Способ изготовления фильтровых кварцевых резонаторов с улучшенной моночастотностью

 

Изобретение относится к пьезотехнике и может быть использовано для изготовления высокочастотных кварцевых резонаторов. Способ изготовления фильтрового кварцевого резонатора, включающий нанесение на кристаллический элемент тонкопленочных электродов термовакуумным способом, монтаж в держатель, термотренировку в вакууме при температуре (100±10)^oС, подстройку частоты ионно-плазменным травлением электродов с контролем параметров и герметизацию в корпус, отличающийся тем, что электроды резонатора изготавливают из двух слоев металлов: алюминия и серебра, формируемых в едином технологическом цикле, последовательно друг за другом, с подстройкой частоты резонатора в номинал, путем травления верхнего слоя электрода, образованного диффузией серебра в алюминий в результате термотренировки. Техническим результатом является улучшение спектральных характеристик.

Изобретение относится к пьезотехнике и может быть использовано для изготовления высокочастотных кварцевых резонаторов.

Одним из основных требований, предъявляемым к фильтровым кварцевым резонаторам, является отсутствие побочных колебаний в определенном диапазоне частот или подавление их до определенного уровня с обеспечением при этом заданных значений эквивалентных параметров.

Известно, что моночастотность кварцевых резонаторов в значительной степени определяется параметрами тонкопленочных электродов. Так, с повышением частоты резонаторов для обеспечения "чистого" спектра масса электродов, нагружавшая кристалл, согласно критерия Бехмана, должна уменьшаться.

С повышением частоты резонаторов более 40 МГц практическая реализация электродов, выполненных из традиционных материалов (серебра или золота), рассчитанных в соответствии с критерием Бехмана, становится затруднительной или невозможной, поскольку с уменьшением массы электрода соответственно уменьшается его толщина, и при достижении определенных значений резко возрастает омическое сопротивление электродов. Возбуждение резонаторов при этом оказывается возможным только при повышенной мощности генератора.

Известно, что многие исследователи (1, 2) предлагают в этом случае использовать в качестве материалов электродных покрытий "легкие" металлы, например, алюминий. Это позволяет при малой массе, соответствующей критерию Бехмана, реализовать электроды, толщина которых обеспечивает необходимую проводимость. Однако алюминий обладает существенным недостатком - быстро окисляется на воздухе с образованием стойкого окисла Аl₂O₃, что значительно усложняет дальнейшую подстройку частоты резонаторов в номинал.

Кроме этого, образование окисной пленки на поверхности электрода ведет к ухудшению долговременной стабильности частоты и динамического сопротивления.

Наиболее близким к заявленному способу является способ изготовления электродных покрытий (3), выполненных из слоев алюминия и никеля, нанесенных последовательно друг за другом методом термовакуумного осаждения. Никелевое покрытие затем дополняется электролитически и выполняет функции буферного слоя, предотвращающего диффузию последующих слоев в алюминий и защитного слоя, предотвращающего окисление алюминия.

Для окончательной подстройки частоты резонаторов в номинал используют золото или серебро, которые наносят методом термовакуумного испарения через маски. Способ является технологически сложным и трудоемким.

Задачей заявляемого технического решения является получение кварцевых фильтровых резонаторов с улучшенными спектральными характеристиками и высокой технологичностью процесса изготовления.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления пьезоэлемента резонатора предусматривается применение двухслойного электродного покрытия из алюминия и серебра, наносимых в едином технологическом цикле методом термовакуумного осаждения через маски, последовательно друг за другом с последующей подстройкой частоты резонатора в номинал, ионно-плазменным травлением электрода.

Сущность заявленного технического решения заключается в применении двухслойного электродного покрытия из алюминия и серебра. При этом назначением сдоя алюминия является обеспечение расчетной массы электрода, согласно критерия Бехмана. Назначением пленки серебра является обеспечение заданного предела подстройки частоты резонатора и защита алюминиевого электрода от окисления.

В настоящем техническом решении подстройка резонаторов в номинал осуществляется ионно-плазменным травлением электродного покрытия, верхний слой которого представляет собой серебро, частично растворенное в алюминии в результате диффузии в процессе термотренировки электродного покрытия в вакууме. При этом образовавшийся слой имеет достаточную скорость травления в плазме газового разряда, обеспечивает необходимую защиту алюминия от окисления, позволяет существенно упростить технологию изготовления резонаторов.

Источники информации 1. Т. Лукашек "Улучшение фильтровых кварцевых резонаторов" / Материалы 19 ежегодного симпозиума по стабилизации частоты, США, 1965, стр.269-275, перевод N 1803.

2. Bechman R., Improvements in HF and UHF quartz filter crystals, Prce, IEE -, 1965.

3. Патент 4477952, США, МКИ: Н 03 L 41/10 "Электроды пьезоэлектрических кристаллов и способ их изготовления" / Кресчензи Р.Д., Дэниэльс Д.Ю., Робертс Д.Э.

Формула изобретения

Способ изготовления фильтрового кварцевого резонатора, включающий нанесение на кристаллический элемент тонкопленочных электродов, монтаж пьезоэлемента в держатель, термотренировку при температуре (100±10)^oС, подстройку частоты ионно-плазменным травлением электродов с контролем параметров и герметизацию в корпус, отличающийся тем, что электроды резонатора формируют из двух слоев металла: алюминия и серебра, нанесением их последовательно в едином технологическом цикле методом термовакуумного осаждения через маски, с последующей подстройкой частоты резонатора в номинал методом ионно-плазменного травления верхнего слоя электрода, образованного диффузией серебра в алюминий в результате термотренировок.