下面介紹一種超小型低剖面石英晶振物理及電學(xué)特性及其生產(chǎn)方法。
　　AT切割石英晶體諧振器已經(jīng)在精密的頻率控制產(chǎn)品中使用了60多年，并且今天已成為使用最廣泛的晶體類型之一。盡管傳統(tǒng)的AT晶體是圓盤形的，但對于更小的元器件的需求導(dǎo)致了微型AT條紋的發(fā)展。為了滿足制造商對于更小組件的需求，Statek Corporation開發(fā)了超小型低剖面薄型石英晶振，作為其CX-4系列產(chǎn)品的一部分。為了進行比較，CX-4晶振僅需要CX-1晶體的三分之一的土地面積和CX-3石英晶振的一半的土地面積。 （請參閱表1和圖1。）
　　微型石英晶體生產(chǎn)的關(guān)鍵因素是能夠生產(chǎn)出具有所需尺寸及精度的石英晶體諧振器能力[1]。由于對于較小的諧振器需要更嚴格的尺寸公差（例如，以保持適當(dāng)?shù)膶掗L比），因此諸如CX-4的超小型諧振器的制造便會更加困難。使用制造石英晶體的光蝕刻工藝和晶片背板，可以超大規(guī)模生產(chǎn)石英晶振，使超小型石英晶體的批量生產(chǎn)成為可能。光刻工藝可提供所需的精密微加工和尺寸公差，晶圓背板可將金屬精確沉積到最終頻率調(diào)整所需的諧振器電極上[2]。
　　第二，我們概述了用于制造晶體諧振器晶片的光蝕刻工藝。第三，我們討論使用晶片背板的最終頻率調(diào)整。第四，我們簡要討論諧振器在其封裝中的最終組裝。最后，第五，我們對制作完成的超小型石英晶體諧振器的電學(xué)特性進行了進一步的觀察。   　　典型的超小型AT毛坯約為3.50 mm×0.63 mm。由于尺寸小，為了獲得可接受的產(chǎn)量，要求公差為2 µm。雖然傳統(tǒng)的加工技術(shù)無法滿足這種嚴格的公差要求，但是光蝕刻工藝能夠保持優(yōu)于1 µm的尺寸公差。
　　光刻工藝從拋光的石英晶片（1英寸×1英寸或更大）開始。
　　使用電子束真空沉積系統(tǒng)，將這些晶片化學(xué)蝕刻至預(yù)定頻率，清洗并用鉻和金的薄膜金屬化。 （可以使用其他金屬，例如鋁或銀。）AT條紋圖案是使用掩模和雙對準器通過光刻技術(shù)生成的，其中晶圓的上下表面同時對準并曝光。然后通過隨后的光掩模步驟限定晶體電極和探針墊圖案。然后用化學(xué)方法對晶片進行金屬和石英蝕刻，以形成單獨的AT條。最后，使用孔徑掩膜和薄膜金屬沉積[2]將頂部和底部安裝焊盤連接在一起。
　　一旦完成光蝕刻過程，我們的晶片將包含125個獨立的超小型AT型石英晶體諧振器，如圖2所示。每個諧振器通過兩個小石英凸片物理連接到晶片，這些凸片還將諧振器電連接到探針墊在晶圓上。這允許在每個諧振器仍在晶片上時對其進行電氣測試。
超小型低剖面石英晶振物理及電學(xué)特性之頻率調(diào)整
　　盡管晶片上各個諧振器的頻率彼此非常接近，但變化可能高達1％。該變化歸因于晶片的厚度（楔形）的不均勻，并且在較小程度上歸因于金屬化的厚度的不均勻。  
　　晶片上諧振器的頻率變化是在其生產(chǎn)中考慮的，因此每個諧振器現(xiàn)在都位于所需的最終頻率之上。
　　然后，使用晶片背板，在每個諧振器的電極上沉積一層金薄膜，以使其頻率降低到該最終頻率[1]。
晶圓背板的目的和概念類似于封裝中石英晶體諧振器的常規(guī)背板，即通過沉積金來控制頻率降低。關(guān)鍵區(qū)別在于在晶片背板系統(tǒng)中的定位要精確得多。在諧振器已經(jīng)位于包裝中的情況下，可以向石英晶體諧振器施加背鍍的精度受到諧振器可以在包裝中放置的精度的限制（除非使用圖像識別系統(tǒng)）。在石英晶體諧振器仍位于晶片上的情況下，每個諧振器的位置是固定的并且是已知的。
 　　此外，盡管在這兩種情況下，金都是通過一系列孔在諧振器的電極上沉積的，但在晶片背板中，使諧振器的電極暴露于金噴霧的孔本身就是石英晶片，其制造工藝與石英相同-晶體晶片，并使用與產(chǎn)生晶體晶片相同的掩模圖案。
因此，孔徑晶片的尺寸和公差與晶體晶片的尺寸和公差相同，并且兩者的對準均優(yōu)于25μm。
　　由于每個諧振器在晶圓上的位置是固定的并且是已知的，因此晶圓背鍍系統(tǒng)可以使用晶圓上的探針墊對每個諧振器進行探測，然后自動分別對每個諧振器進行背板。
　　在將晶片上的所有諧振器調(diào)整到所需的頻率后，將每個諧振器移出并安裝在陶瓷封裝中。使用半自動組裝設(shè)備執(zhí)行此操作，該設(shè)備從晶片上沖出并拾取晶體，同時在晶體封裝上分配導(dǎo)電環(huán)氧樹脂。
　　然后將晶體放置并放置在晶體封裝腔中。 （請參見圖3。）然后使用匹配的玻璃或陶瓷蓋將未組裝的貼片晶振密封。
超小型低剖面石英晶振的電氣特性
　　回想一下，晶體的隔離模式在電學(xué)上建模為電容C 0與電感L 1，電容C 1和電阻R 1的串聯(lián)組合并聯(lián)。區(qū)別在于，超小型AT晶體與較大的弟兄們之間的區(qū)別是較大的串聯(lián)電阻R 1和較小的串聯(lián)電容C 1（兩者都是由于電極的面積較小[3]）。在表2中，我們給出了三個不同頻率的三個CX-4 AT晶體的電參數(shù)。使用這些值計算它們較大的CX-1對應(yīng)物的值（此處未給出），我們發(fā)現(xiàn)R 1約為其較大的CX-1對應(yīng)物的電阻的2至3倍，而C 1大約為二分之一至三分之一CX-1的值。 圖3：采用CX-4封裝的超小型AT晶體諧振器（密封之前）。
在圖4中的超微型晶體的阻抗掃描中可以看出，這樣的小晶體可以很好地實現(xiàn)電氣性能，因為它們的基本模式與其他模式完全分離。
在大約晶體基本頻率的5％的頻帶中，只有一個非諧波模式可見。 此模式的電阻足夠高，并且與主模式（在頻率上）相距足夠遠，因此其影響可以忽略不計。 圖4 ：（大約）16 MHz CX-4（使用HP 4194A獲得）的阻抗與頻率的關(guān)系。 請注意，在此特定設(shè)計中缺少任何重要的非諧波模式。