中國粉體網(wǎng)訊  石英晶體(Crystal)是通信、信息、消費(fèi)性電子等3C電子產(chǎn)品中不可或缺的組件之一，其主要的功能是提供電子電路可靠且精準(zhǔn)的頻率信號(hào)，舉凡手機(jī)內(nèi)應(yīng)用處理器的頻率速度，到移動(dòng)通信基站射頻信號(hào)的基礎(chǔ)頻率，都有石英晶體組件的影子。進(jìn)入2021年，因應(yīng)萬物聯(lián)網(wǎng)的5G基站大量建置，石英晶體組件的需求將大幅提升。

石英晶體是由單晶的二氧化硅(SiO2)所組成，具有壓電特性(機(jī)械能與電能轉(zhuǎn)換)、自然共振頻率受外部溫度影響小、且低損耗(High Q)與等特性，一般都是由人工長晶的石英晶棒切割下來，經(jīng)過研磨、濺鍍、微調(diào)、封裝、與測試等過程而成。石英晶體的自然共振頻率與晶面、薄片厚度、切割形狀有絕對的關(guān)系，切割成石英晶體薄片有AT、BT、CT、DT…等切法，目前業(yè)界最常用的是AT切割法，其自然共振頻率可以達(dá)到300 MHz。

有別于只有數(shù)納米米(nanometer, 10-9 mm)大小的邏輯先進(jìn)工藝，石英晶體的尺寸坐落在數(shù)毫米(millimeter, 10-3 mm)，差異高達(dá)一百萬倍，一般都是利用手工研磨搭配掃描電子顯微鏡(SEM)分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)，泛銓科技首次利用具有大面積切削的電漿聚焦離子束(Plasma focused ion beam, PFIB)，精準(zhǔn)分析石英晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讓大結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)定位與分析不再是遙不可及。

本次分析的石英晶體是由市場上購買的iPad mini中所拆解下來的(圖1)，型號(hào)為T240 Ma94。

圖1: 由iPad mini拆解下來的石英晶體，T240 Ma94。a-c為iPad mini板子上局部放大的光學(xué)顯微鏡照片。

X-ray分析與開蓋后石英晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2a與 b為石英晶體未開蓋之前的平面與截面的X-ray照片，由照片可以清楚看到石英晶體(④)一側(cè)連接著電極(①&②)，另一側(cè)則是懸空，圖2c為開蓋后的光學(xué)顯微鏡照片，紅色虛線為本次分析的石英晶體。

圖2: 石英晶體未開蓋之前的平面(a)與截面(b)的X-ray照片，①與②為電極，③為金屬殼，④為石英晶體。c石英晶體開蓋后的光學(xué)顯微鏡照片，紅色虛線為本次分析的石英晶體。

PFIB精準(zhǔn)截面分析

本次使用PFIB分析石英晶體有三大好處，一是可以精準(zhǔn)切在想要分析的點(diǎn)，第二是可以避免因人工研磨造成的材料變形，三則是無需準(zhǔn)備多余試片，一個(gè)試片即可以分析到很多位置。我們先切兩刀，一刀切在電極上(Cut 1)，另一刀則切在懸空處(Cut 2)，目的是分析石英晶體本身的相關(guān)尺寸與晶體和電極接合的狀況。

圖3與4分別清楚呈現(xiàn)Cut 1與Cut 2的PFIB結(jié)果，相關(guān)的尺寸也都標(biāo)示在圖中。另外，由這兩張圖我們也可以清楚看到，即使石英晶體的尺寸相當(dāng)大，但仍有些細(xì)微的結(jié)構(gòu)是需要更高階的分析設(shè)備(如TEM)才能解析出來的，例如石英晶體的晶格結(jié)構(gòu)、金屬薄膜的厚度與化學(xué)組成、銀膠與封裝基材的材料分析、甚至應(yīng)力分析…等等，我們都將在下一份報(bào)告中呈現(xiàn)給讀者。

圖3: 右上圖為Cut 1(天空色虛線)的PFIB結(jié)果，(a)為石英晶體，(b)為石英晶體表面的金屬薄膜，(c)為銀膠，(d)為封裝基材。校正后的相關(guān)尺寸標(biāo)示于右下圖。

圖4: 右上圖為Cut 2(天空色虛線)的PFIB結(jié)果，校正后的相關(guān)尺寸標(biāo)示于右下圖。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/茜茜）

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