改善鍍膜工序晶片吸附夾具的負壓下片工裝及方法的應用

李冬強 卞玉 高志祥

（南京中電熊貓晶體科技有限公司，江蘇南京 210038）

0.前言

隨著5G網絡實現的人與人、人與物、物與物的萬物互聯，世界石英晶體元器件市場持續快速增長。作為標準頻率源或脈沖信號源，石英晶體諧振器提供了高精度的頻率基準，逐步由高端軍用電子設備應用拓展到民用電子產品的廣闊領域中，被廣泛應用于消費類電子產品、小型電子類產品、資訊設備、移動終端、網絡設備和汽車等領域，成為電子工業的基礎元器件。

目前市場上的電視、電腦、手機等常用的電子設備都要求便攜式產品輕、薄、短小的要求，貼片式晶體已經從7050、5032、3225等較大尺寸轉向2520、2016、1612的較小尺寸加工，導致晶體的水晶片也要越來越小。

水晶片的主要成分是二氧化硅，該材料的絕緣性能非常好，由于材料的絕緣性越好越容易產生靜電，鍍膜工序的晶片在加工過程中幾乎是裸露在外的，很容易產生電荷聚集現象，也就是通常說的靜電。由于水晶片尺寸小、厚度薄、易產生靜電的原因，鍍膜工序測頻或下片操作過程中水晶片會吸附在鍍膜夾具上，容易出現散亂無法全部翻轉到晶片托盤上造成過程損耗，且導致晶片轉移過程的效率低下。傳統的解決方法是采用手工敲擊夾具配合人工取料，這種方法不但導致了夾具變形而且浪費了人工效率，同時因為晶片與其他物體接觸，晶片的潔凈度受到影響，降低了產品良率。

本文闡述了一種改善鍍膜工序晶片吸附夾具的負壓下片工裝及方法，有效解決了晶片吸附在鍍膜夾具上的問題；同時由于負壓吸附的效果，使存在晶片表面的顆粒雜質也一起被吸走，消除了下片過程中手工反復敲擊夾具的不良手法，保證了水晶片加工成產品時的品質。

1.石英晶體產品概述及傳統的下片過程簡介

1.1 石英晶體的組成及鍍膜工序

石英晶體主要由基座、石英晶片、電極、導電膠和蓋板這幾個部分組成，如圖1所示；石英晶體核心部分是石英晶片，石英晶片兩側面的金屬膜稱為電極，在石英晶片的兩側面蒸鍍上電極的過程就是鍍膜工序；鍍膜工序有3個過程，其中將蒸鍍好的石英振子轉移到晶片托盤上的過程稱為下片過程，見圖1。

1.2 鍍膜工序傳統的下片過程

傳統的下片過程是：（1）打開夾具的蓋板；（2）扣上晶片托盤；（3）將晶片托盤與打開蓋板后的夾具一起翻轉；（4）拿開夾具。通過上述4個步驟后就完成了鍍膜工序的下片過程。在步驟（1）打開夾具蓋板的過程中會有部分水晶片由于靜電吸附在夾具蓋板上，容易出現散亂無法全部翻轉到晶片托盤上，造成過程損耗。傳統的解決方法是采用手工敲擊夾具配合人工取料，這種方法不但導致了夾具變形而且浪費了人工效率，同時因為敲擊操作，晶片的潔凈度受到影響，降低了產品良率。

2.鍍膜工序晶片吸附夾具的負壓下片工裝的設計

2.1 負壓下片工裝的設計

為減少傳統下片過程中造成的損耗和效率低下的問題。提出的改善方法是在現有鍍膜工序下片過程不變的前提下增加了一個負壓下片工裝，其目的在于避免下片過程中打開夾具蓋板時水晶片由于靜電吸附在夾具蓋板上，同時可以有效去除夾具上的顆粒雜質，使晶體產品的品質得到提高。

2.2 負壓下片工裝的組成及實施方法

負壓下片工裝由夾具放置槽、負壓發生器和導管組成，其中夾具放置槽中放置鍍膜后的夾具，夾具通過導管與負壓發生器相接，如圖2所示，圖中A是夾具放置槽，B是負壓發生器，C是導管。

圖2 負壓下片工裝組成示意圖

下片過程時，將待下片的夾具放置在夾具放置槽A中，打開負壓發生器B，打開夾具的蓋板，扣上水晶片托盤，將水晶片托盤與打開蓋板后的夾具一起翻轉，負壓氣體通過導管C使夾具及夾具中的水晶片產生向下的吸附力，使夾具中的水晶片不會粘在夾具蓋板上，關閉負壓發生器B，拿開夾具后夾具上所有的水晶片就轉移到晶片托盤上了。

2.3 使用負壓下片工裝的優點

在傳統轉移水晶片方法不變的前提下，增加了負壓下片工裝，鍍膜后下片時開啟負壓裝置，通過負壓吸力將被銀夾具各個工位的晶片吸附住，使夾具上的水晶片在負壓的作用下完全轉移到晶片托盤中，有效地解決了晶片吸附在夾具上的問題；同時由于負壓吸附效果，使存在晶片表面的顆粒雜質也一起被吸走，消除了下片過程中手工敲擊夾具的不良手法，保證了水晶片加工成產品時的品質。

3.鍍膜工序晶片吸附夾具的負壓下片工裝操作效果確認

3.1 鍍膜工序下片操作負壓吸附效果確認

按上述實施方法操作，鍍膜工序晶片吸附在夾具蓋板上的狀況有非常明顯的改善，共加工產品3800片，全部一次性轉移到晶片托盤中，下片過程無手工敲擊夾具的現象發生。

3.2 鍍膜工序下片過程使用負壓下片工裝后批量產品驗證結果

（1）試驗一：24MN試驗產品的測試結果、DLD2、RR及FL分布如圖3所示。

圖3 24MN試驗產品的測試結果

從試驗一24MN的試驗結果來看負壓工藝優于傳統工藝加工產品。

（2）試驗二：32MN試驗產品的測試結果、DLD2、RR及FL分布如圖4所示。

圖4 32MN試驗產品的測試結果

從試驗二32MN的試驗結果來看負壓工藝與傳統工藝加工產品相當。

3.3 試驗結果分析

（1）鍍膜工序晶片吸附在夾具蓋板上的狀況有非常明顯的改善，所有晶片100%一次性轉移到晶片托盤中，下片過程無手工敲擊夾具的現象發生，無顆粒雜質掉落。

（2）批量測試數據中頻率的集中度改善，測試工序頻率CPK對比如表1所示。

表1 CPK對比如表

目前小尺寸車間的測試頻差不良率約為2.5%～3%，從上述數據上看，預計頻差不良率可以改善1%～1.5%。

（3）從RR和DLD2的測試情況看，試驗負壓下片工藝優于傳統工藝。

4.結論

通過以上試驗驗證，改善鍍膜工序晶片吸附夾具的負壓下片工裝及方法的效果顯著，有效地改善了晶片吸附在鍍膜夾具上的問題，同時減少了晶片表面的顆粒雜質，消除了下片過程中手工反復敲擊夾具的不良手法，保證了水晶片加工成產品時的品質。

小尺寸的貼片式晶體產品品質的保證，為未來5G網絡應用的千億級的終端產品帶來的經濟效益也會顯著提高。