激光微调技术的原理

虽然将激光应用于石英晶振频率微调在国内外尚处于研究阶段,但激光加工技术已经是一项非常成熟的技术。与激光频率微调技术十分类似的激光调阻技术已广泛用于生产,它是激光在大规模集成电路生产中较为成熟的技术之一,在某些情况下,它是获得高精度电路和高速生产的唯一方法。发展至今天,激光调阻设备每秒钟可调200个以上的贴片晶振,贴片电阻等原件,调阻精度可达±0.01%~0.1%,可见调阻速度之快、效率之高。

现在世界各地已有数以千计的激光微调系统在生产线上运用,主要由美国、日本制造,它们可对厚、薄膜电路及单片电路进行加工。到80年代,激光功能微调技术也已进入实用阶段。而把激光微调应用于本课题,对石英晶振进行频率微调与激光调阻在原理上有着极大的相似性和可重复性。下面以激光调阻技术为参考,分析激光频率微调技术。

激光调阻技术是将激光器发出的脉冲激光束聚焦成很小的光点,达到适当的能量密度,对薄、厚膜电阻的导电体进行切割,使之膜层熔融、蒸发,以改变薄、厚膜电阻导体的有效导电面积或有效导电长度,达到调整薄、厚膜电阻单元阻值的目的。加工时将激光束聚焦在电阻薄膜上,将薄膜物质气化。微调时首先对电阻进行测量,将数据传送给计算机,计算机根据预先设计好的修调方法指令光束定位器使激光按一定路径切割电阻,直至阻值达到设定值。

薄膜的激光加工一般包括以下几个过程:激光束经聚焦后照射至薄膜表面; 薄膜吸收激光能量;薄膜被加热、熔化或气化;在表面张力或喷射作用下材料去除;通过热传导热量散失，连续的激光刻蚀膜层的过程实际上就是激光扫描石英晶振膜表面的过程,刻蚀后的膜表面实际上是由一个个孔的痕迹组成的。也就是说激光微调的过程实际上就是不断重复激光打孔的过程。

鉴于激光频率微调技术与激光调阻技术的极大相似性,以及对于激光打孔的研究国内早已开展,并找到了影响激光打孔的工艺参数及各参数与孔径和孔深的关系的事实,可以说本课题采用激光技术是可行的。

石英晶振激光频率微调技术

所谓激光频率微调,就是用激光照射或扫描石英晶振晶体表面电极膜层,使其气化的方法对石英晶体谐振频率进行微调。用高速频率动态采集系统对石英晶体谐振频率进行采集作为反馈信号,控制激光输出参数。计算机分析系统接收到频率数据后,与设定值进行比较,将频率差值换算成需照射功率的差值,调整脉冲宽度,计算出脉冲个数,控制激光功率输出,直到石英晶体的频率达到要求值。具体通过导线即探针将石英晶体谐振器频率传导到高速频率动态采集系统,由此形成闭环控制达到提高微调精度的效果。通过光纤传输激光束到达石英晶振晶体表面,对其进行气化以达到调节频率的目的。

如图26所示:用激光照射对石英晶体进行频率微调的方法和设备的设备结构示意图。首先将石英晶体放置在二维工作平台5上,高速动态采集器6检测到石英晶体的频率值,经处理传入PC计算机2,计算机经分析给出微调数据,使激光电源智能化控制器控制激光输出参数;激光照射在石英晶振,石英晶体镀银层上,将镀银层表面气化,然后通过探针导线7将振动频率传导到高速动态采集系统6,采集器将数据处理后,给出新的激光输出参数,出此形成闭环控制达到提高微调精度效果。

图27是激光频率微调技术的方法系统框图。其中111是石英晶振晶体的石英层112是镀银层：7是采集器振针。

图2.8是二维扫描机构俯视示意图。在多片加工时,探针7可以上下移动, 检测石英晶体的输出端频率,向下则接触石英晶体引出脚,检测频率,由激光加工输出41进行加工。该晶体加工完毕,则向上移动到另一个晶体的位置。