金属表面封装的石英晶体，内部其中是有三层金属材料结构的，分别是Cr（铬），Ag（银）和Au（金）这3种。都属于常见金属，被许多晶体制造商用于生产当中，尤其是采购金属面封装技术的晶体或振荡器。今天的实验项目是通过分析铬，银，金这三层金属结构的电极特性，得出晶振稳定性的结果。
近年来，对于手机市场，对石英晶体谐振器的需求持续增长。为了满足严格的长期频率稳定性要求，晶体制造商通常使用Au作为电极基板电镀材料。过去报告了使用具有不同金属材料的分层电极的原因不同。在本文中，我们报告了我们自己研究使用溅射Cr/Ag/Au分层结构用于AT切割石英晶体谐振器的电极，其唯一目的是出于成本原因减少Au的使用。我们研究了层的物理参数，电薄层电阻以及热处理。将完成的晶体谐振器的电特性与用Cr/Au基板电极制成的电特性进行比较，并且还检查具有新电极的晶体的可靠性性能。初步结果表明，具有基于Cr/Ag/Au分层结构的电极的AT切割石英晶体谐振器满足手机应用的长期频率稳定性要求。电特性与Cr/Au基板晶体谐振器兼容。物理特性研究表明，Cr/Ag/Au层状结构在相关的热工艺环境下是稳定的。
为了评估Cr/Ag/Au层状电极的特性，电性能和可靠性，我们设置了两种实验，第一种是通过晶体谐振器，5.0mmx3.2mm尺寸的26MHz石英晶振作为手机应用的规格。并检查可靠性和电气性能。第二个实验是通过一个带有涂层分层电极的4“硅晶片进行特性评估，在论文中，我们检查了电气薄层电阻。晶体谐振器和4“硅晶片经过相同的溅射工艺和热处理，包括固化，真空退火，烘烤和回流，其设置条件如表I所示。
表I.热过程的设置条件

热过程	设置条件
固化	265℃,180min
真空退火	295℃,360min
烘烤	200℃,720min
回流	180℃(10min)&260℃
回流	(peak),10sec
	(peak),10sec

来自基材（AT切割石英）的电极层结构为Cr10nm，Ag300nm和Au150nm。通过晶片扫描探针，通过4点探针（Resmap，IDE）测量层状电极的薄层电阻。总分151分数据。测量结果与沉积后的每个热处理一起如表I所示。为了比较电性能与通常的Cr/Au电极晶体，使用相同的空白陶瓷制作4500个26MHz5.0x3.2mm水晶振动子。使用Cr/Ag/Au分层电极进行封装和组装工艺。可靠性，尤其是老化性能，对移动应用非常重要。在本文中，我们进行了3种热条件评估可靠性性能，包括回流，热冲击和高温高湿测试。
电阻片：
涂有Cr/Ag/Au层状电极的晶片在所有热处理后都显示出镜面状，并且薄膜电阻和工艺如图1所示。结果显示出与Cr/Au层状电极相似的行为如图1所示。图2.在295℃真空退火后，Cr/Ag/Au和Cr/Au层状电极都显示出薄层电阻增加，我们认为这是因为中描述的Cr原子扩散到Au层中，Cr在扩散到Au时退火温度超过270℃，由于退火后的热处理温度低于270℃和退火温度，因此我们可以看到退火处理后的薄层电阻平均值变得稳定。

图1.Cr/Ag/Au层状电极的薄层电阻以及工艺

图2.Cr/Au层状电极的薄层电阻以及工艺

电气性能：
Cr/Ag/Au电极晶体的电性能与Cr/Au非常相似，包括频率，等效串联电阻，温度测试，杂散响应。图3显示了等效串联电阻的统计分布，图4显示了Cr/Au层状电极的对应物。结果表明，Cr/Ag/Au层电极电阻略低于Cr/Au电极。

图3.Cr/Ag/Au电极晶体的等效串联电阻分布（26MHz，5.0x3.2mm）

图4.Cr/Ag/Au电极晶体的等效串联电阻分布（26MHz，5.0x3.2mm）

可靠性表现：
回流测试结果如图5所示，回流测试前后频率和等效串联电阻的变化小于1ppm和10hm，满足手机应用的要求。

图5.由回流测试引起的频率和ESR偏移（所有样品均在1ppm，1欧姆范围内）

热冲击试验：
热冲击试验的结果（试验条件：-55℃至125℃，停留时间10分钟，通过时间20秒）如图6所示，所有晶振样品均显示频率和ESR偏移在1ppm和10hm之间。

图6.热冲击试验引起的频率和ESR偏移（所有样品均在1ppm，1欧姆以内）

高温和湿度测试：
高温和高湿试验结果（试验条件：温度85℃，相对湿度85％，试验时间336）如图7所示，所有石英晶体均显示频率和ESR偏移在1ppm和1Ohm之间。

图7.高温和高湿度测试引起的频率和ESR偏移（所有样品均在1ppm，1欧姆以内）

初步结果表明，具有基于Cr/Ag/Au分层结构的电极的AT切割石英晶体谐振器满足手机应用的长期频率稳定性要求。电特性与Cr/Au基板晶体谐振器兼容。物理特性，电阻率，研究表明，Cr/Ag/Au层状结构在相关的热工艺环境下是稳定的。

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