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晶体设计选用与失效分析 品技处V1.3 水晶材料基本特性 一 压电效应 石英晶体在压力作用下产生形变，同时产生电极化。其极化强度与压力成正比。这种现象就称“正压电效应”。反之，在电场作用下，晶体产生形变，其形变大小与电场强度成正比，这种现象称“逆压电效应”。在二十多类具有压电效应的晶体中，石英晶体是无线通讯设备中最为满意的材料之一。它的机械强度高，物理化学性能稳定，内损耗低等，用它制成的器件被广泛用在频率控制和频率选择电路中。 水晶材料基本特性 二 石英晶体的切型 由于石英片的取向不同，其压电特性、弹性特性和强度特性就不同，用它来制造的谐振器的性能也不一样，经过前辈的大量研究，已发现了几十种有用的切割方式。 切型的习惯表示方法：AT，BT，CT，DT，ET，FC，SC，LC等 水晶材料基本特性 三 应用领域： 3.1主要产品：石英晶体谐振器、石英晶体振荡器 3.2 主要特点：高稳定性(年老化率小于+/-5ppm),高Q(品质因数)值,低功耗,小体积,易于使用。 3.3 主要应用于通讯,电脑,导航,航空航天,家用电器等领域。一般石英晶体谐振器的频率可从几十KHZ至几百MHZ。 水晶材料基本特性 四 石英谐振器的组成和特性 由石英片，电极，基座，上盖、导电胶组成，其关键部分是石英片。石英片是弹性体，它有固有频率。石英片也是压电体，谐振时，振动幅度最大，阻抗最小；失谐时，阻抗迅速加大。 石英谐振器的生产工艺 一 石英晶片制造工艺流程 石英谐振器的生产工艺 二 石英晶体谐振器制造流程图 石英谐振器的生产工艺 2.1 被银：用真空镀膜原理在洁净的石英晶片上蒸镀薄银(金)层，形成引出电极，并使其频率达到一定范围。 石英谐振器的生产工艺 2.2 上架点胶：将被上银（金）电极的晶片装在基座上，点上导电胶，并高温固化，通过弹簧(PAD)即可引出电信号。 石英谐振器的生产工艺 2.3 微调：SMD产品采用Ar离子轰击晶片表面的银（金）电极，将多余的金（银）原子打下来。(插脚类产品使用真空镀膜原理，微调晶体谐振器的频率达到规定要求) 石英谐振器的生产工艺 2.4 封焊：将基座与上盖放置在充满氮气(真空)的环境中进行封焊，以保证产品的老化率符合要求。本公司主要有：电阻焊（DIP OSC、DIP Crystal）、SEAM焊（滚边焊7S、6S、5S、4S、3S、2S）、玻璃焊（8F、6F、5F） 石英谐振器的生产工艺 2.5 密封性检查：检查封焊后的产品是否有漏气现象 粗检漏：检查较大的漏气现象; 细检漏：检查较小的漏气现象; 石英谐振器的生产工艺 2.6 老化及模拟回流焊：对产品加以高温长时间老化，释放应力以及模拟客户使用环境，暴露制造缺陷，据以提高出货可靠性。 石英谐振器的生产工艺 2.7 测试：对成品进行电性能指标测试，剔除不良品，保证产品质量。 石英谐振器的基本参数 Fs:串联谐振频率;Fs=1/[2π(L1C1)1/2] FL:指定负载CL时的谐振频率。 Fr:谐振频率;Xe=0时的频率） CL:特定负载谐振频率时的负载电容(pf)。 C0:静电容（pF）;C1:动态电容（fF）。 L1:动态电感。(mH);RR:动态电阻。ohm Q:品质因数。Q=2πfL1/R1 TS:指定负载CL时测试的频率因负载电容变化而引起的牵引能力。(ppm/pf) PWR:激励功率。(uW) 线路设计中石英谐振器的选用 一 石英谐振器的稳频条件： 负载电容 激励电平 频率温度特性 线路设计中石英谐振器的选用 负载电容CL对频率的影响： 石英谐振器一般作为电感元件在振荡电路中起稳频作用，而电路的其它元件均可等效为一个负载电容与石英谐振器串联或并联。负载电容的大小将对石英谐振器的等效参数及频率稳定度带来影响。 线路设计中石英谐振器的选用 负载电容CL对频率的影响(18PF为例) 线路设计中石英谐振器的选用 负载电容CL对频率的影响(18PF为例) 线路设计中石英谐振器的选用 激励电流和频率稳定度的关系： 一般取70~100uA为佳；用激励功率表示时，一般取1~100uW为佳。激励电平的大小直接影响石英谐振器的性能，所以电路设计者一定要严格控制石英谐振器在规定的激励电平下工作，以便充分发挥石英谐振器的特点; 一般来讲，激励电平偏小对于长稳有利，激励电平稍大对于短温有利。但是激励电平太大，石英片振动强，振动区域温度升高，石英片内产生温度梯度，会使频率稳定度降低；激励电平过大，由于机械形变超过弹性限度而引起永久性的晶格位移，使频率产生永久性的变化，甚至有时会把石英片振坏；激励电平过大，会使等效电阻