首頁(yè)常見(jiàn)問(wèn)題 石英晶體金屬材料鉻銀金分層電極特性
石英晶體金屬材料鉻銀金分層電極特性
來(lái)源:http://diker.cn 作者:金洛鑫電子 2019年05月05
金屬表面封裝的石英晶體,內(nèi)部其中是有三層金屬材料結(jié)構(gòu)的,分別是Cr(鉻),Ag(銀)和Au(金)這3種。都屬于常見(jiàn)金屬,被許多晶體制造商用于生產(chǎn)當(dāng)中,尤其是采購(gòu)金屬面封裝技術(shù)的晶體或振蕩器。今天的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是通過(guò)分析鉻,銀,金這三層金屬結(jié)構(gòu)的電極特性,得出晶振穩(wěn)定性的結(jié)果。
近年來(lái),對(duì)于手機(jī)市場(chǎng),對(duì)石英晶體諧振器的需求持續(xù)增長(zhǎng)。為了滿足嚴(yán)格的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性要求,晶體制造商通常使用Au作為電極基板電鍍材料。過(guò)去報(bào)告了使用具有不同金屬材料的分層電極的原因不同。在本文中,我們報(bào)告了我們自己研究使用濺射Cr/Ag/Au分層結(jié)構(gòu)用于AT切割石英晶體諧振器的電極,其唯一目的是出于成本原因減少Au的使用。我們研究了層的物理參數(shù),電薄層電阻以及熱處理。將完成的晶體諧振器的電特性與用Cr/Au基板電極制成的電特性進(jìn)行比較,并且還檢查具有新電極的晶體的可靠性性能。初步結(jié)果表明,具有基于Cr/Ag/Au分層結(jié)構(gòu)的電極的AT切割石英晶體諧振器滿足手機(jī)應(yīng)用的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性要求。電特性與Cr/Au基板晶體諧振器兼容。物理特性研究表明,Cr/Ag/Au層狀結(jié)構(gòu)在相關(guān)的熱工藝環(huán)境下是穩(wěn)定的。
為了評(píng)估Cr/Ag/Au層狀電極的特性,電性能和可靠性,我們?cè)O(shè)置了兩種實(shí)驗(yàn),第一種是通過(guò)晶體諧振器,5.0mmx3.2mm尺寸的26MHz石英晶振作為手機(jī)應(yīng)用的規(guī)格。并檢查可靠性和電氣性能。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是通過(guò)一個(gè)帶有涂層分層電極的4“硅晶片進(jìn)行特性評(píng)估,在論文中,我們檢查了電氣薄層電阻。晶體諧振器和4“硅晶片經(jīng)過(guò)相同的濺射工藝和熱處理,包括固化,真空退火,烘烤和回流,其設(shè)置條件如表I所示。
表I.熱過(guò)程的設(shè)置條件
來(lái)自基材(AT切割石英)的電極層結(jié)構(gòu)為Cr10nm,Ag300nm和Au150nm。通過(guò)晶片掃描探針,通過(guò)4點(diǎn)探針(Resmap,IDE)測(cè)量層狀電極的薄層電阻??偡?51分?jǐn)?shù)據(jù)。測(cè)量結(jié)果與沉積后的每個(gè)熱處理一起如表I所示。為了比較電性能與通常的Cr/Au電極晶體,使用相同的空白陶瓷制作4500個(gè)26MHz5.0x3.2mm水晶振動(dòng)子。使用Cr/Ag/Au分層電極進(jìn)行封裝和組裝工藝??煽啃?,尤其是老化性能,對(duì)移動(dòng)應(yīng)用非常重要。在本文中,我們進(jìn)行了3種熱條件評(píng)估可靠性性能,包括回流,熱沖擊和高溫高濕測(cè)試。
電阻片:
涂有Cr/Ag/Au層狀電極的晶片在所有熱處理后都顯示出鏡面狀,并且薄膜電阻和工藝如圖1所示。結(jié)果顯示出與Cr/Au層狀電極相似的行為如圖1所示。圖2.在295℃真空退火后,Cr/Ag/Au和Cr/Au層狀電極都顯示出薄層電阻增加,我們認(rèn)為這是因?yàn)橹忻枋龅腃r原子擴(kuò)散到Au層中,Cr在擴(kuò)散到Au時(shí)退火溫度超過(guò)270℃,由于退火后的熱處理溫度低于270℃和退火溫度,因此我們可以看到退火處理后的薄層電阻平均值變得穩(wěn)定。
圖2.Cr/Au層狀電極的薄層電阻以及工藝
電氣性能:
Cr/Ag/Au電極晶體的電性能與Cr/Au非常相似,包括頻率,等效串聯(lián)電阻,溫度測(cè)試,雜散響應(yīng)。圖3顯示了等效串聯(lián)電阻的統(tǒng)計(jì)分布,圖4顯示了Cr/Au層狀電極的對(duì)應(yīng)物。結(jié)果表明,Cr/Ag/Au層電極電阻略低于Cr/Au電極。
圖3.Cr/Ag/Au電極晶體的等效串聯(lián)電阻分布(26MHz,5.0x3.2mm)
可靠性表現(xiàn):
回流測(cè)試結(jié)果如圖5所示,回流測(cè)試前后頻率和等效串聯(lián)電阻的變化小于1ppm和10hm,滿足手機(jī)應(yīng)用的要求。
圖5.由回流測(cè)試引起的頻率和ESR偏移(所有樣品均在1ppm,1歐姆范圍內(nèi))
熱沖擊試驗(yàn):
熱沖擊試驗(yàn)的結(jié)果(試驗(yàn)條件:-55℃至125℃,停留時(shí)間10分鐘,通過(guò)時(shí)間20秒)如圖6所示,所有晶振樣品均顯示頻率和ESR偏移在1ppm和10hm之間。
圖6.熱沖擊試驗(yàn)引起的頻率和ESR偏移(所有樣品均在1ppm,1歐姆以內(nèi))
高溫和濕度測(cè)試:
高溫和高濕試驗(yàn)結(jié)果(試驗(yàn)條件:溫度85℃,相對(duì)濕度85%,試驗(yàn)時(shí)間336)如圖7所示,所有石英晶體均顯示頻率和ESR偏移在1ppm和1Ohm之間。 初步結(jié)果表明,具有基于Cr/Ag/Au分層結(jié)構(gòu)的電極的AT切割石英晶體諧振器滿足手機(jī)應(yīng)用的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性要求。電特性與Cr/Au基板晶體諧振器兼容。物理特性,電阻率,研究表明,Cr/Ag/Au層狀結(jié)構(gòu)在相關(guān)的熱工藝環(huán)境下是穩(wěn)定的。
近年來(lái),對(duì)于手機(jī)市場(chǎng),對(duì)石英晶體諧振器的需求持續(xù)增長(zhǎng)。為了滿足嚴(yán)格的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性要求,晶體制造商通常使用Au作為電極基板電鍍材料。過(guò)去報(bào)告了使用具有不同金屬材料的分層電極的原因不同。在本文中,我們報(bào)告了我們自己研究使用濺射Cr/Ag/Au分層結(jié)構(gòu)用于AT切割石英晶體諧振器的電極,其唯一目的是出于成本原因減少Au的使用。我們研究了層的物理參數(shù),電薄層電阻以及熱處理。將完成的晶體諧振器的電特性與用Cr/Au基板電極制成的電特性進(jìn)行比較,并且還檢查具有新電極的晶體的可靠性性能。初步結(jié)果表明,具有基于Cr/Ag/Au分層結(jié)構(gòu)的電極的AT切割石英晶體諧振器滿足手機(jī)應(yīng)用的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性要求。電特性與Cr/Au基板晶體諧振器兼容。物理特性研究表明,Cr/Ag/Au層狀結(jié)構(gòu)在相關(guān)的熱工藝環(huán)境下是穩(wěn)定的。
為了評(píng)估Cr/Ag/Au層狀電極的特性,電性能和可靠性,我們?cè)O(shè)置了兩種實(shí)驗(yàn),第一種是通過(guò)晶體諧振器,5.0mmx3.2mm尺寸的26MHz石英晶振作為手機(jī)應(yīng)用的規(guī)格。并檢查可靠性和電氣性能。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是通過(guò)一個(gè)帶有涂層分層電極的4“硅晶片進(jìn)行特性評(píng)估,在論文中,我們檢查了電氣薄層電阻。晶體諧振器和4“硅晶片經(jīng)過(guò)相同的濺射工藝和熱處理,包括固化,真空退火,烘烤和回流,其設(shè)置條件如表I所示。
表I.熱過(guò)程的設(shè)置條件
熱過(guò)程 | 設(shè)置條件 |
固化 | 265℃,180min |
真空退火 | 295℃,360min |
烘烤 | 200℃,720min |
回流 | 180℃(10min)&260℃ |
(peak),10sec | |
電阻片:
涂有Cr/Ag/Au層狀電極的晶片在所有熱處理后都顯示出鏡面狀,并且薄膜電阻和工藝如圖1所示。結(jié)果顯示出與Cr/Au層狀電極相似的行為如圖1所示。圖2.在295℃真空退火后,Cr/Ag/Au和Cr/Au層狀電極都顯示出薄層電阻增加,我們認(rèn)為這是因?yàn)橹忻枋龅腃r原子擴(kuò)散到Au層中,Cr在擴(kuò)散到Au時(shí)退火溫度超過(guò)270℃,由于退火后的熱處理溫度低于270℃和退火溫度,因此我們可以看到退火處理后的薄層電阻平均值變得穩(wěn)定。
圖2.Cr/Au層狀電極的薄層電阻以及工藝
Cr/Ag/Au電極晶體的電性能與Cr/Au非常相似,包括頻率,等效串聯(lián)電阻,溫度測(cè)試,雜散響應(yīng)。圖3顯示了等效串聯(lián)電阻的統(tǒng)計(jì)分布,圖4顯示了Cr/Au層狀電極的對(duì)應(yīng)物。結(jié)果表明,Cr/Ag/Au層電極電阻略低于Cr/Au電極。
圖3.Cr/Ag/Au電極晶體的等效串聯(lián)電阻分布(26MHz,5.0x3.2mm)
回流測(cè)試結(jié)果如圖5所示,回流測(cè)試前后頻率和等效串聯(lián)電阻的變化小于1ppm和10hm,滿足手機(jī)應(yīng)用的要求。
圖5.由回流測(cè)試引起的頻率和ESR偏移(所有樣品均在1ppm,1歐姆范圍內(nèi))
熱沖擊試驗(yàn)的結(jié)果(試驗(yàn)條件:-55℃至125℃,停留時(shí)間10分鐘,通過(guò)時(shí)間20秒)如圖6所示,所有晶振樣品均顯示頻率和ESR偏移在1ppm和10hm之間。
圖6.熱沖擊試驗(yàn)引起的頻率和ESR偏移(所有樣品均在1ppm,1歐姆以內(nèi))
高溫和高濕試驗(yàn)結(jié)果(試驗(yàn)條件:溫度85℃,相對(duì)濕度85%,試驗(yàn)時(shí)間336)如圖7所示,所有石英晶體均顯示頻率和ESR偏移在1ppm和1Ohm之間。 初步結(jié)果表明,具有基于Cr/Ag/Au分層結(jié)構(gòu)的電極的AT切割石英晶體諧振器滿足手機(jī)應(yīng)用的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性要求。電特性與Cr/Au基板晶體諧振器兼容。物理特性,電阻率,研究表明,Cr/Ag/Au層狀結(jié)構(gòu)在相關(guān)的熱工藝環(huán)境下是穩(wěn)定的。
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