；可以将基板10的上端的两个电极都与上表面13的振荡电极12连接。

在下表面14镀设有与下表面14的振荡电极12连接的第二导电电极30，第二导电电极30沿所述基板10长度方向延伸并通过所述基板10的侧面到所述基板10的上表面13，可以将基板10的下端的两个电极都与下表面14的振荡电极12连接。

可选地，石英晶体谐振器可以通过导电胶粘接到表贴陶瓷底座上，外接出晶体引出端，金属盖板和陶瓷底座密封到一起，组成产品的外部封装，形成表贴SMD高基频石英晶体谐振器。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。