專利名稱：壓電水晶無籽晶聲表晶片的制備方法
技術領域：
本發明是一種聲表面波器件材料的制備方法，特別涉及一種無籽晶聲表晶 片的制備方法。
背景技術：
壓電水晶聲表晶片是制作聲表面波元器件的重要材料，而聲表面波元器件 微電子工藝中，是制作叉指形電聲換能器、反射器和耦合器等的重要組成部分。
利用基片材料的壓電效應，通過輸入叉指換能器(IDT)將電信號轉換成聲信號， 并局限在基片表面傳播，輸出IDT將聲信號恢復成電信號，實現電-聲-電的變 換過程，完成電信號處理過程，獲得各種用途的電子器件。主要應用于電視 接收機及電視工程、CATV系統、移動和無繩電話系統、光纖通信系統時鐘恢 復、衛星通信及定位(GPS)系統、擴頻通信系統、通信偵察壓縮接收機、脈 沖壓縮雷達系統、電子偵察用信道化接收機、應答式干擾機、導航系統、數傳 系統、識別和定位系統、無鑰匙進入和保密警戒系統、遙測遙控系統、計算機 時鐘、無線設備、蜂窩電話如移動電話、接收器等。
作為聲表面波元器件的核心芯片除用鈮酸鋰、鉭酸鋰材料外，水晶晶片因 其特性優于鈮酸鋰、鉭酸鋰材料已成為主流芯片。國外俄羅斯、日本等國均采 用水熱溫差法在05OO以上大口徑高壓釜內培育出滿足2英寸、3英寸、4英寸 尺寸等規格的大型YO塊，再按照聲表面波傳播方向角旋轉切片進行研磨、拋 光等處理制成含籽晶的聲表水晶晶片。由于國外均采用大口徑高壓釜，而且采 用內加熱方式，水晶材質穩定性雖好，但由于YO塊體積大，生長時間均在120 天以上，包裹體難于控制，因內應力問題還容易開裂，因此，產品成品率低下， 成本高。由此而來，國內聲表面波水晶材料及晶片完全依賴進口，而且成本又 高。
國內主要采用小口徑高壓釜(0400以下)，均采用外加熱方式，與國外大 釜加熱方式有很大差別；應力問題、包裹體問題對小釜而言更難解決。培育水 晶主要靠電，由于單釜產量低下，生長時間長，合格率低下，所以國內培育材 料成本遠高于國外，還不如直接進口便宜，電能浪費嚴重；采用YO大塊沿聲 表面波傳播方向旋轉切片，容易產生角度偏差，使切割加工后的晶片因角度問 題再次出現不合格；同時，由于大塊含有培育籽晶，加工的晶片在投入器件生
產時，沿籽晶兩側2毫米內必須去掉，導致單片產出低下，更重要的是因籽晶 去除不干凈將嚴重制約器件的質量，由此而來，導致材料利用率降低。

發明內容
本發明的目的是解決國內外聲表晶片的現有制備方法存在的含籽晶、生產 周期長、成品率和材料利用率低、成本高的問題，提供一種生產周期明顯縮短、 成品率和材料利用率提高、成本降低的壓電水晶無籽晶聲表晶片的制備方法， 其所制備的無籽晶聲表晶片材料可適用于5%以下帶寬的器件，其機電耦合系 數小且溫度頻率穩定性高達0 1.5PPm內，特別適用于帶寬3%。 5%的中低頻 器件。
本發明的目的通過下述技術方案來實現
壓電水晶無籽晶聲表晶片的制備方法，主要步驟是將籽晶放置在高壓釜內 采用水熱溫差法培育水晶塊，然后再切割成水晶晶片，其中所述籽晶是聲表面 波傳播方向角度、尺寸為2 6英寸的籽晶片，在所述高壓釜內，填充氫氧化 鈉、碳酸鈉堿溶液，高壓釜的上部放籽晶，下部放溶解用的原料，溶液向上方 對流移動，使晶體沿聲表面波傳播方向角度結晶，長成符合制備2 6英寸規 格無籽晶聲表晶片的晶體塊，根據不同品種所需聲表晶片的厚度，通過線切割 將晶體塊以種籽基片為切割角度基準，按不同厚度進行切割加工，以獲得聲表 面波傳播方向角度不同厚度的無籽晶聲表晶片。
所述籽晶為聲表面波傳播方向角度的低腐蝕隧道密度的水晶基片。 所述籽晶的聲表面波傳播方向角度的低腐蝕隧道密度為50條以內。 所述高壓釜內設置有可拆卸的"Z"字形水晶塊生長工模夾具，用此工模 夾具使籽晶生長成水晶塊。采用"Z"字形工模夾具，改變了普通"I"字形工 模夾具對溶液無分流作用，溶液靠高壓釜上下溫差直接對流的缺點；改進后的 晶架結構設計為可拆卸"Z"字形，溶液對流經"Z"字形引流后再沿高壓釜上 下溫差對流，不但解決了溶液在釜體內結晶對流不勻問題，而且確保了 "Z" 字形兩端種籽片沿聲表面波傳播方向的晶面最優速度均勻結晶，有效地阻止原 石中的少量雜質進入晶體造成缺陷而嚴重影響聲表面波傳播精度。
所述水熱溫差法是五段自動控功式，即采用上部兩段，中、下部三段，控 制其功率達到一致，以確保聲表晶塊的生長上下均勻一致，及生長的前、中、
后期品質一致性。
所述符合規格的晶體塊是指符合制作2英寸、3英寸、4英寸、6英寸
規格的晶體塊。
本發明采用聲表面波傳播方向角度的低腐蝕隧道密度(50條以內)的水晶 基片作籽晶片，使晶體直接沿聲表面波傳播方向角度結晶，確保聲表面波沿其 傳播方向的精度，杜絕因原來用大塊由O。角旋轉為聲表面波傳播方向角度旋 轉過程造成的角度偏差，確保晶片被高效利用，并且采用線切割方式切割出不 含籽晶的聲表晶片；采用向上對流的堿溶液以及可拆卸的"Z"字形工模夾具 引流，可有效提高成品合格率、降低電耗成本、縮短生產周期；采用五段控功 式的自動控制方式，可以提高晶塊生長的上下一致性和生長各時期的品質一致 性。
可見，采用上述步驟的本發明，與現有技術相比，具有不含籽晶、生產周 期明顯縮短、成品率和材料利用率提高、成本降低的優點，可適用于制備聲表
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具體實施例方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明。
壓電水晶無籽晶聲表晶片的制備方法包括如下步驟
a. 選取聲表面波傳播方向角度、尺寸為2 6英寸的壓電基片為籽晶，該 籽晶是聲表面波傳播方向角度具有低腐蝕隧道密度(50條以內)的水
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b. 將上述籽晶通過"Z"字形工模夾具放置在高壓釜內；
C.在上述高壓釜內填充氫氧化鈉、碳酸鈉堿溶液，籽晶放置在高壓釜的 上部，溶解用的原料放置在高壓釜的下部，使溶液向上對流移動；
d. 采用五段自動控功式的水熱溫差法控制籽晶生長為晶體塊，即采用上 部兩段，中、下部三段，通過調節電壓或電流，壓力、溫度僅作參考， 控制其功率達到一致，使籽晶沿聲表面波傳播方向角度結晶，長成符 合制作2英寸、3英寸、4英寸、6英寸等規格的晶體塊；
e. 通過線切割將晶體塊以種籽基片為切割角度基準，按不同厚度進行切 割加工，以獲得聲表面波傳播方向角度不同厚度的無籽晶聲表晶片。
采用上述步驟制作的壓電水晶無籽晶聲表晶片，由于在制作過程中采用了 "Z"字形工模夾具，改變了普通"I"字形工模夾具對溶液無分流作用而溶液 靠高壓釜上下溫差直接對流的缺點；改進后的晶架結構設計為可拆卸"Z"字 形，溶液對流經"Z"字形引流后再沿高壓釜上下溫差對流，不但解決了溶液
在釜體內結晶對流不勻問題，而且確保了 "z"字形兩端籽晶片沿聲表面波傳
播方向的晶面最優速度均勻結晶，有效地阻止原石中的少量雜質進入晶體造成
缺陷而嚴重影響聲表面波傳播精度。根據^250釜口徑，科學設計晶架，使單釜 產能最大化，產出100kg，合格率92%以上；大幅縮短生長周期，降低電能消 耗，從而使其生長周期比原來的120天縮短了 40余天，成本降低45%左右， 由于不含有作為種子的籽晶，晶片深加工過程中利用率達到100%;五段控功 式的控制方式，確保了聲表晶塊的生長上下均勻一致，及生長的前、中、后期 品質一致性。
依靠本實施例生產的壓電水晶無籽晶聲表晶片材料可適用于5%以下帶寬 的器件，其機電耦合系數小且溫度頻率穩定性高達0 1.5PPm內，特別適用于 帶寬3%。 5%的中低頻器件。
權利要求
1.壓電水晶無籽晶聲表晶片的制備方法，主要步驟是將籽晶放置在高壓釜內采用水熱溫差法培育水晶，然后再切割成水晶晶片，其特征在于所述籽晶是聲表面波傳播方向角度、尺寸為2～6英寸的籽晶片，在所述高壓釜內，填充氫氧化鈉、碳酸鈉堿溶液，高壓釜的上部放籽晶，下部放溶解用的原料，溶液向上方對流移動，使晶體沿聲表面波傳播方向角度結晶，長成符合制備2～6英寸規格無籽晶聲表晶片的晶體塊，根據不同品種所需聲表晶片的厚度，通過線切割將晶體塊以籽晶基片為切割角度基準，按不同厚度進行切割加工，以獲得聲表面波傳播方向角度不同厚度的無籽晶聲表晶片。
2、 如權利要求l所述壓電水晶無籽晶聲表晶片的制備方法，其特征在于-采用該方法制備的聲表晶片不含作為種子的籽晶。
3、 如權利要求l所述壓電水晶無籽晶聲表晶片的制備方法，其特征在于: 所述籽晶為聲表面波傳播方向角度的低腐蝕隧道密度的水晶基片。
4、 如權利要求3所述壓電水晶無籽晶聲表晶片的制備方法，其特征在于: 所述籽晶的聲表面波傳播方向角度的低腐蝕隧道密度為50條以內。
5、 如權利要求1或2或3或4所述壓電水晶無籽晶聲表晶片的制備方法， 其特征在于所述高壓釜內設置有可拆卸的"Z"字形水晶塊生長工模夾具， 用此工模夾具使籽晶生長成水晶塊。
6、 如權利要求5所述壓電水晶無籽晶聲表晶片的制備方法，其特征在于: 所述水熱溫差法是五段自動控功式，即采用上部兩段，中、下部三段，控制其 功率達到一致，以確保聲表晶塊的生長上下均勻一致，及生長的前、中、后期 品質一致性。
7、 如權利要求6所述壓電水晶無籽晶聲表晶片的制備方法，其特征在于: 所述符合規格的晶體塊是指符合制作2英寸、3英寸、4英寸、6英寸規格的晶 體塊。
全文摘要
壓電水晶無籽晶聲表晶片的制備方法，屬于一種聲表面波器件材料的制備方法，目的是解決國內外現有制備方法存在的生產周期長、成品率和材料利用率低、成本高的問題，主要步驟是將籽晶放置在高壓釜內采用水熱溫差法培育水晶，然后再切割成水晶晶片，其中籽晶是聲表面波傳播方向角度、尺寸為2～6英寸的籽晶片，在所述高壓釜內填充氫氧化鈉、碳酸鈉堿溶液，高壓釜的上部放籽晶，下部放溶解用的原料，溶液向上方對流移動，使晶體沿聲表面波傳播方向角度結晶，長成符合規格的晶體塊，根據不同品種所需聲表晶片的厚度，通過線切割將晶體塊以種籽基片為切割角度基準，按不同厚度進行切割加工，以獲得聲表面波傳播方向角度不同厚度的無籽晶聲表晶片。
文檔編號C30B7/00GK101372758SQ200710049828
公開日2009年2月25日 申請日期2007年8月23日 優先權日2007年8月23日
發明者周祿雄, 李代雄, 王顯波, 陳金靈 申請人:四川省三臺水晶電子有限公司