在日常生活和工作中我們接觸最多的電子元器件,可能就是石英晶體了,雖然一般都看不見它,但石英晶體的身影遍布周圍所有的電子電器,智能設(shè)備等,讓生活變得更簡(jiǎn)單便捷.石英晶體諧振器顧名思義,其制造材料就是礦晶體石英,本身帶有壓電效應(yīng),是用來生產(chǎn)頻率元件的好材料.制造一顆完整的晶體最重要的一步是切割,因?yàn)檫@個(gè)步驟決定了后面晶振的頻率和穩(wěn)定性.
無論是醫(yī)療技術(shù),電信還是消費(fèi)類電子產(chǎn)品,石英晶體諧振器都已成為所有行業(yè)中精確的頻率發(fā)生器.通電時(shí),薄石英盤以穩(wěn)定的速率振蕩,從而確定應(yīng)用的心跳.雖然這聽起來很簡(jiǎn)單,但問題非常復(fù)雜,因?yàn)槭⒖瞻撞⒉煌耆嗤?石英坯料不僅厚度不同,而且溫度系數(shù)和振動(dòng)特性也不同.例如,如果周圍溫度稍微變化,則石英產(chǎn)生的頻率的穩(wěn)定性會(huì)受到負(fù)面影響.溫度變化越大,與所需頻率的偏差越大.
石英晶體的振動(dòng)方式也不同.”縱向振蕩器”沿其縱軸伸展;就像橡皮筋被拉伸一樣.另一方面,”彎曲U形管”無源晶振主要在坯料的中間振蕩.它們的行為就像一個(gè)交替拉緊和釋放的弓弦.然而,最常見的振蕩類型是”厚度剪切振蕩器”.如圖所示,坯料的上側(cè)和下側(cè)沿相反方向移動(dòng),而石英盤同時(shí)改變其厚度.

厚度剪切振蕩器

AT-Cut定義振動(dòng)類型和溫度系數(shù):
在生產(chǎn)過程中可以特別地影響石英的特性,溫度系數(shù)和振蕩類型.決定性因素是石英盤從晶體上移除的切割角度.石英晶體根據(jù)數(shù)學(xué)計(jì)算切割成尺寸,任何變化都可能對(duì)零件質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響.最常見的角度切割之一是AT切割,用于生產(chǎn)所有JAUCH晶振.該切割是在距離石英晶體的Z軸35度處進(jìn)行的,并且是最常選擇的切割角度之一.以這種方式生產(chǎn)的石英坯料具有良好的溫度系數(shù).在-40到85攝氏度的溫度范圍內(nèi),由于AT切割,可以產(chǎn)生精確的頻率,偏差僅為+/-15ppm(ppm=百萬分之一).
石英的枕形:
采用AT切割生產(chǎn)的所有石英晶體都是厚度剪切振蕩器-這是進(jìn)一步加工的一大優(yōu)勢(shì).石英晶體是無源元件,沒有外部電壓它們完全沒用.必須將精細(xì)電極連接到石英上以使其通電并使其振蕩.然而,根據(jù)振蕩的類型,這些電極的連接被證明是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn).理想情況下,電極應(yīng)連接到石英上的一個(gè)點(diǎn),即使在電壓下,它也只能最小程度地變形.使用厚度剪切晶振比使用開頭提到的彎曲或縱向振蕩器容易得多.

然而,石英的進(jìn)一步加工步驟也是必要的.在一臺(tái)特殊的研磨機(jī)中,將坯料研磨至呈墊形狀-中間稍厚,向外逐漸變細(xì).石英支架連接到錐形端部.以這種方式固定,薄金屬電極最終蒸發(fā)到坯料的較厚中間部分上.因此,AT切割在石英晶振生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了雙重功能.首先,它確保在-40到85攝氏度的溫度范圍內(nèi)的高頻穩(wěn)定性,其次,它將坯料的形狀定義為厚度剪切振蕩器.
AT型切割也是最常用于晶體諧振器的切割方式,具有操作簡(jiǎn)單,適合大量生產(chǎn),穩(wěn)定性好等特點(diǎn),本身諧振器就是極其小巧的器件,現(xiàn)在最小的尺寸都已經(jīng)做到1.0*0.8mm了,對(duì)切割的工藝要求也更高,除了之外還有BT切割,SC切割等其他切割方式,但AT型仍然是主要的.

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