石英諧振器污染控制與技術進程
人類研發和生產石英諧振器已經有一百多年的歷史了,而且這項技術至今仍不斷在創新和進步,為廣大生產廠家們帶來很大的方便和利益,石英晶振雖然結構簡單,但生產過程和技術相對復雜。而且晶體晶振是屬于比較脆弱的電子元器件,許多因素都容易導致其故障或不起振,污染是其中比較大的原因,因此進行有效的污染控制非常有必要。以下是關于晶振受到污染后,極可能會發現的現象,以及晶振百年發展的技術進程和里程碑。
污染控制:
在制造石英晶體諧振器時,污染控制至關重要,因為污染會對以下方面產生不利影響:穩定性,老化,滯后,追溯,噪音,非線性和電阻異常(高啟動電阻,驅動器的第二級,濾波器中的互調),頻率跳躍,制造產量,可靠性等。
水晶外殼污染:
外殼和密封過程會對晶振的穩定性產生重要影響。單層吸附污染物含有~1015分子/cm2(在光滑表面上)10-7torr的外殼含有~109個氣體分子/cm3。因此:在1立方厘米的外殼中,其內表面有單層污染物,當外殼在10-7托密封時,氣體分子吸附的分子數約為106倍。這種吸附分子的解吸附和吸附會導致老化,滯后,噪音等。
什么是“f平方”?
標準實踐是以頻率變化△f表示通過研磨,蝕刻和拋光去除的厚度,以及電極添加的質量,單位為“f2”,其中△f為kHz,f為以MHz為單位。例如,蝕刻10MHzAT切割板1f2意味著去除厚度,產生△f=100kHz;并且蝕刻30MHz板1f2意味著△f=900kHz。在這兩種情況下,△f=1f2產生相同的厚度變化。要理解這一點,請考慮厚度剪切諧振器(AT切割,SC切割等)
其中f是基本模式頻率,t是石英晶體板的厚度,N是頻率常數(AT切割為1661MHz•μm,SC切割c模式為1797MHz•μm)。因此,
因此,例如,△f=1f2對應于所有Quartz Crystal頻率的相同厚度去除。對于AT切割,每f2,△t=1.661μm的石英(每邊=0.83μm)。使用f2單位的一個重要優點是可以比厚度變化更精確地測量頻率變化。以kHz表示△f和以MHz表示f的原因是,通過這樣做,f2的數量通常在0.1到10的范圍內,而不是一些非常小的數字。
石英晶振技術的里程碑:
1880雅克和皮埃爾居里發現的壓電效應
1905年在實驗室中第一次石英熱液生長-由G.Spezia撰寫
1917年首次應用壓電效應,在聲納中
1918年首次在石英晶體振蕩器中使用壓電晶體
1926年第一個石英晶體控制廣播電臺
1927年發現第一次溫度補償石英切割
1927年建成第一個石英晶體鐘
1934年第一個實用的溫度。補償切割,AT切割,開發
1949年開發出輪廓,高Q,高穩定性的AT切割
1956年首次商業化生長的培養石英
1956年描述了第一個TCXO晶振
1972年開發微型石英音叉;石英表可用
1974年SC切割(和TS/TTC切割)預測;1976年驗證
1982第一臺具有雙c模式自溫感應功能的MCXO
雖然只是介紹了從1880年至1982年間的技術發展的重大事件,從1982年之后石英晶體和有源晶振技術突飛猛進,越來越多的人加入這個行業,使晶振一時之間成為比較熱門的電子零件。截止目前,石英晶振已經成為各種產品領域不可或缺的頻率控制元器件,80%以上的產品都需要用到它。