一種基于波形匹配方法的石英晶片研磨控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于波形匹配方法的石英晶片研磨控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子信息產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，石英晶體振蕩器在電子信息行業(yè)中具有極其重要的地位。中國是石英晶體元器件的生產(chǎn)大國，但是產(chǎn)值、產(chǎn)品質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距。行業(yè)近年來發(fā)展十分迅速，對石英晶體元器件生產(chǎn)過程中的加工設(shè)備和在線高精度測控設(shè)備的需求量也在不斷增加。
[0003]晶片研磨是石英晶振生產(chǎn)過程中必不可少的步驟，晶片電參數(shù)測試是這一步驟中的關(guān)鍵測控技術(shù)，國內(nèi)很多研究機構(gòu)都對其進(jìn)行了研究探索。20世紀(jì)九十年代，天津大學(xué)就基于國際標(biāo)準(zhǔn)的傳輸法原理對石英晶體的電參數(shù)進(jìn)行了測量。從2002年到2004年，北京機械工業(yè)學(xué)院對網(wǎng)絡(luò)法測量石英晶體電參數(shù)的原理及網(wǎng)絡(luò)中分布參數(shù)對測量精度的影響進(jìn)行了研究。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院在2004年提出了一種使用直接數(shù)字頻率合成器(DDS)作為激勵信號源的方法和以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)石英晶片電參數(shù)計算機測量系統(tǒng)。北京航空航天大學(xué)在2006年設(shè)計了一種頻率高達(dá)200 MHz的石英晶體電參數(shù)測量系統(tǒng)。2009年哈爾濱工業(yè)大學(xué)以網(wǎng)絡(luò)最大傳輸測量方法為基礎(chǔ)設(shè)計石英晶體參數(shù)測量系統(tǒng)，設(shè)計中選擇具有高速數(shù)據(jù)處理能力的數(shù)字信號處理器(DSP)作為系統(tǒng)的控制模塊。在產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域，國內(nèi)外的石英晶體電參數(shù)測頻技術(shù)差距很大。美國SM公司的250A、250B系列網(wǎng)絡(luò)分析儀和惠普公司的E5100系列網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率測量范圍在20 KHz-400 KHz和0.5 MHz-200 MHz，負(fù)載諧振頻率測量精度達(dá)到2 ppm以內(nèi)，代表了石英晶片靜態(tài)測頻領(lǐng)域的世界最高水平。國內(nèi)除了香港Kol inker公司的KHl 200測試儀，其誤差和250B相當(dāng)，再沒有其他同類產(chǎn)品替代。
[0004]在晶片研磨生產(chǎn)過程中磨盤相對于晶片是不斷滑動的，探測頭下并不是始終存在晶片，諧振信號是間斷的；另外，不同頻段晶片所需的射頻激勵功率大小是不同的；因此，要在研磨的動態(tài)過程中實時準(zhǔn)確地測試晶片的諧振頻率參數(shù)，準(zhǔn)確地使盤內(nèi)晶片達(dá)到目標(biāo)頻率且不能發(fā)生過度研磨導(dǎo)致的超頻生產(chǎn)事故，就要求相應(yīng)的測控儀器具備“動態(tài)有效信號提取”和“動態(tài)功率反饋”功能。因此，上文提到的研究內(nèi)容和商業(yè)產(chǎn)品并不能滿足在線測頻的技術(shù)要求。目前國內(nèi)外許多晶片制造廠家都使用美國TRANSAT公司的在線頻率監(jiān)控儀(ALC)對晶片頻率進(jìn)行在線測控。傳統(tǒng)的ALC系統(tǒng)具備動態(tài)有效信號提取和動態(tài)功率反饋功能，能夠?qū)崿F(xiàn)晶片生產(chǎn)中在線測頻的功能，這一技術(shù)目前被國外壟斷。但是，隨著石英晶振行業(yè)技術(shù)的日新月異，ALC系統(tǒng)并沒有隨之更新?lián)Q代，生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)了越來越多不能忽視的問題。
[0005]首先，石英晶振產(chǎn)品的諧振頻率不斷提高，最高頻段已經(jīng)達(dá)到50 MHz -60 MHzJg多企業(yè)在實際使用ALC的過程中會遇到諸如“在某些頻段發(fā)生測頻值跳變”而無法有效控制研磨量的缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度。這是由于當(dāng)ALC系統(tǒng)出現(xiàn)誤測量時，其測頻方法并沒有根據(jù)實際研磨情況去除“誤測頻率”的機制，在噪聲環(huán)境中出現(xiàn)測頻值跳變的問題也就成為必然。
[0006]其次，晶振的產(chǎn)量大幅提高，研磨砂和研磨盤的消耗量十分巨大，如何提高研磨砂和研磨盤的使用效率是每個廠商降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。從研磨機管控的角度，相應(yīng)的測控設(shè)備需要具備統(tǒng)計研磨盤內(nèi)晶片頻率分布的能力，以評估前道工序的加工質(zhì)量和研磨系統(tǒng)的狀態(tài)，作為更換研磨砂和維修研磨盤面的依據(jù)。然而，ALC系統(tǒng)僅提供“到達(dá)研磨目標(biāo)頻率停止”的控制策略，對研磨速率和頻率散差等參數(shù)監(jiān)控和相應(yīng)的控制策略并沒有涉及，這就導(dǎo)致其無法對研磨砂和研磨盤面狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
[0007]因此，結(jié)合生產(chǎn)實際研究和探索石英晶片在線測頻技術(shù)，擺脫傳統(tǒng)ALC系統(tǒng)架構(gòu)，針對在線測頻和控制方法中“在某些頻段發(fā)生測頻值跳變”和“無法監(jiān)控研磨機狀態(tài)”這兩個問題，創(chuàng)新地提出石英晶片研磨的一種在線測頻和控制方法，根據(jù)本發(fā)明提出的方法設(shè)計具有抗干擾性強、運行穩(wěn)定、統(tǒng)計參數(shù)多樣、控制策略開放的晶片研磨在線測頻系統(tǒng)是當(dāng)前國內(nèi)各大晶振生產(chǎn)廠商的迫切需求。本發(fā)明的成果對提高石英晶片行業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量具有重要作用，對提高我國石英晶振行業(yè)整體競爭力也有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提出一種基于波形匹配方法的石英晶片研磨控制方法。
[0009 ]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種基于波形匹配方法的石英晶片研磨控制方法，
系統(tǒng)通電開機后，進(jìn)行外設(shè)初始化配置，外設(shè)初始化結(jié)束后提示系統(tǒng)開始通電工作；系統(tǒng)進(jìn)入硬件自檢，硬件自檢結(jié)果進(jìn)行顯示;硬件自檢未通過則等待用戶進(jìn)行檢修后重新進(jìn)行自檢;通過硬件自檢則進(jìn)入數(shù)據(jù)初始化流程;數(shù)據(jù)初始化結(jié)束后系統(tǒng)進(jìn)入待機狀態(tài)；
系統(tǒng)在待機狀態(tài)下實時監(jiān)測控制及設(shè)置按鈕的操作，并根據(jù)控制及設(shè)置按鈕的操作，作出控制動作或者讀取設(shè)置參數(shù)后，根據(jù)設(shè)置的參數(shù)作出控制動作；
所述控制及設(shè)置按鈕的操作包括進(jìn)入單次測頻流程的操作、讀取控制策略參數(shù)的操作、獲取在線測頻參數(shù)的操作、進(jìn)入修盤流程操作和進(jìn)入在線測頻流程的操作。
[0010]進(jìn)一步的，單次測頻流程的操作包括:
單次測頻流程根據(jù)掃頻參數(shù)的設(shè)置對石英晶片進(jìn)行諧振頻率測試，單次測頻流程對系統(tǒng)的AD采樣數(shù)據(jù)的處理，通過波形匹配方法、數(shù)據(jù)平滑處理和求最大值方法分析得出晶片的靜態(tài)諧振頻率、標(biāo)準(zhǔn)差、實時峰高、諧振線寬、單位時間內(nèi)的諧振次數(shù)，測頻結(jié)果發(fā)送進(jìn)行顯不O
[0011]進(jìn)一步的，所述控制及設(shè)置按鈕的操作還包括參數(shù)設(shè)置操作，系統(tǒng)實時監(jiān)控用戶參數(shù)設(shè)置操作狀態(tài)，一旦進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置操作狀態(tài)，對系統(tǒng)運行過程中的掃頻參數(shù)、波形匹配參數(shù)、諧振頻率顯示參數(shù)和諧振頻率約束參數(shù)進(jìn)行設(shè)置;掃頻參數(shù)包括單位時間內(nèi)掃頻次數(shù)、掃頻幅值、掃頻速度、掃頻步進(jìn);波形匹配參數(shù)包括搜索寬度、峰值約束;諧振頻率顯示參數(shù)包括頻率校準(zhǔn);諧振頻率約束參數(shù)包括極差設(shè)置。
[0012]進(jìn)一步的，讀取控制策略參數(shù)的操作包括:
系統(tǒng)實時監(jiān)控讀取控制策略參數(shù)的操作的狀態(tài)，一旦進(jìn)入控制策略參數(shù)的操作，對系統(tǒng)運行過程中的在線測頻控制策略參數(shù)、在線測頻統(tǒng)計參數(shù)、圈數(shù)統(tǒng)計參數(shù)、修盤參數(shù)進(jìn)行設(shè)置;在線測頻控制策略參數(shù)包括目標(biāo)頻率到達(dá)次數(shù)、測頻異常跳出次數(shù)、異常跳出時間、異常跳出極差設(shè)置、速率跳出上限、速率跳出下限；在線測頻統(tǒng)計參數(shù)包括頻率統(tǒng)計、速率統(tǒng)計、極差統(tǒng)計；圈數(shù)統(tǒng)計參數(shù)包括誤觸發(fā)濾波時間、延時濾波時間、開始統(tǒng)計圈數(shù);修盤參數(shù)包括修盤時間、修盤異常退出時間。
[0013]進(jìn)一步的，進(jìn)入修盤流程操作包括:系統(tǒng)實時監(jiān)控修盤流程操作的狀態(tài)，一旦進(jìn)入修盤流程操作，開始修盤計時，一旦修盤時間計時結(jié)束，結(jié)束修盤流程，系統(tǒng)將回到待機狀態(tài)，系統(tǒng)記錄修盤時間；如在修盤過程中遇到緊急暫停，則系統(tǒng)立即待機狀態(tài)，系統(tǒng)記錄修盤時間。
[0014]進(jìn)一步的，進(jìn)入在線測頻流程的操作包括:系統(tǒng)將啟動研磨機并打開研磨砂開關(guān)；在線測頻流程對系統(tǒng)的AD采樣數(shù)據(jù)的處理，通過對AD采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行波形匹配方法、數(shù)據(jù)平滑處理和求最大值方法計算出石英晶片的實時諧振頻率，根據(jù)當(dāng)前的統(tǒng)計參數(shù)計算出平均諧振頻率、研磨速率和極差，測頻結(jié)果發(fā)送進(jìn)行顯示；<