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石英晶體諧振器是怎么“煉”成的?
2020年12月14日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:127
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石英晶體諧振器是一種生活中隨處可見的電子器件,誕生于20世紀20年代初,因具有較高的品質因數及良好的頻率穩定性,被廣泛應用于航天、通信、軍事等工業領域。

石英

顧名思義,制造石英晶體諧振器的原材料就是石英,一種非常重要的壓電材料。其主要特征是其原子或分子有規律排列,反映在宏觀上是外形的對稱性,在電場的作用下,晶體內部產生應力而形變,從而產生機械振動,獲得特定的頻率。石英晶體諧振器就是利用它的這種逆壓電效應特性來制造的。

應用方面,最早是保羅·朗之萬在第一次世界大戰期間首先探討了石英諧振器在聲納上的應用。發展到今日,目前石英諧振器主要用于在衛星通訊、廣播電視、計算機、電話、遙控器等各類振蕩電路中,為數據處理設備產生時鐘信號和為特定系統提供基準信號,是大部分電子電路中不可缺少的重要組成部分。

石英晶體諧振器的基本構成

石英晶體諧振器主要由石英晶片、基座、外殼、銀膠、銀等成分組成,根據引線狀況可分為直插(有引線)與表面貼裝(無引線)兩種類型。當前常見的主要封裝型號有HC-49U、HC-49/S、GLASS、UM-1、UM-4、UM-5與SMD。下圖是一個除去外殼的石英振蕩諧振器,可以看見內部的透明石英片與上面所鍍的金屬電極。

石英

常見的石英晶片形狀有三種:圓形,方形,SMT專用或棒型(也是方形,但比較?。?,取向不同時,其壓電特性、彈性特性和強度特性就會不同,用它來制造的諧振器的性能也不一樣?,F有的切割方式可分為AT-CUT、BT-CUT、CT-CUT、DT-CUT、FT-CUT、XT-CUT、YT-CUT;每種切法對應一個角度,采用何種切法應根據實際情況而定,如對溫度特性要求較好則應采用AT-CUT,如果對晶振要求的頻率較高時則采用BT-CUT。晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等決定了晶振的頻率。

石英

幾種切型石英片的方位圖

石英晶體諧振器的制備

要生產出性能良好的石英晶體諧振器,除具有合理的設計及優良的原材料外,生產工藝將起決定性作用。不同類型的石英晶體振蕩器生產工藝不盡相同,通??梢愿爬ㄆ饋硐聢D所示的流程。

石英

具體步驟如下:

首先進行毛片分選,因石英毛片切角誤差較大,因此在粗加工前要先用X光定向儀進行角度分選。再根據需要選擇合適角度的毛片進行加工,即粘條、切籽晶、改圓等。

然后進行研磨工序,一般分為粗磨、中磨和細磨。粗磨主要是對晶片進行角度和厚度切削,中磨和細磨是對晶片進行精細的厚度調整。

研磨之后,為保證晶片表面質量和晶體在使用時穩定、可靠,對石英晶片進行拋光、清洗工序。晶片愈厚對晶體的起振性能、電阻的影響愈大,因此清除晶片因研磨造成的表面松散層的深腐蝕方法較有效。

裝架點膠是將鍍好電極的石英片慢慢放入帶狀支架的兩金屬片之間,讓帶槽孔的兩金屬片緊緊夾住石英片,然后在電極和金屬片接觸處涂上一層導電膠,使電極膜通過邊緣上的導電膠與金屬片接觸而產生電連接囗。

調頻是晶振生產中的一步關鍵工藝,即調整晶振的諧振頻率以達到設計要求。對于不同類型的晶振調頻方式各有差異,有采用真空鍍膜調頻、打磨晶片調頻等方法。對于技術附加值較小、成本要求比較高的晶振生產,多采用打磨晶片調頻工藝。

最后進行外殼封裝、印字和成品測量工序。

總結

隨著各國信息產業與電子產業規模不斷擴大,晶振的應用范圍還在不斷擴張,帶動其市場規模不斷增長。目前市場對高精度、高頻化、高穩定度、低功耗的晶振產品有很大的需求,而且隨著電子產品向超薄化、小型化、功能集成化方向發展,晶振產品也隨之向小型化、片式化、集成化方向升級,因此晶振行業生產技術應該還存在很大的進步空間。

資料來源:

晶振生產自動化工藝關鍵技術研究。韓孝龍。

粉體圈 NANA整理


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