人們使用石英晶體已超過一個(gè)世紀(jì)，而且這個(gè)領(lǐng)域還在持續(xù)開發(fā)中，也發(fā)生了翻天覆地的變化，從原來的大體積到現(xiàn)在的小尺寸，從晶體的發(fā)展史就能看出現(xiàn)代科技的突破。做為產(chǎn)品中比較關(guān)鍵的一種電子元器件，為了適應(yīng)不同的產(chǎn)品，以及現(xiàn)在越來越高端的產(chǎn)品，石英晶振也在隨著產(chǎn)品的改變而更改。生產(chǎn)一顆石英晶體并沒有我們想的那么簡單，從選購材料開始就比較復(fù)雜。

石英晶體的生長僅涉及從小芯片中溶解石英并使石英在準(zhǔn)備好的種子上生長。這些包括批量過程，需要大約21天才能得到所需尺寸的晶振。每天大約需要一半的時(shí)間將電荷和設(shè)備帶到工作溫度。

采用水熱法，將石英片溶解在氫氧化鈉溶液中。溫度保持在溶液的臨界溫度以上。石英的生長過程由雙區(qū)溫度系統(tǒng)控制，使得較高的溫度存在于溶解區(qū)中而較低的溫度存在于生長區(qū)中。

在實(shí)際的制造過程中，石英碎片或營養(yǎng)物被放置在長立式鋼制高壓釜的底部，該高壓釜專門設(shè)計(jì)用于承受高溫和高壓。沿基面切成的石英晶片懸浮在種子容器的頂部區(qū)域。加入計(jì)算量的去離子水和氫氧化鈉顆粒并密封容器。現(xiàn)在施加外部熱量以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)等溫區(qū)。特殊的絕緣和精心控制的加熱模式對(duì)于獲得適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果非常重要; 原石的小石英碎片被苛性堿溶液溶解。

最重要的是溫度控制，因?yàn)闇囟扔绊憼I養(yǎng)物的溶解速率，石英在種子上的沉積和區(qū)域之間營養(yǎng)物的對(duì)流轉(zhuǎn)移。例如，區(qū)域之間的高溫差導(dǎo)致快速生長，然而，如果溫差太高，將發(fā)生種子斷層。通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建立了約38攝氏度的可行差異。

制造步驟概要:

石英晶振的制造可分為四個(gè)部分：切割， 研磨， 整理和質(zhì)量控制。

A.切割

切割操作是在石英棒上進(jìn)行的第一個(gè)過程。用特殊的切片機(jī)將棒切成尺寸為1.27mm×1.27mm×0.04mm的小方形骰子。切割骰子的角度對(duì)于成品晶體的整體性能非常重要。特殊的X射線單元用于確保相對(duì)于原子平面的適當(dāng)切割角度。

B.研磨

從“母石”切下的石英骰子，稱為“空白”，現(xiàn)在經(jīng)過研磨精密研磨機(jī)。當(dāng)晶體被研磨時(shí)，首先在一臺(tái)機(jī)器上，然后在另一臺(tái)機(jī)器上，實(shí)現(xiàn)在坯料主表面上逐漸更精細(xì)的光潔度。隨著研磨操作減小了坯料的厚度，時(shí)鐘晶體的頻率增加。對(duì)研磨機(jī)的適當(dāng)控制將導(dǎo)致生成具有極其精確頻率的晶體。

C.整理

在將石英坯料研磨至將產(chǎn)生所需頻率的厚度之后，將它們徹底清潔并將金屬電極真空沉積在它們的兩個(gè)主面上。電極拾取存在于晶體表面上的電脈沖并將它們引導(dǎo)至彈簧。反過來，彈簧拾取電脈沖，此外，還有助于將石英晶體諧振器支撐在其安裝基座上。

安裝晶體后進(jìn)行最終頻率調(diào)整。在每個(gè)晶體上真空沉積附加金屬。最后一步是通過將金屬罐焊接到其底部來密封晶體，以保護(hù)易碎的坯料免受濕氣，空氣，處理等的損害。

D.質(zhì)量控制

在過程質(zhì)量控制中，在各個(gè)制造步驟中，確定有利的產(chǎn)量。在完成完成的裝置之前，它們?cè)谫|(zhì)量控制站進(jìn)行徹底測試，在最低-55攝氏度到125攝氏度的溫度范圍內(nèi)，最重要的是注意穩(wěn)定的石英水晶振動(dòng)子頻率。檢查晶體的“活性”，因?yàn)樗砻骶w振動(dòng)的強(qiáng)度，并且進(jìn)行“泄漏測試”以確保晶體與其環(huán)境密封，以防止單元的劣化。

振動(dòng)模式和定向角：

石英是一種具有固有高Q值的壓電材料。它能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能，反之亦然。通過相對(duì)于其軸以各種角度切割新石英，可以獲得具有不同振動(dòng)模式和不同溫度特性的各種坯料。

圖1和圖2示出了Z板貼片石英晶振的取向角，其中對(duì)于最常使用的振動(dòng)模式，晶體單元的第一頻率溫度系數(shù)在正常室溫附近變?yōu)榱恪?/span>

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