來自日本的愛普生晶振公司，是全球影響力最大的頻率元件制造商，在業(yè)界里擁有領(lǐng)軍者的地位，他們總是能先一步的探測到，并利用創(chuàng)新的，有效率的石英晶振制造技術(shù)，使自家量產(chǎn)的音叉晶體和有源晶振，比別家的更受市場認可，和世界各地客戶的喜歡。AT切割方式是近代各國的晶振廠家，用于石英水晶組件中最重要的一項技術(shù)，在此之前，一直頻繁使用的是BT切割方式。BT切割使得晶體單元易于制造，因為只要具有相同的頻率，石英襯底可以制造得更厚。另一個主要優(yōu)點是頻率熱特性對切角變化的相對低的靈敏度。然而，防守范圍是一個低頻帶，很難產(chǎn)生更高的頻率。要跟上目前的趨勢，他們需要切換到AT切晶體單元。

愛普生晶振公司大概是從上個世紀50年代，開始研究AT切割方式并加以應(yīng)用的，這中間還有一段略微波折，結(jié)局完美的故事。Shotaro Okano在他高中的無線電俱樂部首次接觸到無線技術(shù)。在那里，他了解了水晶收音機的原理，nami-yon（四管再生接收器和超外差收音機，以及如何制作它們）。第二次世界大戰(zhàn)后，失敗的陰影在街道上持續(xù)了一段時間然而，年輕的岡野先生的眼睛卻閃閃發(fā)亮，他覺得這些小盒子能夠?qū)⑦h處的人們的聲音傳遞出去，可能成為一個充滿希望的未來的鑰匙，他致力于學習他所能做的一切，日子很快過去了，結(jié)果，他很快就熟練掌握了無線技術(shù)。
    1954年4月，隨著盛開的櫻花，岡野先生不幸開始上班到東洋通信設(shè)備公司石英部所在的川崎。

在他加入公司六個月后，他突然有機會在日本電報電話公司（現(xiàn)稱為“NTT”）的通信研究實驗室中接受實用指導(dǎo)性教育。他的目標是了解采用線纜安裝系統(tǒng)的晶體單元技術(shù)* 1）。

那時候，采用這種技術(shù)的石英晶體單元是電話系統(tǒng)不可或缺的組成元素。換句話說，這項工作對東洋通信設(shè)備公司來說非常重要。盡管承擔了這項重要職責，但岡野先生仍然無法放棄使用無線技術(shù)的夢想。他發(fā)現(xiàn)很難被激勵，并以復(fù)雜的感情出發(fā)去東京武藏野市。

當時的電話網(wǎng)絡(luò)需要一次傳輸大量信息，因此需要增加多樣性。因此，可以實現(xiàn)陡峭特性的信道濾波器至關(guān)重要。這導(dǎo)致全球的研究機構(gòu)競相開發(fā)一種包含晶體單元的通道濾波器。雖然歐洲和美國的研究機構(gòu)處于領(lǐng)先地位，但日本當然不會落后。據(jù)高原先生介紹，當時歐洲或美國和日本的石英技術(shù)幾乎沒有任何區(qū)別。事實上，它們或多或少相等。因此，如果他們的團隊在這項任務(wù)中表現(xiàn)良好，那么他們就可以在全球舞臺上大放異彩。突然，岡野先生找到了一個有動力的理由。

在此之前，東洋通信設(shè)備公司以其專利的BT切割晶體單元而自豪。BT切割使得晶體單元易于制造，因為只要具有相同的頻率，石英襯底可以制造得更厚。另一個主要優(yōu)點是頻率熱特性對切角變化的相對低的靈敏度。然而，防守范圍是一個低頻帶，很難產(chǎn)生更高的頻率。要跟上目前的趨勢，他們需要切換到AT切音叉晶振單元。盡管仍處于二十多歲，但是在NTTPC電氣通信實驗室研究了晶體單元技術(shù)的基礎(chǔ)知識后，由Okano先生負責這項新開發(fā)項目。

開發(fā)于1957年開始，對AT切石英晶振基板進行了徹底調(diào)查。這些基材具有很多吸引岡野先生的特征，并且在他被完全迷住之前不久。AT切石英基板的五大優(yōu)點如下：（1）性能抵抗周圍環(huán)境的變化，（2）熱性能用三次曲線表示，（3）來自石英基板輪廓狀態(tài)的影響（4）由于零振幅和失真的部分，石英基板可以穩(wěn)定地支撐，（5）通過斜切工藝增強了性能，導(dǎo)致較低的缺陷率。

岡野先生在對AT切石英基板的調(diào)查中繼續(xù)取得進展。有一天，他的老板兼英國電信公司的發(fā)明人Hiroshi Yoda先生從美國出差回國，帶著他旅行中的特別紀念品。它是1MHz貼片晶振頻率標準，采用AT切割石英基板，由美國的James Knight公司制造（圖2）。當他離開實驗室時，尤達先生對岡野先生的離別話只是：“研究這個。”

圖2 James Knight公司的1MHz頻率標準。

岡野先生以他在這個1MHz頻率標準上的發(fā)展為基礎(chǔ)。（日本石英晶體諧振器工業(yè)協(xié)會檔案材料（QIAJ））。

這個制造過程存在一個主要問題。AT切割的石英基板的頂表面和底表面都沒有固定到電極上。簡單地將石英基板松散地放置在下表面的頂部上。至于頂面，差距* 4在盤形電極和石英基板之間建立了信號，使得信號可以通過電場傳輸。由于頂面和底面都沒有被牢固地固定，所以無論何時發(fā)生振動或沖擊，基板都會移動，并且這導(dǎo)致其性質(zhì)改變。由于尚未實施振蕩區(qū)域的概念，因此不可能固定基板。另外，不能消除不穩(wěn)定的，不必要的溫度振蕩模式。因此，對于需要高精度的應(yīng)用來說，恒溫箱是必不可少的。這在維護時需要非常小心，而且任務(wù)非常困難。

圖3用于廣播等目的的晶體單元

廣播網(wǎng)絡(luò)受到這個問題的困擾。尋找解決方案后，他們轉(zhuǎn)向采用4MHz同軸電纜的晶體單元，這是Toyo通信設(shè)備公司為電話系統(tǒng)制造的。該晶體單元具有牢固地固定在電極上的石英基板，并且其玻璃管被真空密封。其機械穩(wěn)定性清楚地表明維護將大大改善。廣播網(wǎng)絡(luò)給我留下了深刻的印象。東洋通信設(shè)備公司立即受到一波要求，開發(fā)帶真空密封玻璃管的AT切水晶單元。

然而，制造這些石英諧振器單元是困難的，因為上部和下部曲面的中心軸需要以絕對精度對準。除非這種對齊是完美的，否則這些單位表現(xiàn)不佳。他們決定獲得專業(yè)鏡片制造商的幫助。雖然這些入圍的專業(yè)人員確實熟悉制造玻璃基板，但這是他們第一次使用石英，所以最初的合作過程是一系列令人沮喪的反復(fù)失敗。這似乎是一個幾乎不可能的壯舉，以確保上下表面完美對齊，但隨著他們獲得制造任務(wù)的經(jīng)驗，他們的熟練程度也提高了。結(jié)果，它們最終能夠獲得具有令人滿意的先進性能的石英襯底。

在他們最初努力制造石英基板之后，整體發(fā)展進展順利。他們能夠完成他們的時鐘晶體單元開發(fā)，從550kHz開始一直延伸到900kHz左右，沒有任何重大障礙。他們的下一個目標是嘗試1MHz的晶體單元。大約在這個時候，岡野先生開始覺得很快他們可能會合并一個平凸形狀。

“平凸”石英基板在一側(cè)是平坦的而在另一側(cè)是凸透鏡形狀。不再需要對齊兩個表面的中心軸，這將使制造過程變得更簡單。但是，仍存在一個主要障礙。如果只有一面需要處理，石英基片的直徑會變得更大。雙面基板更加緊湊，因為雙面都經(jīng)過處理。但是，如果增加頻率，則可以使基板的直徑更小。因此，Okano先生開始著手發(fā)現(xiàn)晶振頻率需要多高才能切換到平凸基板，并且仍然能夠?qū)崿F(xiàn)足夠小的直徑。

那時，雙凸形狀可以切換到平凸的頻率在理論上仍然不明確，所以這是世界上第一次發(fā)現(xiàn)它的嘗試。他的立場是“沒有冒險，沒有任何收獲，”岡野先生開始他的使命，徹底調(diào)查平凸石英基板的振蕩模式* 5）。他發(fā)現(xiàn)理論上，雙凸和平凸之間的閾值是1MHz。

如果他們可以采用平凸形狀，制造將變得更加容易。此外，他們將能夠達到與雙凸基板相同的性能水平。一旦完成，帶有真空密封玻璃管的AT切水晶單元就被送到廣播網(wǎng)絡(luò)。這些新型基材機械穩(wěn)定，無需恒溫烘箱即可獲得穩(wěn)定的頻率輸出。他們得到了非常好的接待，他們的顧客留下了深刻的印象。因此，他們成功地將AT切割音叉晶體單元業(yè)務(wù)用于遠離其競爭對手的多個廣播網(wǎng)絡(luò)。

這將是艱難的，但唯一的出路是繼續(xù)前進一腳。他們首先開發(fā)他們首先使用的無源晶振單元。他們的目標是生產(chǎn)一個可以安裝在HC-6/U包裝中的設(shè)備（圖4）。為了配合，石英襯底需要具有大約15mm或更小的直徑。然而，為廣播網(wǎng)絡(luò)制造的前述晶體單元的直徑為25mm。這個大小問題是另一個需要解決的問題。

圖4 HC-6 / U封裝

外部尺寸：20mmx19mmx9mm。里面放置一個圓形的石英基板。

這些努力最終使他們能夠獲得直徑為14mm的石英襯底，可以安裝在HC-6/U封裝內(nèi)。最后要解決的問題是恒溫烤箱，他們?nèi)匀徊淮_定如何開發(fā)。他們必須檢查并決定各個方面的內(nèi)容，例如烤箱的形狀，要使用的材料以及熱敏電阻的位置。他們的耐心經(jīng)常被測試，但岡野先生的開發(fā)團隊從未考慮過放棄。他們每天工作到深夜，直到最后他們的恒溫烤箱完成。使用冷焊技術(shù)在含有晶體單元的HC-6/U封裝內(nèi)部形成真空并將其密封。然后將包裝放入鏤空的鋁塊內(nèi)，然后將加熱線纏繞在其周圍。

重現(xiàn)性和時間變化特征都非常好。測量儀器制造商根據(jù)是否在1小時，1天和10天過后觀察到頻率發(fā)生了任何變化，準備了重現(xiàn)性標準的詳細值。他們開發(fā)的石英晶體振蕩器成功通過了這些值的測試（圖5），儀器制造商的工程師們完全驚訝。

圖5開啟OCXO 后的頻率特性

在烤箱控制的恒溫晶振（OCXO）接通后，只允許極小的頻率變化。資料來源：“Okano先生”（1995年由Techno出版）撰寫的'Crystal Frequency Control Devices（Suisho Shuuhasuu Seigyo Debaisu in Japanese）'。

創(chuàng)造'振蕩區(qū)域'的概念

AT切晶體單元和烤箱控制的恒溫晶體振蕩器（OCXO）成為岡野先生最偉大的勝利之一。雖然普通人可能會認為這種不起眼的創(chuàng)新看起來無關(guān)緊要，但可以毫不夸張地說，這些技術(shù)已經(jīng)奠定了當今石英設(shè)備技術(shù)的基石，并且是非常重要的。

此外，“晶體振蕩區(qū)域”的概念導(dǎo)致了改進的技術(shù)，使得諧振器器件更加緊湊，并且提高了制造時平坦度和平行平坦度重要性的意識。換句話說，這個概念成為了東洋通信設(shè)備公司和精工愛普生公司整合后誕生“QMEMS”技術(shù)的基礎(chǔ)。