[发明专利]一种石英晶体的激光刻蚀加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及石英晶体加工领域。更具体地，涉及一种石英晶体的激光刻蚀加工方法。

背景技术

石英晶体材料，尤其是α石英，因其具有压电效应特性，可制成石英晶体谐振器、石英晶体振荡器、石英晶体滤波器等元器件产品，广泛应用于电子产品中。随着电子产品向高频化、功能化方向发展，对高基频晶体片和异型晶体片的加工需求越来越迫切。石英晶体硬度为莫氏硬度7，硬度大，且性脆、易破碎，是典型的硬脆材料。有别于各向同性的石英玻璃(又称：熔融石英)材料，石英晶体具有各向异性，热膨胀系数、导热性、弹性、光折射率等各方向差别很大，硬度也更大，因此相比较石英玻璃，对石英晶体的加工难度更大。

现有的石英晶体材料加工方法有物理研磨、化学腐蚀、离子刻蚀等。石英晶体材料的特性是频率与厚度成反比，厚度越薄，频率越高。对高频石英晶体片，采用物理研磨工艺加工石英晶体片时，一般只能采取整片研磨，晶体片厚度只能达到40μm左右，频率为40MHz左右，若频率再高，则晶体片的厚度太薄，进行加工时极易破碎；采用化学腐蚀工艺加工石英晶体片时，如果将晶体片整体减薄，频率只能达到80MHz左右，晶体片厚度为20μm左右，若频率再高，则晶体片的厚度将薄到难以满足机械强度要求；采用涂覆保护掩膜对石英晶体片进行局部化学腐蚀减薄，由于晶体片尺寸小，存在工艺难度大、精度难以保证的问题；采用离子刻蚀对石英晶体片进行局部减薄，存在投资大、工艺复杂、周期长、频率控制难度大的问题，难以实现产品化。

对异型石英晶体片，物理研磨无法实现；采用化学腐蚀或离子刻蚀，工艺过程非常复杂，加工难度很大，表面防护难以彻底，腐蚀出的截面粗糙，尺寸精度差，性能和可靠性较低，而且成本高，周期长。

因此，需要提供一种新型石英晶体加工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石英晶体的激光刻蚀加工方法，该加工方法使用皮秒激光器加工石英晶体，可对石英晶体进行减薄加工，减薄后的石英晶体厚度可达到6um或更薄，对应的基频频率达到280MHz以上，且加工后的石英晶体强度好，同时，该加工方法可以将石英晶体加工成各种形状，且该加工方法简单，加工精度高，对石英晶体加工的尺寸精度可控制在±5μm内。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种石英晶体的激光刻蚀加工方法，使用激光刻蚀的方法加工石英晶体，包括以下步骤：

准备激光：

选择激光器，所述激光器能激发脉冲宽度为5ps～20ps的短脉冲激光；

选择激光脉冲重复频率为10kHz～500kHz，激光器的输出功率为10mW～3W；

选择激光器的控制模式；

准备控制软件：

开启激光加工控制软件；

激光焦点校正，进行激光焦距搜寻与校正，使激光焦点与在线观测镜头的焦点在同一高度；

镜头对正，进行在线观测镜头焦点与聚焦振镜焦点的补偿，使振镜中心与在线观测镜头的视场中心重合；

设计加工图纸：

根据所需加工的形状，在激光加工控制软件中设计加工图纸；

保存加工图纸并导入激光加工控制软件的工作区；

激光刻蚀：

设置激光束扫描速度为10mm/s～1000mm/s；加工方式选择为逐层加工方式；

将待加工石英晶体放入夹具中固定好，将夹具固定于加工平台上；

操纵在线观测镜头上下移动，使其聚焦于待加工石英晶体的表面；

操纵在线观测镜头左右移动，使其精确定位在设计图纸规定的待加工位置；

操纵激光器，将待加工石英晶体移至振镜加工位置；

打开激光闸门，对待加工石英晶体进行加工，进行一次加工；

一次加工完毕后，关闭激光闸门，操纵激光器，将已进行一次加工的晶体移至在线观测镜头的观测位置，利用在线观测镜头观察本次加工效果；

重复上述激光刻蚀步骤，直至加工效果达到加工要求，完成对石英晶体的加工；

加工后处理和检测：

将夹具从加工平台上取下，将加工后的石英晶体从夹具中取出，进行清洗和表面处理，得到成品，检测成品精度。

优选地，所述激光器可选自型号为Lumera Rapid的激光器；

优选地，准备激光步骤中，所述激光器的控制模式选自internal(内部触发)、external(外部触发)或Windows(软件触发)控制模式，更优选地，激光器的控制模式选自Windows控制模式。