[发明专利]一种基于波形匹配方法的石英晶片研磨控制方法

说明书

本发明公开了一种基于波形匹配方法的石英晶片研磨控制方法，能在石英晶片研磨过程中稳定实时地测量从5M到70MHZ的频率；本系统可以显示晶片研磨生产过程中的各种状态并提出建议，在线测频过程中实时监控石英晶片研磨状态，若出现异常情况实时关停研磨机，防止超频事件的发生，用户可根据触摸屏上显示的这些状态有效提高生产效率；加入“跳频约束策略”彻底解决ALC系统“在某些频段发生测频值跳变”的问题；提供晶片研磨实时平均频率、研磨速率和散差等多样化统计参数，为更换研磨砂和维修研磨盘面提供科学依据，解决ALC系统“无法监控研磨机状态”的缺陷。

技术领域

本发明涉及一种基于波形匹配方法的石英晶片研磨控制方法。

背景技术

电子信息产业是国民经济的支柱产业，石英晶体振荡器在电子信息行业中具有极其重要的地位。中国是石英晶体元器件的生产大国，但是产值、产品质量与发达国家相比仍有较大差距。行业近年来发展十分迅速，对石英晶体元器件生产过程中的加工设备和在线高精度测控设备的需求量也在不断增加。

晶片研磨是石英晶振生产过程中必不可少的步骤，晶片电参数测试是这一步骤中的关键测控技术，国内很多研究机构都对其进行了研究探索。20世纪九十年代，天津大学就基于国际标准的传输法原理对石英晶体的电参数进行了测量。从2002年到2004年，北京机械工业学院对π网络法测量石英晶体电参数的原理及π网络中分布参数对测量精度的影响进行了研究。中南大学信息科学与工程学院在2004年提出了一种使用直接数字频率合成器(DDS)作为激励信号源的方法和以此为基础实现石英晶片电参数计算机测量系统。北京航空航天大学在2006年设计了一种频率高达200 MHz的石英晶体电参数测量系统。2009年哈尔滨工业大学以π网络最大传输测量方法为基础设计石英晶体参数测量系统，设计中选择具有高速数据处理能力的数字信号处理器(DSP)作为系统的控制模块。在产品研发领域，国内外的石英晶体电参数测频技术差距很大。美国S&A公司的250A、250B系列网络分析仪和惠普公司的E5100系列网络分析仪的频率测量范围在20 KHz-400 KHz和0.5 MHz-200 MHz，负载谐振频率测量精度达到2 ppm以内，代表了石英晶片静态测频领域的世界最高水平。国内除了香港Kolinker公司的KH1200测试仪，其误差和250B相当，再没有其他同类产品替代。

在晶片研磨生产过程中磨盘相对于晶片是不断滑动的，探测头下并不是始终存在晶片，谐振信号是间断的；另外，不同频段晶片所需的射频激励功率大小是不同的；因此，要在研磨的动态过程中实时准确地测试晶片的谐振频率参数，准确地使盘内晶片达到目标频率且不能发生过度研磨导致的超频生产事故，就要求相应的测控仪器具备“动态有效信号提取”和“动态功率反馈”功能。因此，上文提到的研究内容和商业产品并不能满足在线测频的技术要求。目前国内外许多晶片制造厂家都使用美国TRANSAT公司的在线频率监控仪（ALC）对晶片频率进行在线测控。传统的ALC系统具备动态有效信号提取和动态功率反馈功能，能够实现晶片生产中在线测频的功能，这一技术目前被国外垄断。但是，随着石英晶振行业技术的日新月异，ALC系统并没有随之更新换代，生产实践中出现了越来越多不能忽视的问题。

首先，石英晶振产品的谐振频率不断提高，最高频段已经达到50 MHz -60 MHz，很多企业在实际使用ALC的过程中会遇到诸如“在某些频段发生测频值跳变”而无法有效控制研磨量的缺陷，严重影响产品质量和生产进度。这是由于当ALC系统出现误测量时，其测频方法并没有根据实际研磨情况去除“误测频率”的机制，在噪声环境中出现测频值跳变的问题也就成为必然。

其次，晶振的产量大幅提高，研磨砂和研磨盘的消耗量十分巨大，如何提高研磨砂和研磨盘的使用效率是每个厂商降低生产成本的关键。从研磨机管控的角度，相应的测控设备需要具备统计研磨盘内晶片频率分布的能力，以评估前道工序的加工质量和研磨系统的状态，作为更换研磨砂和维修研磨盘面的依据。然而，ALC系统仅提供“到达研磨目标频率停止”的控制策略，对研磨速率和频率散差等参数监控和相应的控制策略并没有涉及，这就导致其无法对研磨砂和研磨盘面状态进行监控。