石英晶體金屬材料鉻銀金分層電極特性
來源:http://m.11ed.cn 作者:金洛鑫電子 2019年05月05
金屬表面封裝的石英晶體,內部其中是有三層金屬材料結構的,分別是Cr(鉻),Ag(銀)和Au(金)這3種。都屬于常見金屬,被許多晶體制造商用于生產當中,尤其是采購金屬面封裝技術的晶體或振蕩器。今天的實驗項目是通過分析鉻,銀,金這三層金屬結構的電極特性,得出晶振穩定性的結果。
近年來,對于手機市場,對石英晶體諧振器的需求持續增長。為了滿足嚴格的長期頻率穩定性要求,晶體制造商通常使用Au作為電極基板電鍍材料。過去報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,我們報告了我們自己研究使用濺射Cr/Ag/Au分層結構用于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,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。初步結果表明,具有基于Cr/Ag/Au分層結構的電極的AT切割石英晶體諧振器滿足手機應用的長期頻率穩定性要求。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層狀結構在相關的熱工藝環境下是穩定的。
為了評估Cr/Ag/Au層狀電極的特性,電性能和可靠性,我們設置了兩種實驗,第一種是通過晶體諧振器,5.0mmx3.2mm尺寸的26MHz石英晶振作為手機應用的規格。并檢查可靠性和電氣性能。第二個實驗是通過一個帶有涂層分層電極的4“硅晶片進行特性評估,在論文中,我們檢查了電氣薄層電阻。晶體諧振器和4“硅晶片經過相同的濺射工藝和熱處理,包括固化,真空退火,烘烤和回流,其設置條件如表I所示。
表I.熱過程的設置條件
來自基材(AT切割石英)的電極層結構為Cr10nm,Ag300nm和Au150nm。通過晶片掃描探針,通過4點探針(Resmap,IDE)測量層狀電極的薄層電阻。總分151分數據。測量結果與沉積后的每個熱處理一起如表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26MHz5.0x3.2mm水晶振動子。使用Cr/Ag/Au分層電極進行封裝和組裝工藝。可靠性,尤其是老化性能,對移動應用非常重要。在本文中,我們進行了3種熱條件評估可靠性性能,包括回流,熱沖擊和高溫高濕測試。
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,我們認為這是因為中描述的Cr原子擴散到Au層中,Cr在擴散到Au時退火溫度超過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,等效串聯電阻,溫度測試,雜散響應。圖3顯示了等效串聯電阻的統計分布,圖4顯示了Cr/Au層狀電極的對應物。結果表明,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電阻分布(26MHz,5.0x3.2mm)
可靠性表現:
回流測試結果如圖5所示,回流測試前后頻率和等效串聯電阻的變化小于1ppm和10hm,滿足手機應用的要求。
圖5.由回流測試引起的頻率和ESR偏移(所有樣品均在1ppm,1歐姆范圍內)
熱沖擊試驗:
熱沖擊試驗的結果(試驗條件:-55℃至125℃,停留時間10分鐘,通過時間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.熱沖擊試驗引起的頻率和ESR偏移(所有樣品均在1ppm,1歐姆以內)
高溫和濕度測試:
高溫和高濕試驗結果(試驗條件:溫度85℃,相對濕度85%,試驗時間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。 初步結果表明,具有基于Cr/Ag/Au分層結構的電極的AT切割石英晶體諧振器滿足手機應用的長期頻率穩定性要求。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層狀結構在相關的熱工藝環境下是穩定的。
近年來,對于手機市場,對石英晶體諧振器的需求持續增長。為了滿足嚴格的長期頻率穩定性要求,晶體制造商通常使用Au作為電極基板電鍍材料。過去報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,我們報告了我們自己研究使用濺射Cr/Ag/Au分層結構用于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,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。初步結果表明,具有基于Cr/Ag/Au分層結構的電極的AT切割石英晶體諧振器滿足手機應用的長期頻率穩定性要求。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層狀結構在相關的熱工藝環境下是穩定的。
為了評估Cr/Ag/Au層狀電極的特性,電性能和可靠性,我們設置了兩種實驗,第一種是通過晶體諧振器,5.0mmx3.2mm尺寸的26MHz石英晶振作為手機應用的規格。并檢查可靠性和電氣性能。第二個實驗是通過一個帶有涂層分層電極的4“硅晶片進行特性評估,在論文中,我們檢查了電氣薄層電阻。晶體諧振器和4“硅晶片經過相同的濺射工藝和熱處理,包括固化,真空退火,烘烤和回流,其設置條件如表I所示。
表I.熱過程的設置條件
熱過程 | 設置條件 |
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,我們認為這是因為中描述的Cr原子擴散到Au層中,Cr在擴散到Au時退火溫度超過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,等效串聯電阻,溫度測試,雜散響應。圖3顯示了等效串聯電阻的統計分布,圖4顯示了Cr/Au層狀電極的對應物。結果表明,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電阻分布(26MHz,5.0x3.2mm)
回流測試結果如圖5所示,回流測試前后頻率和等效串聯電阻的變化小于1ppm和10hm,滿足手機應用的要求。
圖5.由回流測試引起的頻率和ESR偏移(所有樣品均在1ppm,1歐姆范圍內)
熱沖擊試驗的結果(試驗條件:-55℃至125℃,停留時間10分鐘,通過時間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.熱沖擊試驗引起的頻率和ESR偏移(所有樣品均在1ppm,1歐姆以內)
高溫和高濕試驗結果(試驗條件:溫度85℃,相對濕度85%,試驗時間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。 初步結果表明,具有基于Cr/Ag/Au分層結構的電極的AT切割石英晶體諧振器滿足手機應用的長期頻率穩定性要求。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層狀結構在相關的熱工藝環境下是穩定的。
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