[发明专利]基于谐振频率自动搜索机制的石英晶片测控方法

说明书

本发明公开了基于扫频数据机制的石英晶片测控方法，包括如下步骤：初始化数据、谐振频率自动搜索流程、基于扫频数据机制的跟踪测频流程、惯性导航流程；本发明的优点在于：石英晶片研磨在线测频的自动搜索方法，具有抗干扰性强、运行稳定、统计参数多样、全自动化的晶片研磨。

技术领域

本发明涉及石英晶片领域，更具体的说，它涉及基于谐振频率自动搜索机制的石英晶片测控方法。

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。中国是石英晶振的生产大国，但是产品质量与发达国家相比仍有较大差距。近年来行业发展十分迅速，对石英晶振生产过程中的在线研磨石英晶片高精度频率分析监控设备的需求量也在不断增加，同时对该设备的测控能力提出了更高的要求。

石英晶片研磨是石英晶振生产过程中必不可少的步骤，石英晶片电参数测量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片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网络法测量石英晶片电参数的原理及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200MHz的石英晶片电参数测量系统。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片参数测量系统，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，国内外的石英晶片测频技术差距很大。美国SA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20KHz-400KHz和0.5MHz-200MHz，负载谐振频率测量精度达到2ppm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。以上介绍的各种研究内容和商业产品都是针对石英晶片在静止状态下的固定谐振频率测量。

石英晶片研磨生产过程中磨盘相对于石英晶片是不断滑动的，探测头下并不是始终存在石英晶片，谐振信号是间断的；同时，不同频段石英晶片所需的DDS扫频范围和射频激励功率是不同的；因此，要在研磨的动态过程中实时准确地测量石英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”、“动态DDS扫频范围修改”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。目前国内外许多石英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”、“动态DDS扫频范围修改”和“动态功率反馈”功能，能够实现石英晶片生产中的在线测频功能，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，传统的ALC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50MHz-60MHz，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，有时甚至发生超频事件，特别是在40MHZ以上发生频率大幅上升，严重影响产品质量和生产进度。这是由于当ALC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”，在噪声环境中出现测频值跳变的问题也就成为必然，同时ALC扫频范围很大也增大了测频值跳变的几率。

其次，很多企业在使用ALC的过程中会发生“晶片开始研磨后，ALC开始显示的测频值跟石英晶片的实际谐振频率值不同”而导致ALC无法正常监控石英晶片的研磨过程，这是由于ALC按下开始按钮后对石英晶片谐振频率的搜索不正确导致，而谐振频率搜索不正确是由于ALC的测频程序中搜索石英晶片谐振频率方法不完善。同时使用ALC的过程中有时会出现“测频过程中发生显示频率乱跳”的现象，当发生这种现象时，ALC不能恢复正常的测频功能，显示频率一直异常。