获得高频输出的方法第三部反向台形AT型石英晶体.PDFVIP

Technical Notes 获得高频输出的方法（第三部：反向台形 AT 型石英晶体） 反向台形 AT 型石英晶体的概况与特性介绍 【序文】 上次为止，我们介绍了使用倍频电路和锁相环电路，或者使用弹性表面波 SAW （Surface Acoustic Wave ） 谐振器获得高频输出的方法。使用这些方法虽然可以获得稳定的高频，但各具弱点。例如，锁相环电路能够提 供灵活性的同时，振荡电路设计较为复杂，从而导致相位噪音特性恶化；使用 SAW 的方法电路设计较为简单 且相位噪音特性较好，但元件自身具有频率随温度的变化量大的特点。通常，石英晶体制造商更多使用 AT 型 石英晶体，理由如下：①在常温范围内有拐点，频率在较宽的温度范围内保持稳定；②覆盖的高频范围较宽； ③与石英片的长宽尺寸无关，只需控制石英片厚度就能获得所需高频，因此适于小型化；④只需旋转 Z 轴就能 进行石英片切割，便于生产。但是，若要从 AT 型石英晶体直接起振高频，则需将石英片加工得很薄。这在加 工方法和机械性强度等方面存在着制约。 这次，我们将介绍应用爱普生的“QMEMS”技术，生产出只将振荡部分加工变薄的反向台形 AT 型石英晶 体，由此产生高频、稳定的基准信号的方法。 【1】关于反向台形AT 型石英晶体 英语名称中的“Mesa”这个词起源于西班牙语，意思是“周围是悬崖峭壁的台形地貌”，通常把截面加工成 台形的半导体晶体管等称为“台形结构”。反向台形AT 型石英晶体指把 AT 切割石英片的一部分（振荡部分） 切割成凹陷的台形的结构（与台形结构相反）。反向台形AT 型石英晶体的结构如图 1 所示。AT 型石英晶体的 石英片越薄，所起振的频率越高。但是，通常机械性研磨实现批量、稳定生产的频率限度为以基波起振 50MHz 左右（石英片厚度为约 30 μm）。如果需要使用AT 型石英晶体获得大于上述限度的频率，经常使用高次振动的 振动模式（三次谐波）达到 50MHz 至 150MHz。因此，为了获得高频，就需要使用复杂的电路控制三次谐波 等振动模式。爱普生应用进行光刻加工的 QMEMS 技术，生产出只将激励部分加工成几微米的反向台结构，既 保证了芯片的强度又能以基波起振高频，以此解决上述问题。 激励电极 t=1670 / f (μm) 30μm 度 厚 件 元 被认为是机械加 工界限的领域 t 爱普生 振荡板 3μm QMEMS t 截面图 50 MHz 频率 500 MHz 图 1 反向台形 AT 型石英晶体的结构及石英板厚度与频率的关系 1 Technical Notes 【2 】关于QMEMS 技术 “QMEMS”是具有高稳定、高精度等优越性能的石英材料“QUARTZ”和“MEMS （Micro Electro Mechanical System，精密加工技术）”组合成的造词。与以硅为材料的“MEMS”相对应，以石英为原料进行精密加工（光 刻加工）而提供的小型化、高性能晶体元器件被称为“QMEMS”。应用 QMEMS 技术的产品除了本次介绍的 反向台形 AT 型石英晶体以外，还应用于音叉型晶体单元振动槽的精密加工和 AT 型石英晶体的台形结构加工等 方面。本次，我们以 AT