專利名稱：用激光照射對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用激光照射對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的方法和設(shè)備，通過控制激光能量和頻率照射石英晶體，使晶體表面涂銀層的微量分子汽化減低銀鍍的厚度，從而對(duì)石英晶體諧振頻率進(jìn)行頻率增量微量調(diào)整，以達(dá)到所需高精密度的目標(biāo)。
背景技術(shù)：
石英晶體元器件是信息產(chǎn)業(yè)中關(guān)鍵的頻率電子元器件之一，廣泛地用于通訊、計(jì)算機(jī)、家用電器及各種工業(yè)電子設(shè)備中，在軍用電子裝備中同樣占有重要地位，概括地說，凡是涉及時(shí)間與頻率的領(lǐng)域，晶體元器件都必不可少，市場(chǎng)前景越來越看好。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)石英晶體諧振頻率精確度的要求越來越高。但是，現(xiàn)有技術(shù)主要靠鍍膜過程控制。對(duì)加工好的石英晶體的諧振頻率的精確調(diào)整尚無較好的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用成熟的激光加工工藝，結(jié)合頻率檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)一種高效加工設(shè)備，通過控制激光能量和頻率照射石英晶體，使晶體表面涂銀層的微量分子氣化減低銀鍍的厚度，從而對(duì)石英晶體諧振頻率進(jìn)行頻率增量微量調(diào)整，以達(dá)到所需高精密度的工藝方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的激光加工設(shè)備包括激光微調(diào)加工系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制分析系統(tǒng)，用高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)對(duì)石英晶體諧振頻率進(jìn)行采集作為反饋信號(hào)，通過串行數(shù)據(jù)通信口將計(jì)算機(jī)與頻率采集器的數(shù)據(jù)口連接。
所述的對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的激光加工設(shè)備，其高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)由高速頻率動(dòng)態(tài)采集器、高速頻率顯示、微處理器構(gòu)成。
所述的對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的激光加工設(shè)備，是通過導(dǎo)線將石英晶體諧振頻率傳導(dǎo)到高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)，由此形成閉環(huán)控制達(dá)到提高微調(diào)精度的效果。
所述的對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的激光加工設(shè)備，是通過光纖傳輸激光束到達(dá)石英晶體表面，對(duì)其進(jìn)行汽化以達(dá)到調(diào)節(jié)頻率的目的。
所述的對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的激光加工設(shè)備，是在光纖輸出端設(shè)有檢測(cè)照射到晶體表面的激光能量的能量計(jì)，通過A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，作為激光輸出能量控制反饋信號(hào)。
所述的對(duì)石英晶體諧進(jìn)行微調(diào)的激光加工設(shè)備，其激光的頻率為1～100HZ。
所述的對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的激光加工設(shè)備，其激光微調(diào)加工系統(tǒng)的各種激光器，是通過調(diào)節(jié)脈沖電源的頻率和儲(chǔ)能電容的充電電壓來調(diào)節(jié)激光脈沖頻率和泵能量。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過控制激光能量和頻率照射石英晶體，使表面鍍銀層的微量分子汽化，減少鍍銀厚度，從而達(dá)到精確調(diào)整石英晶體頻率的目的，用高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)對(duì)石英晶體諧振頻率進(jìn)行采集作為反饋信號(hào)，控制激光輸出參數(shù)，既提高了加工效率，又可以準(zhǔn)確控制頻率調(diào)整量，使石英晶體頻率達(dá)到高精確度。


圖1是本發(fā)明的設(shè)備基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的方法系統(tǒng)框圖；圖3是系統(tǒng)光路圖；圖4是二維掃描機(jī)構(gòu)俯視示意圖；圖5是系統(tǒng)軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的激光加工設(shè)備包括激光器1、計(jì)算機(jī)控制分析系統(tǒng)2、高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)6。高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)由高速動(dòng)態(tài)采集器、高速頻率顯示、微處理器構(gòu)成，其功能如下高速動(dòng)態(tài)采集器采集石英晶體的頻率，具體的數(shù)據(jù)由高速頻率顯示器顯示，微處理器將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后傳送給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信口10通過RS232接口電路8與高速動(dòng)態(tài)采集器6的串行數(shù)據(jù)通信口9連接，實(shí)時(shí)讀取頻率采集卡的測(cè)量數(shù)據(jù)。3是水箱，供激光管水循環(huán)冷卻。4是激光輸出，5是二維掃描機(jī)構(gòu)，7是探針。
圖2給出了本發(fā)明的方法系統(tǒng)框圖。111是石英晶體的石英層；112是鍍銀層；7是采集器探針。
圖3是系統(tǒng)光路圖。
在全反鏡的后面設(shè)有能量計(jì)1，以便對(duì)激光器的能量進(jìn)行檢測(cè)和控制；激光源的前面是輸出鏡(半反鏡)；T1＝1％，代表透射出的能量；R＝99％，代表反射回的能量；T2＝20％，代表輸出到晶體上的能量。激光源輸出的激光在全反鏡和半反鏡之間產(chǎn)生諧振，其中全反鏡有T1＝1％的激光透過并照射到能量計(jì)的光敏面上，觸發(fā)能量計(jì)的數(shù)據(jù)處理電路，將當(dāng)前的能量值用數(shù)碼管顯示，若能量不滿足要求，則手動(dòng)調(diào)節(jié)脈寬改變輸出能量。能量計(jì)1只是一個(gè)輔助工具，在進(jìn)行單個(gè)加工時(shí)可以用，多個(gè)加工時(shí)可不用。R＝99％是反射回的能量。
多個(gè)加工時(shí)在光纖輸出端設(shè)能量計(jì)2，原理與能量計(jì)1同。能量計(jì)2檢測(cè)照射到晶體表面后反射回的激光的能量，通過A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)傳給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過計(jì)算，得出能量比值，這樣就可以控制輸出激光能量的大小；在進(jìn)行大批量加工時(shí)，將第一個(gè)石英晶體加工時(shí)反射的激光能量檢測(cè)出來，得出能量比值，就可以方便控制以后加工的晶體的能量。在終端進(jìn)行能量檢測(cè)比在全反鏡后面檢測(cè)要精確的多。T2＝20％代表輸出到晶體上的能量。
圖4是二維掃描機(jī)構(gòu)俯視示意圖。41是激光輸出口；11是石英晶體；51是掃描機(jī)構(gòu)的二維工作平臺(tái)；7是采集器探針，即混輪測(cè)量電極，用于采集晶體頻率數(shù)據(jù)。41為激光加工輸出。探針7可以上下移動(dòng)，檢測(cè)晶體的輸出端頻率，向下則接觸晶體引出腳，檢測(cè)頻率，由41進(jìn)行加工。該晶體加工完畢，則向上移動(dòng)到另一個(gè)晶體的位置。
7至41的距離S取決于7點(diǎn)測(cè)量到完成數(shù)據(jù)處理得到控制激光輸出參數(shù)的時(shí)間ΔT和X軸方的速度Vx以及需加工修正鍍銀層的時(shí)間Δ，S＝Vx(ΔT+Δt)。
圖5是系統(tǒng)軟件流程圖。
計(jì)算機(jī)分析軟件有人機(jī)對(duì)話界面，可以事先進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，即初始化。計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)讀取頻率采集卡的測(cè)量數(shù)據(jù)，并與事先設(shè)定的參數(shù)值比較，如果相同或誤差在5ppm內(nèi)，則表明該石英晶體頻率已符合要求，立即發(fā)指令給頻率檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量下一個(gè)晶體。若頻率值不符合要求，則計(jì)算需要的激光功率和脈沖個(gè)數(shù)，將參數(shù)傳給激光加工系統(tǒng)，由MCU來進(jìn)行脈寬調(diào)制，通過改變IGBT的導(dǎo)通和截止來控制電容的放電能量，達(dá)到跟隨脈寬調(diào)制信號(hào)來控制單脈沖激光輸出的能量大小的目的。
工作原理激光微調(diào)加工系統(tǒng)由數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、激光電源智能化控制器和激光器組成，通過和高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)進(jìn)行通訊獲得數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析后將控制參數(shù)輸出到激光電源智能化控制器，控制激光器輸出激光，對(duì)石英晶體進(jìn)行氣化加工。
計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)相當(dāng)于是激光微調(diào)加工系統(tǒng)的參數(shù)控制部分，接收到頻率數(shù)據(jù)后，與設(shè)定值進(jìn)行比較，將頻率差值換算成須照射功率的差值，計(jì)算控制激光功率調(diào)整脈沖寬度，計(jì)算出脈沖個(gè)數(shù)。當(dāng)石英晶體的頻率達(dá)到要求值時(shí)，結(jié)束加工。
具體步驟1、首先將石英晶體片放置在二維工作平臺(tái)上，高速動(dòng)態(tài)采集器檢測(cè)到石英晶體的頻率值，高速動(dòng)態(tài)采集器將采集的數(shù)據(jù)處理后，傳入PC計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)分析給出微調(diào)數(shù)據(jù)，使激光電源智能化控制器控制激光輸出參數(shù)；2、激光照射在石英晶體鍍銀層上，將鍍銀層表面氣化，調(diào)整其頻率，然后通過探針導(dǎo)線將振動(dòng)頻率傳導(dǎo)到高速動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)，高速動(dòng)態(tài)采集器將采集的數(shù)據(jù)處理后，給出新的激光輸出參數(shù)，由此形成閉環(huán)控制達(dá)到提高微調(diào)精度的效果。
批量加工中，為提高加工效率，采用測(cè)量與修正同步進(jìn)行，矩陣排列掃描加工，Y軸支架沿X軸方面運(yùn)動(dòng)?？梢詫⑹⒕w片m×n(個(gè)數(shù)視工作面的大小而定)個(gè)矩形排列，當(dāng)高速動(dòng)態(tài)采集器檢測(cè)到第i個(gè)石英晶體的頻率值，激光加工第i-k(i＞k＞0)個(gè)石英晶體，循環(huán)進(jìn)行。如圖47為混輪測(cè)量電極，即頻率采集器探針，用于采集晶體數(shù)據(jù)。41為激光加工輸出口。
激光微調(diào)加工系統(tǒng)的具體原理本發(fā)明以半導(dǎo)體激光器、摻釹釔鋁石榴石晶體等各種激光為工作物質(zhì)。如以摻釹釔鋁石榴石晶體為激光工作物質(zhì)時(shí)，通過調(diào)節(jié)脈沖氙燈的閃光頻率和儲(chǔ)能電容的充電電壓，從而調(diào)節(jié)激光脈沖頻率和泵能量，再通過光纖傳輸激光束到達(dá)石英晶體表面，對(duì)其進(jìn)行汽化以達(dá)到調(diào)節(jié)頻率的目的。
權(quán)利要求
1.一種用激光照射對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的方法和設(shè)備，包括對(duì)石英晶體表面度層的調(diào)整，其特征是用激光照射石英晶體表面鍍銀層，使其汽化的方法對(duì)石英晶體諧振頻率進(jìn)行微調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的方法和設(shè)備，其特征是用高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)對(duì)石英晶體諧振頻率進(jìn)行采集作為反饋信號(hào)，控制激光輸出參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的方法和設(shè)備，其特征是計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)接收到頻率數(shù)據(jù)后，與設(shè)定值進(jìn)行比較，將頻率差值換算成需照射功率的差值，調(diào)整脈沖寬度，計(jì)算出脈沖個(gè)數(shù)，控制激光功率輸出，直到石英晶體的頻率達(dá)到要求值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的方法和設(shè)備，其特征是激光的頻率為1～100HZ。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的方法和設(shè)備，其特征是通過導(dǎo)線即探針將石英晶體諧振頻率傳導(dǎo)到高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)，由此形成閉環(huán)控制達(dá)到提高微調(diào)精度的效果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的方法和設(shè)備，其特征是通過光纖傳輸激光束到達(dá)石英晶體表面，對(duì)其進(jìn)行汽化以達(dá)到調(diào)節(jié)頻率的目的。
7.一種用激光照射對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的設(shè)備，包括激光微調(diào)加工系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制分析系統(tǒng)，其特征是用高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)對(duì)石英晶體諧振頻率進(jìn)行采集作為反饋信號(hào)，通過串行數(shù)據(jù)通信口將計(jì)算機(jī)與頻率采集器的數(shù)據(jù)口連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的設(shè)備，其特征是高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)由高速動(dòng)態(tài)采集器、高速頻率顯示、微處理器構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的設(shè)備，其特征是通過導(dǎo)線將石英晶體與高速動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的設(shè)備，其特征是在光纖輸出端設(shè)有檢測(cè)照射到晶體表面的激光能量的能量計(jì)，通過A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，作為激光輸出能量控制反饋信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用激光照射對(duì)石英晶體進(jìn)行微調(diào)的方法和設(shè)備，是用激光照射石英晶體表面鍍銀層，使其汽化的方法對(duì)石英晶體諧振頻率進(jìn)行微調(diào)。用高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)對(duì)石英晶體諧振頻率進(jìn)行采集作為反饋信號(hào)，控制激光輸出參數(shù)。計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)接收到頻率數(shù)據(jù)后，與設(shè)定值進(jìn)行比較，將頻率差值換算成需照射功率的差值，調(diào)整脈沖寬度，計(jì)算出脈沖個(gè)數(shù)，控制激光功率輸出，直到石英晶體的頻率達(dá)到要求值。具體通過導(dǎo)線即探針將石英晶體諧振頻率傳導(dǎo)到高速頻率動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)，由此形成閉環(huán)控制達(dá)到提高微調(diào)精度的效果。通過光纖傳輸激光束到達(dá)石英晶體表面，對(duì)其進(jìn)行汽化以達(dá)到調(diào)節(jié)頻率的目的。
文檔編號(hào)H01S3/00GK1412606SQ02139198
公開日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者徐國(guó)鋼, 闕陽, 唐北安, 巫志忠 申請(qǐng)人:武漢邁馳科技實(shí)業(yè)股份有限公司