阅读说明：本技术 一种钽酸锂晶片黑化装置及其使用方法 (Lithium tantalate wafer blackening device and using method thereof ) 是由 李辉 叶竹之 雷晗 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钽酸锂晶片黑化装置及其使用方法。包括盛装管,以及放置在盛装管内部的晶片放置装置,所述晶片放置装置包括底板、盖板以及设置在两者之间的多个治具,所述晶片放置装置通过底板水平放置在盛装管内部,所述治具为环状结构并且在其环状结构的两个端面均开设有通槽,多个治具重叠水平放置在底板上,且相邻治具间的通槽交错排列,所述盖板靠近治具的一侧还设置有重块,所述重块与治具内环匹配能够嵌入治具内环。本发明提高了钽酸锂晶片黑化均匀性。(The invention discloses a lithium tantalate wafer blackening device and a using method thereof. Including the splendid attire pipe to and place at the inside wafer placer of splendid attire pipe, wafer placer includes bottom plate, apron and sets up a plurality of tools between the two, wafer placer places at the splendid attire intraduct through the bottom plate level, the tool is the annular structure and all has seted up logical groove at two terminal surfaces of its annular structure, and a plurality of tools overlap the level and place on the bottom plate, and the logical groove staggered arrangement between adjacent tool, the apron still is provided with the pouring weight near one side of tool, the pouring weight can imbed the tool inner ring with the matching of tool inner ring. The invention improves the blackening uniformity of the lithium tantalate wafer.)

一种钽酸锂晶片黑化装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及晶片加工领域，特别是一种钽酸锂晶片黑化装置及其使用方法。

背景技术

钽酸锂晶片是一种典型的多功能材料，具有良好的压电、铁电、热释电、声光、电光、光折变及非线性等物理特性，在声表面波器件、光通讯、激光及光电子领域中广泛应用。钽酸锂晶片的压电系数较大，因此适合制造低***损耗声表面波滤波器的基片。

钽酸锂晶片具有高的热释电系数，因此温度变化会导致晶片表面产生大量静电荷，这些静电荷会在晶片间，尤其是叉指电极间自动释放，达到一定程度会出现钽酸锂晶片开裂和叉指电极烧毁等问题。因为钽酸锂晶片是无色透明的，进行光刻工艺时，会产生漫反射导致电极线条精度降低。钽酸锂晶片经过还原处理，可以有效的避免静电荷在晶片表面的积累，热释电效应明显降低。这种还原处理后的钽酸锂晶片呈现褐色甚至黑色，因此称为黑化，同时提高了光刻工艺的精度。

目前黑化处理主要采用的方法是，将钽酸锂晶片埋在还原剂构成的粉末中，低温热处理并充入氮气带走黑化反应后的反应产物，还原剂为C、Si、Mg、Al、Fe、碳酸锂、碳酸镁、碳酸钙等，在晶片周围的还原剂量不同，以及氮气在热处理炉中的分布都会使得黑化的效果和退极化情况有显著差异，影响黑化还原反应的均匀性。专利CN205662628U采用了一种装置放置晶片，保证了晶片周围处于相同的还原剂粉末，但晶片安放架接触晶片部位在黑化过程中，会产生不均匀的反应，导致晶片的黑化仍然不均匀，而黑化均匀性在实际应用中非常重要，急需改善。

发明内容

本发明的目的在于：本发明提出了一种钽酸锂晶片黑化装置及其使用方法，控制钽酸锂晶片黑化的均匀性，解决钽酸锂晶片黑化过程中不均匀的问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明公开了一种钽酸锂晶片黑化装置，包括盛装管，以及放置在盛装管内部的晶片放置装置，所述晶片放置装置包括底板、盖板以及设置在两者之间的多个治具，所述晶片放置装置通过底板水平放置在盛装管内部，所述治具为环状结构并且在其环状结构的两个端面均开设有通槽，多个治具重叠水平放置在底板上，且相邻治具间的通槽交错排列，所述盖板靠近治具的一侧还设置有重块，所述重块与治具内环匹配能够嵌入治具内环。

现有技术中，对于晶片黑化，需要用于盛放晶片的装置，但是盛放晶片的装置接触晶片的部位在黑化过程中，会产生黑化不均匀的反应，而本发明包括了盛装管以及晶片放置装置，盛装管为热处理炉上用于盛放晶片放置装置容器，盛装管内可盛放多个用于放置钽酸锂晶片以及埋装还原剂粉末晶片放置装置，晶片放置装置包括底板、盖板以及多个环状结构的治具，在其治具内平铺还原剂粉末并在治具的同一位置平铺钽酸锂晶片，多个治具重叠在一起并且使得钽酸锂晶片周围处于相同质量的还原剂粉末环境中，多个钽酸锂晶片之间还原剂的厚度相等。本发明的治具开设有通槽，使得相邻治具间具有缝隙，氮气则能够从通槽进入治具内的还原剂中，带走黑化反应过程的反应产物，且相邻治具间的通槽交错排列，互不重合，使得氮气进入治具内部缝隙较多，并且较为分散，保证各个钽酸锂晶片之间有氮气均匀通过。本发明在最上端的治具内环嵌入有重块，并在重块上盖有盖板，以加固粉末状的还原剂，使还原粉末的厚度和形态一致，防止钽酸锂晶片黑化反应过程中还原剂粉末会蓬松变形，钽酸锂晶片黑化还原反应均匀。

进一步的，所述治具的上下两个端面均设置有至少2个通槽，且治具上端面的通槽和下端面的通槽一一对应。采用上述结构，治具的上下两个端面的通槽使得治具与叠放于该治具两个端面的相邻治具之间均具有缝隙，可随意选择治具叠放，不必考虑治具叠放时的正反面。

进一步的，所述治具的两端面均为平面结构。采用上述结构，便于治具与相邻治具之间叠放平稳。

进一步的，所述底板为矩形平面板。采用上述结构，便于晶片放置装置通过矩形平面板水平放置在盛装管内，且便于相邻晶片放置装置紧凑的排列放置在盛装管内。

进一步的，所述治具采用不锈钢材料制作。不锈钢治具耐热，耐腐蚀，使用寿命长，适用于晶片黑化反应环境。

进一步的，所述盛装管两端的端面还设置有与管口匹配的隔热垫。在晶片的黑化反应过程中，需要对盛装管内的钽酸锂晶片进行加热，本发明采用上述结构，在盛装管两端设置隔热垫，防止热量从盛装管的两端散失，减少加热装置耗能。

进一步的，所述盛装管的内壁还设置有鳍片。

进一步的，所述鳍片为螺旋状，且延伸至盛装管的两端。采用上述螺旋状鳍片，使得隔热垫不与盛装管内壁接触，并且盛装管内壁形成螺旋状的气流通道，氮气在从螺旋通道经过隔热垫***进入盛装管内部的螺旋通道，螺旋通道环绕在盛装管内壁，进入盛装管内的氮气从盛装管内壁向中心扩散，保证治具处在充分且均匀的氮气氛围中，相比氮气在中央、上方和下方进气，采用上述结构充入氮气，可以让氮气在盛装管中更均匀，进一步提高了钽酸锂晶片黑化均匀性，氮气继续向盛装管另一端流动，经盛装管另一端的螺旋气流通道流出，以带走黑化还原反应的反应产物。

一种钽酸锂晶片黑化装置的使用方法，包括上述钽酸锂晶片黑化装置，还包括以下使用步骤：

S1，在底板上放置一个治具，在治具内加入固定质量比的还原剂粉末刮平后压实；

S2，将钽酸锂晶片放在治具内压实后的还原剂粉末上；

S3，再加入固定质量比的还原剂粉末覆盖钽酸锂晶片后，刮平后压实；

S4，重复步骤S1-S3，在治具上叠放多个治具和钽酸锂晶片；

S5，在最上端的治具内环嵌入有重块，并在重块上盖有盖板，加固压实还原剂粉末；

S6，将整个晶片放置装置放置到盛装管中，充入2-4L/min氮气，在480-550℃的恒温中进行热处理3-10h，待温度自然降到室温，取出钽酸锂晶片即可。

进一步的，上述步骤S2中，钽酸锂晶片放置于治具中央。钽酸锂晶片边缘与治具的距离一致，保证晶片各部位接触气体量相同。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明是一种钽酸锂晶片黑化装置，本发明是一种钽酸锂晶片黑化装置，通过治具上的通槽使得相邻治具间有缝隙，相邻治具间的通槽交错排列，使得氮气进入治具内部较为分散，保证各个钽酸锂晶片之间有氮气均匀通过，保证了氮气的通过率，并且钽酸锂晶片之间处于相同质量的还原剂粉末环境中，保证了钽酸锂晶片之间还原剂粉末厚度一致，使得钽酸锂晶片的反应均匀充分，保证黑化的均匀性。

2、本发明是一种钽酸锂晶片黑化装置，通过在最上端的治具内环嵌入有重块，并在重块上盖有盖板，以加固粉末状的还原剂，使还原粉末的厚度和形态一致，钽酸锂晶片黑化还原反应均匀。

3、本发明是一种钽酸锂晶片黑化装置，通过在盛装管内壁设置螺旋状鳍片，并在其两端的端面设置有与管口匹配的隔热垫，保证治具处在充分且均匀的氮气氛围中，可以让氮气在盛装管中更均匀，提高了钽酸锂晶片黑化均匀性。

4、本发明是一种钽酸锂晶片黑化装置的使用方法，钽酸锂晶片放置于治具中央，钽酸锂晶片边缘与治具的距离一致，保证钽酸锂晶片各部位接触气体量相同。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：

图1是本发明晶片放置装置的结构示意图；

图2是本发明盛装管的结构示意图；

图3是本发明盛装管端面的结构示意图；

图4是本发明盛装管内氮气流动示意图；

图5是现有技术中钽酸锂晶片黑化后示意图；

图6是钽酸锂晶片采用本发明和黑化后示意图。

附图标号说明：1-盛装管，11-鳍片，2-晶片放置装置，21-底板，22-治具，2201-通槽， 23-盖板，24-重块，3-隔热垫。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排出在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和以外，均可以以任何方式组合。

下面结合附图对本发明作详细说明。

实施例1

如图1、2、4所示，本发明是一种钽酸锂晶片黑化装置，包括盛装管1，以及放置在盛装管1内部的晶片放置装置2，所述晶片放置装置2包括底板21、盖板23以及设置在两者之间的多个治具22，所述晶片放置装置2通过底板21水平放置在盛装管1内部，所述治具22 为环状结构并且在其环状结构的两个端面均开设有通槽2201，多个治具22重叠水平放置在底板21上，且相邻治具22间的通槽2201交错排列，所述盖板23靠近治具22的一侧还设置有重块24，所述重块24与治具22内环匹配能够嵌入治具22内环。

现有技术中，对于钽酸锂晶片黑化，需要用于盛放钽酸锂晶片的装置，但是盛放钽酸锂晶片的装置接触晶片的部位在黑化过程中，会产生黑化不均匀的反应，而本发明包括了盛装管1以及晶片放置装置2，盛装管1为热处理炉上用于盛放晶片放置装置2容器，在本实施例中，盛装管1为圆管，盛装管1内可盛放多个用于放置钽酸锂晶片以及埋装还原剂粉末晶片放置装置2，晶片放置装置2包括底板21、盖板23以及多个环状结构的治具22，本实施例中的多个治具22为同一规格，在其治具22内平铺还原剂粉末并在治具22的同一位置平铺钽酸锂晶片，本实施中的每个治具22放置一块钽酸锂晶片，多个治具22重叠在一起并且使得钽酸锂晶片周围处于相同质量的还原剂粉末环境中，多个钽酸锂晶片之间还原剂的厚度相等，其最上端的治具22未放置钽酸锂晶片。本发明的治具22开设有通槽2201，使得相邻治具22间具有缝隙，氮气则能够从通槽2201进入治具22内的还原剂中，带走黑化反应过程的反应产物，且相邻治具间的通槽2201交错排列，互不重合，使得氮气进入治具22内部缝隙较多，并且较为分散，保证各个钽酸锂晶片之间有氮气均匀通过。本发明在最上端的治具22内环嵌入有重块24，并在重块24上盖有盖板23，以加固粉末状的还原剂，使还原粉末的厚度和形态一致，防止钽酸锂晶片黑化反应过程中还原剂粉末会蓬松变形，钽酸锂晶片黑化还原反应均匀。通过钽酸锂晶片间还原剂粉末的厚度一致性和治具之间空隙保证了气体的通过率，钽酸锂晶片的反应均匀充分，保证黑化的均匀性。

实施例2

本实施例是对本发明进一步的说明。

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上，本发明一种优选实施例中，所述治具22的上下两个端面均设置有至少2个通槽2201，且治具22上端面的通槽2201和下端面的通槽2201一一对应。采用上述结构，治具22的上下两个端面的通槽2201使得治具22与叠放于该治具22两个端面的相邻治具22之间均具有缝隙，可随意选择治具22叠放，不必考虑治具 22叠放时的正反面。

实施例3

本实施例是对本发明进一步的说明。

本实施例在上述的基础上，本发明一种优选实施例中，所述治具22的两端面均为平面结构。采用上述结构，便于治具22与相邻治具22之间叠放平稳。

实施例4

本实施例是对本发明进一步的说明。

本实施例是在上述实施例的基础上，本发明一种优选实施例中，所述底板21为矩形平面板。采用上述结构，便于晶片放置装置2通过矩形平面板水平放置在盛装管1内，且便于相邻晶片放置装置2紧凑的排列放置在盛装管1内。

实施例5

本实施例是对本发明进一步的说明。

本实施例是在上述实施例的基础上，本发明一种优选实施例中，所述治具22采用不锈钢材料制作。不锈钢治具22耐热，耐腐蚀，使用寿命长，适用于钽酸锂晶片黑化反应环境。

实施例6

本实施例是对本发明进一步的说明。

如图2-4所示，本实施例是在上述实施例的基础上，本发明一种优选实施例中，所述盛装管1两端的端面还设置有与管口匹配的隔热垫3。在钽酸锂晶片的黑化反应过程中，需要对盛装管1内的钽酸锂晶片进行加热，在本发明中，钽酸锂晶片处于480～550℃的恒温中进行热处理，本发明采用上述结构，在盛装管1两端设置隔热垫3，防止热量从盛装管1的两端散失，减少加热装置耗能。

在本发明一种优选实施例中，所述盛装管1的内壁还设置有鳍片11。

在本发明一种优选实施例中，所述鳍片11为螺旋状，且延伸至盛装管1的两端。采用上述螺旋状鳍片11，使得隔热垫3不与盛装管1内壁接触，并且盛装管1内壁形成螺旋状的气流通道，氮气在从螺旋通道经过隔热垫3***进入盛装管1内部的螺旋通道，螺旋通道环绕在盛装管1内壁，进入盛装管1内的氮气从盛装管1内壁向中心扩散，保证治具22处在充分且均匀的氮气氛围中，相比氮气在中央、上方和下方进气，采用上述结构充入氮气，可以让氮气在盛装管1中更均匀，进一步提高了钽酸锂晶片黑化均匀性，氮气继续向盛装管另一端流动，经盛装管1另一端的螺旋气流通道流出，以带走黑化还原反应的反应产物。

在本发明中，氮气的流量在2～4L/min，本实施例优选为2.5L/min，既保证了钽酸锂晶片黑化反应接触氮气的均匀性，又可以节约氮气成本。

实施例7

本实施例是对本发明进一步的说明。

本实施例是在上述实施例的基础上，本发明一种优选实施例中，一种钽酸锂晶片黑化装置的使用方法，包括上述钽酸锂晶片黑化装置，还包括以下使用步骤：

S1，在底板21上放置一个治具22，在治具22内加入固定质量比的还原剂粉末刮平后压实；

S2，将钽酸锂晶片放在治具22内压实后的还原剂粉末上；

S3，再加入固定质量比的还原剂粉末覆盖钽酸锂晶片后，刮平后压实；

S4，重复步骤S1-S3，在治具22上叠放多个治具22和钽酸锂晶片；

S5，在最上端的治具22内环嵌入有重块24，并在重块24上盖有盖板23，加固压实还原剂粉末；

S6，将整个晶片放置装置2放置到盛装管1中，充入3L/min氮气，在500℃的恒温中进行热处理7h，待温度自然降到室温，取出钽酸锂晶片即可。

本实施例中的氮气量，既保证了钽酸锂晶片黑化反应接触氮气的均匀性，又可以节约氮气成本。

在本发明一种优选实施例中，上述步骤S2中，钽酸锂晶片放置于治具22中央。钽酸锂晶片边缘与治具22的距离一致，保证钽酸锂晶片各部位接触气体量相同。

实施例8

本实施例是对本发明进一步的说明。

本实施例与实施例7不同之处在于，步骤S6中，将整个晶片放置装置2放置到盛装管1 中，充入2L/min氮气，在480℃的恒温中进行热处理3h，待温度自然降到室温，取出钽酸锂晶片即可。

实施例9

本实施例是对本发明进一步的说明。

本实施例与实施例7不同之处在于，步骤S6中，将整个晶片放置装置2放置到盛装管1 中，充入4L/min氮气，在550℃的恒温中进行热处理10h，待温度自然降到室温，取出钽酸锂晶片即可。

现有技术中，钽酸锂晶片黑化后的均匀度如图5所示，测试区1体积电阻率：2*10E+14 Ω*cm，测试区2体积电阻率：5*10E+13Ω*cm，测试区3体积电阻率：9*10E+14Ω*cm，测试区4体积电阻率：8*10E+13Ω*cm，测试区5、6、7、8、9体积电阻率：2*10E+12Ω*cm，黑化程度不均匀。采用本发明的装置并且按照实施例7-9任意一个实施例使用本发明的装置，钽酸锂晶片黑化还原反应后，其黑化均匀度如图6所示，测试区1～9体积电阻率： 4*10E+12Ω*cm，黑化程度均匀。

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。