石英晶片研磨監(jiān)控系統(tǒng)原理分析及實現(xiàn)

1、摘 要本文闡 述了基于 D S P晶片頻率測控系統(tǒng)的設(shè)計。 對系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用軟件設(shè)計作了詳細的論述。在硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計上首次采用數(shù)字信號處理器芯片T M S 3 2 0 F 2 4 0 D S P 代替低速單片機為 核心構(gòu)成測控系統(tǒng)， 應(yīng)用P L L鎖相環(huán)路技術(shù)產(chǎn)生晶片驅(qū)動信號。 D S P芯片主要完成控制邏輯信號的產(chǎn)生、外部脈沖信號的 采集、 晶片諧振頻率的 計算等工作; P L L 鎖相環(huán)路是本系統(tǒng)的關(guān)鍵電路， 它產(chǎn)生 穩(wěn)定的

2、 連續(xù)的 頻率掃描 信號。 作為 設(shè) 計本系統(tǒng)的 基礎(chǔ)知識， 第二 章對D S P 芯片、 鎖相環(huán)路技術(shù)、 可編程邏輯器件 〔 P L D ) 作了比較詳細的介紹。 第三章著重闡 述硬件設(shè)計過程和設(shè)計原理， 給出了 部分電 路原理圖。 在應(yīng)用軟件中， 本文運用 了 模 塊 了 七 程 序設(shè) 計 思 想， 第 四 章 對 軟 件 模 塊 劃 分 及 各 模 塊 的 功能 作了 分 析， 并對軟件的 抗干擾措施的設(shè)計給出 詳細描述。 第5

3、章對影響系統(tǒng)測控精度的多 種因素進行了 分析， 并給出了 測試結(jié)果。 最后， 結(jié)合當(dāng) 前新技術(shù)的發(fā)展和為 適應(yīng)現(xiàn)代化管理的要求，提出了基于 C A N現(xiàn)場總線建立通信以及采用全數(shù)字鎖相環(huán)( D P I L ) ( 4 1 ] 代 替 部 分 數(shù) 字 環(huán) 的 改 進 方 案 。本文提出一 種在線檢測石英壓電晶 片在研磨過程中 頻率變化的新方法， 以 便自 動控制晶 片研磨厚度。 晶 片在某一頻率電 壓驅(qū)動下發(fā)生諧振， 實時捕獲諧振信號，

4、 經(jīng)過信號處理， 測出晶片頻率。當(dāng)頻率達到給定值時，自 動停止研磨過程。基于此方法設(shè)計的晶片頻率自 動測控裝置， 其運行結(jié)果表明， 可獲得滿意的測控效果， 并可實現(xiàn)石英壓電晶體研磨過程自 動化。關(guān)鍵詞: 壓電晶體; 諧振;P L L 鎖相環(huán); D S P ; 可編程邏輯器件P L D中i i i 人學(xué)l y t } : 學(xué)位論文第1 章 緒論1 . 1研究背景及意義自2 0 世紀(jì)2 0 年代初石英晶體問 世以 來， 石英晶體在電 子領(lǐng)域

5、獲得了 廣泛的應(yīng)用。 山于石英品體具有較高的品 質(zhì)因數(shù)， 因而其頻率穩(wěn)定度極高， 被廣泛用做時間頻率基準(zhǔn)和為時序邏輯電 路提供同 步脈沖， 如衛(wèi)星通訊、 廣播電視系統(tǒng)及全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)等， 均需采用各類晶 體及其器件作為頻率標(biāo)準(zhǔn)控制信號源。 又如近代物理實驗、 精密時頻計量、 精密頻率合成器等電子儀器， 都有賴十高穩(wěn)定性品 體提供精確的頻標(biāo)和時基。 隨著數(shù)字技術(shù)、 通訊技術(shù)及其它相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)的發(fā)展，對石英晶體的數(shù)量和質(zhì)量提出了更高的要

6、求。我國 石英晶體生產(chǎn)行業(yè)近年來發(fā)展十分迅速， 相應(yīng)地， 對晶體生產(chǎn)過程中的加工設(shè) 備和高精度測控設(shè)備的需求量也不斷增加。而國內(nèi)品體測量技術(shù)嚴(yán)重滯后， 用于晶體生產(chǎn)過程中的 測控設(shè)備基本上依賴于進口， 這大大制約了國內(nèi)晶體制造業(yè)的發(fā)展。 因此， 業(yè)內(nèi)人士要求發(fā)展國內(nèi)晶體測量技術(shù)、 研制國產(chǎn)測量儀器代替昂貴的進口設(shè)備的呼聲頗高。在石英晶 體生產(chǎn)過程中， 確保晶片頻率的 研磨精度同時又有較高的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率往往是很難達到的。 我國 傳

7、統(tǒng)研磨工藝中， 為了 檢測晶體頻率是否達到目 標(biāo)值， 必須要多次停機， 在一盤晶片中 隨機取樣測其頻率看它是否達到給定值。 這種方法既影響了 生產(chǎn)效率又很難保證研磨精度， 其自 動化程度很低。目前國際石英晶片產(chǎn)品正在向小型化及表面貼裝化 ( S M D ) 發(fā)展， 尤其是片狀條形晶 片的生產(chǎn)， 如果還仍然采用傳統(tǒng)工藝， 要想實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)獲得較高的經(jīng)濟效益將是很難的。 因此， 在晶片制造行業(yè)中， 離線人工測頻法己 越來越不能滿足規(guī)?；a(chǎn)

8、的要求。目 前，國內(nèi) 許多晶片制造廠家采用國外的 頻率監(jiān)控儀 ( A L C ) 對晶片頻率進行在線測控。據(jù)美、日、 韓等國外晶體行業(yè)及國內(nèi) 使用了 該類儀器的廠家統(tǒng)計， A L C 可使生產(chǎn)效率和產(chǎn)品 合格率提高3 0 % 左右， 對于提高產(chǎn)品質(zhì)量更是不言 而喻。 自 動頻率 監(jiān)控儀用 于控制壓電 材 料的 研磨與 拋光， 這一過 程是通過監(jiān) 視研磨過程中 壓電 材料的諧振頻率來實現(xiàn)的。 它可在線顯示晶體頻率及其整盤頻差。日 前， 生