[發明專利]基于波形優化匹配的石英晶片研磨控制方法

有效

• 申請號: 201810500285.3
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN108705442B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 陳一信;郭彬;潘凌鋒;陳浙泊
• 申請（專利權）人: 浙江大學臺州研究院
• 主分類號: B24B37/005
• 分類號: B24B37/005
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 董世博

本發明公開了基于波形優化匹配的石英晶片研磨控制方法，能在石英晶片研磨過程中穩定實時地測量從5M到70MHZ的頻率；本系統可以顯示晶片研磨生產過程中的各種狀態并提出建議，在線測頻過程中實時監控石英晶片研磨狀態，若出現異常情況實時關停研磨機，防止超頻事件的發生，用戶可根據觸摸屏上顯示的這些狀態有效提高生產效率；加入“跳頻約束策略”徹底解決ALC系統“在某些頻段發生測頻值跳變”的問題；提供晶片研磨實時平均頻率、研磨速率和散差等多樣化統計參數，為更換研磨砂和維修研磨盤面提供科學依據，解決ALC系統“無法監控研磨機狀態”的缺陷。

技術領域

本發明涉及基于波形優化匹配的石英晶片研磨控制方法。

背景技術

電子信息產業是國民經濟的支柱產業，石英晶體振蕩器在電子信息行業中具有極其重要的地位。中國是石英晶體元器件的生產大國，但是產值、產品質量與發達國家相比仍有較大差距。行業近年來發展十分迅速，對石英晶體元器件生產過程中的加工設備和在線高精度測控設備的需求量也在不斷增加。

晶片研磨是石英晶振生產過程中必不可少的步驟，晶片電參數測試是這一步驟中的關鍵測控技術，國內很多研究機構都對其進行了研究探索。20世紀九十年代，天津大學就基于國際標準的傳輸法原理對石英晶體的電參數進行了測量。從2002年到2004年，北京機械工業學院對π網絡法測量石英晶體電參數的原理及π網絡中分布參數對測量精度的影響進行了研究。中南大學信息科學與工程學院在2004年提出了一種使用直接數字頻率合成器(DDS)作為激勵信號源的方法和以此為基礎實現石英晶片電參數計算機測量系統。北京航空航天大學在2006年設計了一種頻率高達200MHz的石英晶體電參數測量系統。2009年哈爾濱工業大學以π網絡最大傳輸測量方法為基礎設計石英晶體參數測量系統，設計中選擇具有高速數據處理能力的數字信號處理器(DSP)作為系統的控制模塊。在產品研發領域，國內外的石英晶體電參數測頻技術差距很大。美國S&A公司的250A、250B系列網絡分析儀和惠普公司的E5100系列網絡分析儀的頻率測量范圍在20KHz-400KHz和0.5MHz-200MHz，負載諧振頻率測量精度達到2ppm以內，代表了石英晶片靜態測頻領域的世界最高水平。國內除了香港Kolinker公司的KH1200測試儀，其誤差和250B相當，再沒有其他同類產品替代。

在晶片研磨生產過程中磨盤相對于晶片是不斷滑動的，探測頭下并不是始終存在晶片，諧振信號是間斷的；另外，不同頻段晶片所需的射頻激勵功率大小是不同的；因此，要在研磨的動態過程中實時準確地測試晶片的諧振頻率參數，準確地使盤內晶片達到目標頻率且不能發生過度研磨導致的超頻生產事故，就要求相應的測控儀器具備“動態有效信號提取”和“動態功率反饋”功能。因此，上文提到的研究內容和商業產品并不能滿足在線測頻的技術要求。目前國內外許多晶片制造廠家都使用美國TRANSAT公司的在線頻率監控儀(ALC)對晶片頻率進行在線測控。傳統的ALC系統具備動態有效信號提取和動態功率反饋功能，能夠實現晶片生產中在線測頻的功能，這一技術目前被國外壟斷。但是，隨著石英晶振行業技術的日新月異，ALC系統并沒有隨之更新換代，生產實踐中出現了越來越多不能忽視的問題。

首先，石英晶振產品的諧振頻率不斷提高，最高頻段已經達到50MHz-60MHz，很多企業在實際使用ALC的過程中會遇到諸如“在某些頻段發生測頻值跳變”而無法有效控制研磨量的缺陷，嚴重影響產品質量和生產進度。這是由于當ALC系統出現誤測量時，其測頻方法并沒有根據實際研磨情況去除“誤測頻率”的機制，在噪聲環境中出現測頻值跳變的問題也就成為必然。

其次，晶振的產量大幅提高，研磨砂和研磨盤的消耗量十分巨大，如何提高研磨砂和研磨盤的使用效率是每個廠商降低生產成本的關鍵。從研磨機管控的角度，相應的測控設備需要具備統計研磨盤內晶片頻率分布的能力，以評估前道工序的加工質量和研磨系統的狀態，作為更換研磨砂和維修研磨盤面的依據。然而，ALC系統僅提供“到達研磨目標頻率停止”的控制策略，對研磨速率和頻率散差等參數監控和相應的控制策略并沒有涉及，這就導致其無法對研磨砂和研磨盤面狀態進行監控。