晶振片知识

晶振片知识
•
1
一﹑什么是晶振片
科学家最早发现一些晶体材料，如石英，经挤压就象电池可产生电流（俗称压电 性），相反，如果一个电池接到压电晶体上，晶体就会压缩或伸展，如果将电流连续不 断的快速开关，晶体就会振动。
在 1950 年，德国科学家 GEORGE SAUERBREY 研究发现，如果在晶体的表面上镀一 层薄膜，则晶体的振动就会减弱，而且还发现这种振动或频率的减少，是由薄膜的厚度 和密度决定的，利用非常精密的电子设备，每秒钟可能多次测试振动，从而实现对晶体 镀膜厚度和邻近基体薄膜厚度的实时监控。从此，膜厚控制仪就诞生了。
4. 在淀积过程中，基频频率最大下降量允许2～3%，约几百KHz。若下降太多，振荡 器不能稳定工作，产生跳频现象，如果此时继续淀积膜层，就会出现停振。故晶振片 上膜层镀到一定厚度以后，就应该更换新的晶振片。 5. 蒸发速率出现明显异常时（速率波动范围大、速率无法稳定）必须更换晶振片。 6. 晶振片的表面明显出现膜脱落或起皮的现象也需更换。 7. 保持足够的冷却水使晶振头温度在20～50度范围效果更佳。 8. 不要出现旧的晶振片没有取出来，又放一个新的晶振片进去的情况。 9. 有方向性的晶振片不要放错面别。
2. 使用镀银或银铝合金镀高应力膜层 Ni、Cr、Mo、Zr、Ni-Cr、Ti、不锈钢这些材料容 易产生高应力，膜层容易从晶体基片上剥落或裂开，以致出现速率的突然跳跃或一系列 速率的突然不规则正负变动。有时，这些情况可以容忍，但在一些情况下，会对蒸发源 的功率控制有不良作用。
3. 使用银铝合金晶振片镀介质光学膜 MgF2、SiO2、Al2O3、TiO2膜料由于良好的光 学透明区域或折射率特性，被广泛用于光学镀膜，但这些膜料也是最难监控的，只有 基底温度大于200度时，这些膜层才会与基底有非常良好的结合力，所以当这些膜料 镀在水冷的基底晶振片上，在膜层凝结过程会产生巨大的应力，容易使晶振片在1000 埃以内就回失效。 这时候，选用合金晶振片将是最好的选择，将大大减少调频机会。
银是接近完美的电极材料，有非常低的接触电阻和优良的塑变性。然而，银容易 硫化，硫化后的银接触电阻高，降低晶振片上膜层的牢固性。
银铝合金晶振片最近推出一种新型电极材料，适合高应力膜料的镀膜监控，如Si0， Si02， MgF2，Ti02。这些高应力膜层，由于高张力或堆积的引力，经常会使晶振片有 不稳定，高应力会使基片变形而导致跳频。 银铝合金通过塑变或流变分散应力，在张 力或应力使基体变形前，银铝电极已经释放了这些应力。这使银铝合金晶振片具有更 长时间，更稳定的振动。实验室的实验表明镀Si02用 银铝合金晶振片比镀金寿命长 400%。
实验室显示，使用合金晶振片监视氟化镁，有效寿命比镀金的长100%。如果把冷却 水的温度从20度提高到50 度，晶振片的寿命更可以再延长一倍。
•
8
四﹑晶振片的安装及注意事项与技巧
随着镀膜规格指标的需求日益严格，单靠光控已经难以达到要求，晶振控制成为 镀膜必备的辅助或控制方法﹐如何正确有效地使用晶振片成为保证镀膜质量的重点。 所以为了使晶振片寿命最长，下面一些方法和技巧供您参考： 1. 总是用摄子来挟住晶振片的边缘，不要碰晶振片中心，因为晶振片振动的活跃中心， 任何灰层，油污都会降低晶振片的振动能力。新的晶振片使用之前应在酒精(分析纯即 可)中浸泡1分钟左右，之后用塑料镊子夹取并用无尘纸或洁净的绸布将酒精擦拭干净， 同时用蘸有酒精的无尘纸或绸布将晶振座擦拭干净，组装晶振片之前用吹气球将晶振 片、晶振座及探头的接触弹簧上可能残留的灰尘、纸屑等吹掉﹐晶振片装好后再一次 用吹气球吹晶振片的表面，去除散落的灰尘。切记不要用手指直接接触晶振片以免留 下油渍。
Maxtek Crystals
零件号
说明
0.550 in. (14 mm) Diameter 与大部分传感器（INFICON、Maxtek、Sigma、
Sycon 等）兼容
103200-2 SC-101 6 MHz 晶体，金，每盒 5 颗
103204 SC-150 5 MHz 晶体，金，每盒 5 颗
•
2
二﹑晶振片的种类
晶振片的电极对膜厚监控至关重要，目前，市场上提供三种标准电极材料：金、 银和合金。 金是最广泛使用的传统材料，它具有低接触电阻，高化学温定性，易于沉 积。金最适合于低应力材料，如金，银，铜的膜厚控制。用镀金晶振片监控以上产品， 即使频率飘移1MHz，也没有负作用。然而，金电极不易弯曲，会将应力从膜层转移到 石英基片上。转移的压力会使晶振片跳频和严重影响质量和稳定性。
晶振片的电极根据其外观形状分为单锚﹑双锚﹑全双锚，目前使用较多的为双锚 电极晶振片。
•
双锚电极
全覆电极
单锚电极
4
晶振片常规品牌型号规格
INFICON Crystals
零件号
说明
6 MHz INFICON Crystals 直径 0.550 in. (14 mm)，每包 10 颗晶体
4 . 表面质量，晶振片的表面明显出现膜脱落或起皮的现象也要换。
5. 晶振片的灵敏度随着其表面质量的增加而降低，这样在使用石英晶体监控法（晶控 法）进行镀膜控制时会导致随着晶振片的Life降低而出现镀膜光谱向长波漂移的问题。
6. 定期清理晶振探头的冷却水路，确保水路通常。
7. 注意晶控探头的防潮问题，有些结构裸露的晶控探头会因为温差、湿度差产生的结 露而导致电阻变化，使得基频失效。
4. 保持足够的冷却水使晶振头温度在20-50度。 如果可以将温度误差保持在1-2度范围 内，效果更佳。
•
9
五、使用过程注意事项
1. 新的晶振片使用之前应在分析纯中浸泡约1分钟，然后用塑料镊子夹取并用无尘纸 或洁净的绸布将分析纯擦拭干净，同时用蘸有酒精的无尘纸或绸布将晶振座擦拭干净， 组装晶振片之前用吹气球将晶振片、石英晶振座及探头的接触弹簧上可能残留的灰尘 吹掉，任何晶体和夹具之间的颗粒或灰层将影响电子接触，而且会产生应力点，从而 改变晶体振动的模式，晶振片装好后再一次用吹气球吹晶振片的表面，去除散落的灰 尘。
103220 SC-101 6 MHz 晶体，金，每盘 10 颗
103221 SC-102 6MHz 晶体，银，每盘 10 颗
103240 SC-105 6 MHz 晶体，合金，每盘 10 颗
103222 SC-150 5 MHz 晶体，金，每盘 10 颗
103223 SC-151 5 MHz 晶体，银，每盘 10 颗
186201 SC-161 5 MHz 0.490 in. 晶体，金，每盘 10 颗
186200 SC-160 5 MHz 0.490 in. 晶体，银，每盘 10 颗
•
6
•
7
三﹑如何选用最合适的晶振片？
镀膜科技日新月异，对于镀膜工程师来说，如何根据不同的镀膜工艺选择最佳的晶 振片确实不易。下面建议供大家参考： 1. 镀低应力膜料时，选择镀金晶振片 最常见的镀膜是镀Al、Au、Ag、Cu，这些膜层几 乎没有应力，在室温下镀膜即可。膜层较软，易划伤，但不会裂开或对基底产生负作用。 建议使用镀金晶振片用于上述镀膜，经验证明，可以在镀金晶振片镀60000埃金和 50000埃银的厚度。
•
12
八、晶振的其他应用
•
13
九、晶振探头的放置位置
工件盘
1. 大多数晶控探头位于真 空室顶部中心的位置；
2. 有的特殊需求，如镀制 大面积基板，晶控探头就 只能放置在真空室侧壁；
3. 还有特殊的需求，可以 把晶控探头放置在蒸发源 附近；
蒸发源
注意：
1. 晶控探头是水平放置还是垂直放置，或是倾斜放置； 2. 膜料分子的蒸汽从蒸发源到达晶振片表面的入射角； 3. 晶振片表面与工件表面接收到的膜厚不同。
0.550 in. (14mm) Dia - Balzers 与 Balzers 传感器兼容
103207 SC-153，5 MHz，银，Balzers 式，每盒 5 颗
103224 SC-152 5 MHz 晶体，金，Balzers 式，每盘 10 颗
0.490 in. (12.5 mm) Diameter 与 Ulvac 和 Sloan 传感器兼容
•
11
七、晶振片的包装、运输、储存注意事项
1．晶振片一般采用方盒（5枚/盒）和圆盒（10枚/盒）包装。 2．包装盒为无尘防静电包装，防止静电吸附灰尘影响使用。 3．包装盒必须采用真空包装，防止受潮。 4．打开包装后，尽量长时间避免暴露在空气中。银及银铝合金晶振片易硫化。 5．运输过程中，箱内海棉衬托，箱外要贴有“易碎”字样的标签，防止破损。 6．一般储存环境为：温度为22-28度；湿度为30-50%的干燥箱内。
开孔区域
•
15
THE END THANKS！
•
16
•
10
六﹑晶振片使用维护
晶振片要不要换主要看下方面：
1. ACT大小，一般以大于400为标准。
2. Life大小，分增加与减小情况且与所镀产品有关，使用寿命是否到了，一般的使用寿 命从99%左右用到90-92%就该换了。
3 . Rate DEV大于10%左右就要换，蒸发速率出现明显异常，此时也该换。
2. 更换安装晶振片时用摄子挟住晶振片的边缘，不要用手指接触晶振片中心，避免留 下油渍，否则会降低晶振片的振动能力。
3. 晶振座经过多次镀膜后其表面会沉积较厚的膜,如果不将其除去,由于离子轰击产生 的反溅射会影响晶振片的测试精度.可以先用喷砂或用打砂纸方法将膜层除去,之后用 酒精浸泡5分钟左右,用超声波超声清洗一下,效果会更好,最后再将其放入110℃烤箱中 烘烤15分钟,即可使用。
•
14
十、晶振探头的比例控制
套 筒
晶控头
旋转 MASK
工件盘
有些特殊应用，为了延长晶振片 寿命，需要采用特殊的结构设计： 1. 设计晶控探头的位置，使得晶振 片上接收的膜厚远小于工件盘上接 收的膜厚； 2. 使用套筒限制探头的蒸汽入射角； 3. 使用高速转动（120RPM以上） 的开孔MASK，调节孔隙的面积大小 （弧度大小）来控制晶振片上接收 到膜料的比例； 4. 以上只适合用于膜厚控制精度不 高的应用场景；