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。都屬于常見金屬，被許多晶體制造商用于生產(chǎn)當(dāng)中，尤其是采購金屬面封裝技術(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，對(duì)于手機(jī)市場，對(duì)石英晶體諧振器的需求持續(xù)增長。為了滿足嚴(yán)格的長期頻率穩(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.熱過程的設(shè)置條件

熱過程	設(shè)置條件
固化	265℃,180min
真空退火	295℃,360min
烘烤	200℃,720min
回流	180℃(10min)&260℃
回流	(peak),10sec
	(peak),10sec

來自基材（AT切割石英）的電極層結(jié)構(gòu)為Cr10nm，Ag300nm和Au150nm。通過晶片掃描探針，通過4點(diǎn)探針（Resmap，IDE）測量層狀電極的薄層電阻?？偡?51分?jǐn)?shù)據(jù)。測量結(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。可靠性，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1.Cr/Ag/Au層狀電極的薄層電阻以及工藝

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）

圖4.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)：
回流測試結(jié)果如圖5所示，回流測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。

圖7.高溫和高濕度測試引起的頻率和ESR偏移（所有樣品均在1ppm，1歐姆以內(nèi)）

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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