本實用新型專利技術(shù)公開了一種石英晶片研磨在線測頻系統(tǒng)，包括電源模塊、MCU控制系統(tǒng)模塊、DDS模塊、射頻功率放大模塊、π網(wǎng)絡(luò)接口電路模塊、信號放大濾波模塊、射頻幅值檢測模塊和觸摸屏模塊。本實用新型專利技術(shù)用基于DDS技術(shù)的π網(wǎng)絡(luò)最大傳輸法檢測原理增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性，解決現(xiàn)有ALC系統(tǒng)“在某些頻段發(fā)生測頻值跳變”的問題。本實用新型專利技術(shù)所有頻段采用統(tǒng)一的π網(wǎng)絡(luò)接口電路，解決現(xiàn)有ALC系統(tǒng)不同頻段需要更換探測頭的缺陷，降低射頻接頭頻繁插拔導(dǎo)致的電學(xué)故障風(fēng)險，增強(qiáng)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，能夠顯著提升晶片研磨質(zhì)量和產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性。硬件系統(tǒng)方案不僅能夠覆蓋目前晶片研磨生產(chǎn)所涉及的所有頻段，而且只需要通過算法參數(shù)上修改就能兼容石英晶片的所有切型。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及測試儀器
，尤其涉及一種石英晶片研磨在線測頻系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
石英晶片是晶振的核心元器件，石英晶體振蕩器（晶振）為電子設(shè)備提供時間基準(zhǔn)，在電子信息產(chǎn)業(yè)中具有極其重要的地位。中國是晶振的制造大國，但產(chǎn)品檔次和總產(chǎn)值與發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距。晶振的制造流程主要可以分為晶片生產(chǎn)和晶片封裝兩個階段，前者主要通過切割、研磨和腐蝕等工序?qū)⑹⒕О艏庸こ商囟ê穸群统叽绲木缓笳咧饕ㄟ^披銀、點膠、微調(diào)和密封等工序?qū)⒕庋b為各種規(guī)格的晶振。在一定頻率范圍內(nèi)，石英晶片的厚度與其諧振頻率可以簡化成正比關(guān)系，目前大量晶振的頻段處于幾兆到幾十兆赫茲，對應(yīng)厚度為幾百微米，正好滿足這一關(guān)系。本技術(shù)所涉及的技術(shù)主要應(yīng)用在晶片生產(chǎn)階段，該階段的生產(chǎn)目標(biāo)是圍繞石英晶片的諧振頻率展開的。根據(jù)晶片生產(chǎn)工藝流程中不同階段的需求，頻率檢測技術(shù)可以分為兩個方向。一個方向是流程后段的“晶片電參數(shù)測試”技術(shù)，其將基本加工完成的晶片按照以諧振頻率為核心參數(shù)進(jìn)行分選，主要側(cè)重測量的精確性和測試參數(shù)的全面性。國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)都對其進(jìn)行了研究探索，相應(yīng)的產(chǎn)品也比較成熟。比如，美國桑德斯公司的250A、250B系列網(wǎng)絡(luò)分析儀和美國安捷倫公司的E5100系列網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率帶寬分別在400 MHz和200 MHz，負(fù)載諧振頻率測量精度達(dá)到2 ppm以內(nèi)，代表了石英晶片靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)測頻領(lǐng)域的世界最高水平。頻率檢測技術(shù)的另一個方向就是本技術(shù)所關(guān)注的“在線測頻”技術(shù)，主要側(cè)重測量的速度和實時性。石英晶棒通過切割后先成為一定厚度的石英薄片，接下來利用研磨機(jī)把晶片準(zhǔn)確地減薄到目標(biāo)頻率。在整個研磨過程中晶片始終在研磨機(jī)的上下研磨盤之間快速地相對滑動，其厚度無法直接測量。如果利用目前高精度（亞微米量級）的非接觸式尺寸測量技術(shù)對石英晶片厚度進(jìn)行在線間接測量，難度大且成本高昂。因此，想要控制晶片達(dá)到目標(biāo)頻率，要么多次停機(jī)取出晶片進(jìn)行靜態(tài)頻率測量，要么使用在線測頻技術(shù)。顯然前者是繁瑣且不可靠的，目前所有晶片生產(chǎn)廠商都需要研磨在線測頻系統(tǒng)和在線測頻技術(shù)。晶片研磨生產(chǎn)過程中研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，不同頻率的晶片所需要的射頻激勵功率大小是不同的，不同頻段諧振信號的幅度也是不同的。現(xiàn)有的在線測頻技術(shù)具備在不同頻段下提取動態(tài)諧振信號的能力，已經(jīng)可以實現(xiàn)最基本的在線測頻和研磨機(jī)自動停止功能。國外許多晶片制造廠家都使用美國TRANSAT公司的在線頻率監(jiān)控儀（Auto Lapping Control system - ALC）對研磨過程中的晶片頻率進(jìn)行在線測控，該儀器能夠?qū)崿F(xiàn)晶片在線測頻的基本功能，但是核心技術(shù)被該公司壟斷，能夠獲取的專利技術(shù)資料非常有限。國內(nèi)晶片制造廠家多使用北京三禾泰達(dá)技術(shù)有限公司在售的ALC-2000型和ALC-2100型研磨測頻儀，該儀器仍然采用基于美國TRANSAT公司的核心技術(shù)。以ALC-2100型研磨測頻儀為例，其標(biāo)稱的測頻范圍在1 - 95 MHz；測試精度為0.1%；用兩個八段數(shù)碼管顯示當(dāng)前頻率和頻率散差；具備“當(dāng)石英晶片達(dá)到預(yù)置的目標(biāo)頻率時，儀器自動關(guān)停研磨機(jī)”的功能。使晶片準(zhǔn)確地達(dá)到目標(biāo)頻率而避免發(fā)生過度研磨導(dǎo)致的超頻生產(chǎn)事故，是所有晶片生產(chǎn)廠家對在線測頻儀的最基本需求。但是，隨著市場對石英晶振產(chǎn)品要求的不斷提高，石英晶振行業(yè)技術(shù)日新月異，原有的ALC系統(tǒng)的功能卻并沒有及時更新?lián)Q代，生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)了越來越多不能忽視的問題和其他一些迫切的應(yīng)用需求亟待解決。第一，石英晶振產(chǎn)品的諧振頻率不斷提高，量產(chǎn)的最高頻段已經(jīng)達(dá)到70 MHz，很多企業(yè)在實際使用ALC的過程中會遇到諸如“在某些頻段發(fā)生測頻值跳變”而無法有效控制研磨量的缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度。這是由于其硬件構(gòu)架基于傳統(tǒng)的鎖相環(huán)掃頻技術(shù)和51系列嵌入式處理器，容易受到工廠環(huán)境中電機(jī)噪聲、電極觸點和研磨砂引入的電學(xué)噪聲干擾；第二，石英晶振產(chǎn)品的種類不斷增加，從原來較為單一的單轉(zhuǎn)角AT切型發(fā)展為越來越多的雙轉(zhuǎn)角切型，比如SC切型和BT切型。雙轉(zhuǎn)角切型在一些特定的溫度點有更好的穩(wěn)定性，然而其厚度與頻率的函數(shù)關(guān)系卻跟AT切型不一樣。經(jīng)過實際測試，現(xiàn)有的ALC系統(tǒng)即使在自動增益下也不能滿足在線測頻的生產(chǎn)要求。第三，石英晶振產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋了從5 MHz -70 MHz范圍內(nèi)幾乎各個頻點，現(xiàn)有的ALC系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中，不同頻段需要更換不同的探測頭。頻繁地插拔射頻器件造成接口的電學(xué)故障幾率大大上升，造成探測頭電極折斷損壞也是經(jīng)常發(fā)生。一些很難察覺的探測頭觸點接觸不良將導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，甚至造成“超頻”的生產(chǎn)事故。這是由于ALC系統(tǒng)使用射頻線圈作輸入信號進(jìn)行電壓放大，不同頻段需要使用不同的線圈造成的。因此，結(jié)合生產(chǎn)實際研究和探索晶片在線測頻技術(shù)，擺脫現(xiàn)有ALC系統(tǒng)架構(gòu)，創(chuàng)新地研發(fā)晶片研磨在線測頻系統(tǒng)是當(dāng)前石英晶振各大生產(chǎn)廠商的迫切需求。壓電晶體行業(yè)近年來發(fā)展十分迅速，對石英晶片生產(chǎn)過程中的加工設(shè)備和在線高精度測控設(shè)備的需求量也在不斷增加。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是解決目前石英晶片研磨過程中傳統(tǒng)在線頻率監(jiān)控儀在線測頻 “在某些頻段發(fā)生測頻值跳變”的技術(shù)問題。為實現(xiàn)以上技術(shù)目的，本技術(shù)提供一種石英晶片研磨在線測頻系統(tǒng)，包括電源模塊、MCU控制系統(tǒng)模塊、DDS模塊、射頻功率放大模塊、π網(wǎng)絡(luò)接口電路模塊、信號放大濾波模塊、射頻幅值檢測模塊和觸摸屏模塊；所述電源模塊為所述MCU控制系統(tǒng)模塊、DDS模塊、射頻功率放大模塊、信號放大濾波模塊、射頻幅值檢測模塊和觸摸屏模塊提供直流電源；所述DDS模塊的輸入端連接到所述MCU控制系統(tǒng)模塊，DDS模塊的輸出端連接到所述射頻功率放大模塊的輸入端；所述射頻功率放大模塊的輸出端連接到所述π網(wǎng)絡(luò)接口電路模塊的輸入端，所述π網(wǎng)絡(luò)接口電路模塊的輸出端連接到所述信號放大濾波模塊的輸入端；所述信號放大濾波模塊的輸出端連接到所述射頻幅值檢測模塊的輸入端；所述射頻幅值檢測模塊的輸出端連接到所述MCU控制系統(tǒng)模塊；所述觸摸屏模塊與所述MCU控制系統(tǒng)模塊雙向電連接。進(jìn)一步地，所述MCU控制系統(tǒng)模塊包括MCU處理器和永久存儲器。進(jìn)一步地，所述π網(wǎng)絡(luò)接口電路模塊直接連接于研磨機(jī)的上研磨盤，插在所述上研磨盤對應(yīng)的輸入電極插座和輸出電極插座內(nèi)。進(jìn)一步地，所述π網(wǎng)絡(luò)接口電路模塊包括若干電阻器、輸入電極和輸出電極，其中電阻器R1=R6=159 Ω，R2=R5=66.2 Ω，R3=R4=14.2 Ω，所述輸入電極和輸出電極均采用3 mm直徑的純銅香蕉插頭。進(jìn)一步地，所述DDS模塊的最高工作頻率為300 MHz。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)的有益效果是：本技術(shù)首次創(chuàng)新地將壓電晶體的最大傳輸法檢測方案用于石英晶片的研磨在線測頻
，基于DDS的數(shù)字化、高精度和高穩(wěn)定性的特點，以及一種寬帶射頻幅值檢測電路，利用π網(wǎng)絡(luò)最大傳輸法檢測原理大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性，解決現(xiàn)有ALC系統(tǒng)“在某些頻段發(fā)生測頻值跳變”的問題。本技術(shù)所有頻段采用統(tǒng)一的π網(wǎng)絡(luò)接口電路，解決現(xiàn)有ALC系統(tǒng)不同頻段需要更換探測頭的缺陷，顯著降低射頻接頭頻繁插拔導(dǎo)致的電學(xué)故障風(fēng)險，增強(qiáng)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，從而能夠顯著提升晶片研磨質(zhì)量和產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
石英晶片研磨在線測頻系統(tǒng)，其特征在于，包括電源模塊、MCU控制系統(tǒng)模塊、DDS模塊、射頻功率放大模塊、π網(wǎng)絡(luò)接口電路模塊、信號放大濾波模塊、射頻幅值檢測模塊和觸摸屏模塊；所述電源模塊為所述MCU控制系統(tǒng)模塊、DDS模塊、射頻功率放大模塊、信號放大濾波模塊、射頻幅值檢測模塊和觸摸屏模塊提供直流電源；所述DDS模塊的輸入端連接到所述MCU控制系統(tǒng)模塊，DDS模塊的輸出端連接到所述射頻功率放大模塊的輸入端；所述射頻功率放大模塊的輸出端連接到所述π網(wǎng)絡(luò)接口電路模塊的輸入端，所述π網(wǎng)絡(luò)接口電路模塊的輸出端連接到所述信號放大濾波模塊的輸入端；所述信號放大濾波模塊的輸出端連接到所述射頻幅值檢測模塊的輸入端；所述射頻幅值檢測模塊的輸出端連接到所述MCU控制系統(tǒng)模塊；所述觸摸屏模塊與所述MCU控制系統(tǒng)模塊雙向電連接。
【技術(shù)特征摘要】
1.石英晶片研磨在線測頻系統(tǒng)，其特征在于，包括電源模塊、MCU控制系統(tǒng)模塊、DDS模塊、射頻功率放大模塊、π網(wǎng)絡(luò)接口電路模塊、信號放大濾波模塊、射頻幅值檢測模塊和觸摸屏模塊；所述電源模塊為所述MCU控制系統(tǒng)模塊、DDS模塊、射頻功率放大模塊、信號放大濾波模塊、射頻幅值檢測模塊和觸摸屏模塊提供直流電源；所述DDS模塊的輸入端連接到所述MCU控制系統(tǒng)模塊，DDS模塊的輸出端連接到所述射頻功率放大模塊的輸入端；所述射頻功率放大模塊的輸出端連接到所述π網(wǎng)絡(luò)接口電路模塊的輸入端，所述π網(wǎng)絡(luò)接口電路模塊的輸出端連接到所述信號放大濾波模塊的輸入端；所述信號放大濾波模塊的輸出端連接到所述射頻幅值檢測模塊的輸入端；所述射頻幅值檢測模塊的輸出端連接到所述MCU控制系統(tǒng)模塊；所述觸摸屏模塊與...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭彬，潘凌鋒，陳浙泊，陳一信，林斌，
申請(專利權(quán))人：浙江大學(xué)臺州研究院，
類型：新型
國別省市：浙江;33
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