我们使用的手机，电脑，办公设备，家用电器等产品都是由几十件，几百件零零杂杂的电子元器件组成的。石英晶体谐振器是众多产品的灵魂，拥有神奇的压电效应，和频率振荡功能，带动其他的电子零部件工作，才能使产品正常运转。而且体积大部分都小巧轻薄，占用空间小，小小的一颗就体现出现代人精湛的工艺。制造一颗石英晶振并不是一件简单的事，首先光是生产步骤就有好几十道，需要用到的加工技术也非常多，离子束加工是比较重要的环节。
离子束加工原理
当离子束加工时,使用带正电荷的离子,并且离子的质量比电子的质量大的多, 因此当对离子加速使其成为高速离子束时,所具有的动能就比高能电子束高许多。为此,当离子束加工时,不会像电子束加工一样,采用动能转换为热能对材料进行加工, 而是通过撞击石英晶振的材料表面,使得材料表面产生变形、分离、破坏,达到加工的目的。其特点有:(1)因为运用离子束撞击石英晶体谐振器的表面,使得加工分辨率很高,并且通过控制离子束的电流密度,可以方便精确的控制加工量。(2)由于离子束加工是通过微观物理撞击进行加工,所以可以应用于各种材料,包括金属材料、介质材料。(3) 离子束加工不像电子束加工,将动能转换为热能,因此,不会在晶振表面产生很多热量,避免了晶体表面的热变形,提高了加工精度。(4)由于切削量小,不会引起机械应力和损伤,可以保证石英水晶谐振器表面的加工质量。(5)由于离子束加工需要在高真空环境下进行加工,因此对环境的污染小,并且对高纯度的半导体材料和易氧化的金属材料加工效果较好。(6)易于控制,容易实现自动化。因为离子束加工具有以上特点,所以被认为是最有前途的超精密加工和微细加工方法,是纳米加工技术的基础[4][11l。
离子束加工的基础是高能量的离子束射到材料或石英晶体谐振器表面时所产生的撞击效应、溅射效应和注入效应。离子束加工时,在贴片晶振表面出现的物理过程大致是:当入射离子碰到贴片晶振表面时,因为离子与晶振表面的原子、分子发生碰撞而产生能量交换,这就是离子的撞击效应。碰撞后,离子将一部分动能传给石英晶体表面的一些原子、分子。
当这些原子、分子积聚的能量达到一定值后就会从无源晶振表面分离逸出而产生溅射,其余的能量则转换为材料晶格的振动,这就是离子的溅射效应。注入效应是指当轰击石英水晶谐振器表面的离子具有很强的能量时,离子直接进入石英晶体谐振器表面层。从而改变石英晶体表面层的微观结构和化学成分。使得石英晶体表面的机械物理性能发生变化。
离子束加工分类
根据离子束加工时所利用的物理效应以及加工所达到的目的不同,可以将离子束加工分为四类:离子刻蚀、离子溅射沉积、离子镀和离子注入。其中,前三项加工是利用了离子束的撞击效应和溅射效应,而最后一项是利用了离子的注入效应。
如图3-1所示,离子刻蚀加工是由离子源产生的离子经过加速极加速,使其具有很高的能量,然后用其轰击无源晶振表面。当高速离子与晶体的原子、分子发生碰撞后, 将能量传给原子、分子,原子、分子获得足够的动能后逸出压电石英晶体表面。从而达到加工目的。

如图3-2所示,离子溅射沉积加工与离子刻蚀加工类似,也是出离子源产生的离子经过加速极加速,使其具有很高的能量。不同点是用高速离子去轰击靶材表面。靶材的原子、分子逸出后沉积在附近的晶振上,在晶振的表面镀上一层靶材薄膜。

如图3-3所示,离子镀加工与离子溅射沉积加工相比,除了用高速离子轰击靶材表面,使靶材的原子、分子逸出后沉积在附近的压电石英晶体上,还用高速离子打击晶振表面。这可以提高靶材薄膜与石英贴片晶振表面的结合力。因此离子镀也称离子溅射辅助沉积。与离子溅射沉积加工相比,具有附着力强,膜层不容易脱落的特点。

如图3-4所示,离子注入加工就是出离子源产生的离子经过加速极加速, 使其具有相当高的能量,然后用其垂直轰击SMD晶振表面。离子直接注入晶振,并成为晶振材料的一部分。

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