我們使用的手機，電腦，辦公設備，家用電器等產(chǎn)品都是由幾十件，幾百件零零雜雜的電子元器件組成的。石英晶體諧振器是眾多產(chǎn)品的靈魂，擁有神奇的壓電效應，和頻率振蕩功能，帶動(dòng)其他的電子零部件工作，才能使產(chǎn)品正常運轉。而且體積大部分都小巧輕薄，占用空間小，小小的一顆就體現出現代人精湛的工藝。制造一顆石英晶振并不是一件簡(jiǎn)單的事，首先光是生產(chǎn)步驟就有好幾十道，需要用到的加工技術(shù)也非常多，離子束加工是比較重要的環(huán)節。
離子束加工原理
當離子束加工時(shí),使用帶正電荷的離子,并且離子的質(zhì)量比電子的質(zhì)量大的多, 因此當對離子加速使其成為高速離子束時(shí),所具有的動(dòng)能就比高能電子束高許多。為此,當離子束加工時(shí),不會(huì )像電子束加工一樣,采用動(dòng)能轉換為熱能對材料進(jìn)行加工, 而是通過(guò)撞擊石英晶振的材料表面,使得材料表面產(chǎn)生變形、分離、破壞,達到加工的目的。其特點(diǎn)有:(1)因為運用離子束撞擊石英晶體諧振器的表面,使得加工分辨率很高,并且通過(guò)控制離子束的電流密度,可以方便精確的控制加工量。(2)由于離子束加工是通過(guò)微觀(guān)物理撞擊進(jìn)行加工,所以可以應用于各種材料,包括金屬材料、介質(zhì)材料。(3) 離子束加工不像電子束加工,將動(dòng)能轉換為熱能,因此,不會(huì )在晶振表面產(chǎn)生很多熱量,避免了晶體表面的熱變形,提高了加工精度。(4)由于切削量小,不會(huì )引起機械應力和損傷,可以保證石英水晶諧振器表面的加工質(zhì)量。(5)由于離子束加工需要在高真空環(huán)境下進(jìn)行加工,因此對環(huán)境的污染小,并且對高純度的半導體材料和易氧化的金屬材料加工效果較好。(6)易于控制,容易實(shí)現自動(dòng)化。因為離子束加工具有以上特點(diǎn),所以被認為是最有前途的超精密加工和微細加工方法,是納米加工技術(shù)的基礎[4][11l。
離子束加工的基礎是高能量的離子束射到材料或石英晶體諧振器表面時(shí)所產(chǎn)生的撞擊效應、濺射效應和注入效應。離子束加工時(shí),在貼片晶振表面出現的物理過(guò)程大致是:當入射離子碰到貼片晶振表面時(shí),因為離子與晶振表面的原子、分子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生能量交換,這就是離子的撞擊效應。碰撞后,離子將一部分動(dòng)能傳給石英晶體表面的一些原子、分子。
當這些原子、分子積聚的能量達到一定值后就會(huì )從無(wú)源晶振表面分離逸出而產(chǎn)生濺射,其余的能量則轉換為材料晶格的振動(dòng),這就是離子的濺射效應。注入效應是指當轟擊石英水晶諧振器表面的離子具有很強的能量時(shí),離子直接進(jìn)入石英晶體諧振器表面層。從而改變石英晶體表面層的微觀(guān)結構和化學(xué)成分。使得石英晶體表面的機械物理性能發(fā)生變化。
離子束加工分類(lèi)
根據離子束加工時(shí)所利用的物理效應以及加工所達到的目的不同,可以將離子束加工分為四類(lèi):離子刻蝕、離子濺射沉積、離子鍍和離子注入。其中,前三項加工是利用了離子束的撞擊效應和濺射效應,而最后一項是利用了離子的注入效應。
如圖3-1所示,離子刻蝕加工是由離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)過(guò)加速極加速,使其具有很高的能量,然后用其轟擊無(wú)源晶振表面。當高速離子與晶體的原子、分子發(fā)生碰撞后, 將能量傳給原子、分子,原子、分子獲得足夠的動(dòng)能后逸出壓電石英晶體表面。從而達到加工目的。

如圖3-2所示,離子濺射沉積加工與離子刻蝕加工類(lèi)似,也是出離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)過(guò)加速極加速,使其具有很高的能量。不同點(diǎn)是用高速離子去轟擊靶材表面。靶材的原子、分子逸出后沉積在附近的晶振上,在晶振的表面鍍上一層靶材薄膜。

如圖3-3所示,離子鍍加工與離子濺射沉積加工相比,除了用高速離子轟擊靶材表面,使靶材的原子、分子逸出后沉積在附近的壓電石英晶體上,還用高速離子打擊晶振表面。這可以提高靶材薄膜與石英貼片晶振表面的結合力。因此離子鍍也稱(chēng)離子濺射輔助沉積。與離子濺射沉積加工相比,具有附著(zhù)力強,膜層不容易脫落的特點(diǎn)。

如圖3-4所示,離子注入加工就是出離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)過(guò)加速極加速, 使其具有相當高的能量,然后用其垂直轟擊SMD晶振表面。離子直接注入晶振,并成為晶振材料的一部分。

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