中國粉體網訊 石英晶體(Crystal)是通信、信息、消費性電子等3C電子產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的頻率信號，舉凡手機內應用處理器的頻率速度，到移動通信基站射頻信號的基礎頻率，都有石英晶體組件的影子。進入2021年，因應萬物聯網的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(機械能與電能轉換)、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，經過研磨、濺鍍、微調、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系，切割成石英晶體薄片有AT、BT、CT、DT…等切法，目前業界最常用的是AT切割法，其自然共振頻率可以達到300 MHz。
有別于只有數納米米(nanometer, 10-9 mm)大小的邏輯先進工藝，石英晶體的尺寸坐落在數毫米(millimeter, 10-3 mm)，差異高達一百萬倍，一般都是利用手工研磨搭配掃描電子顯微鏡(SEM)分析內部結構，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)，精準分析石英晶體內部結構，讓大結構的精準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顯微鏡照片。
X-ray分析與開蓋后石英晶體內部結構
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)一側連接著電極(①&②)，另一側則是懸空，圖2c為開蓋后的光學顯微鏡照片，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顯微鏡照片，紅色虛線為本次分析的石英晶體。
PFIB精準截面分析
本次使用PFIB分析石英晶體有三大好處，一是可以精準切在想要分析的點，第二是可以避免因人工研磨造成的材料變形，三則是無需準備多余試片，一個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尺寸與晶體和電極接合的狀況。
圖3與4分別清楚呈現Cut 1與Cut 2的PFIB結果，相關的尺寸也都標示在圖中。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大，但仍有些細微的結構是需要更高階的分析設備(如TEM)才能解析出來的，例如石英晶體的晶格結構、金屬薄膜的厚度與化學組成、銀膠與封裝基材的材料分析、甚至應力分析…等等，我們都將在下一份報告中呈現給讀者。
圖3: 右上圖為Cut 1(天空色虛線)的PFIB結果，(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。校正后的相關尺寸標示于右下圖。
圖4: 右上圖為Cut 2(天空色虛線)的PFIB結果，校正后的相關尺寸標示于右下圖。
（中國粉體網編輯整理/茜茜）
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