如何产生频率容差仅为+/-10ppm的石英晶体?

高频低功耗晶振晶体的使用需求量在不断增加,特别是对于物联网行业的无线应用.我们越来越多地发现设备彼此通信并通过无线电交换数据,例如通过蓝牙,ZigBee或ISM.所有这些无线电标准都使用三位数兆赫兹或千兆赫兹范围内的频段.为了产生这些RF频率,器件需要非常精确的参考石英晶振晶体,其频率范围从大约20到52兆赫兹.

无线应用对于晶振的要求不仅超薄小并且具备高精度.具有如此高谐振频率的石英晶体必须是超薄的.石英越厚,其频率越低,不太适合无线应用.

需要一系列生产步骤来生产足够薄的石英晶片.原始晶体块逐渐分成更小的单元.最小的单元最终是“空白”,锯切,研磨,蚀刻和抛光,以产生正确的厚度和特别光滑的表面.例如,为了制造共振频率为40MHZ的石英坯料,石英晶片的厚度必须仅为41.5微米.

由于其标称频率为40MHZ,这种石英晶片已经非常适合用于无线应用;但事情并非那么简单.除了相当高的标称频率外,还需要ppm范围内的最小误差容限（ppm =百万分率）.这种高精度是必要的,因为各个通道的射频彼此非常接近,特别是在高频范围内.如果要避免不同射频的重叠,必须确保基础参考频率的最低频率容差.

这对晶体生产提出了挑战,可以使用40MHZ晶振的例子来说明.如上所述,石英片理想地具有恰好41.5微米的标称厚度.目标误差容限仅为+/- 10 ppm,实际值可能偏离该理想值最多+/- 0.415纳米.这不到百万分之一毫米.

仅通过机械生产步骤不能实现亚纳米范围内的这种精度.石英贴片晶振制造商通过根据生产工厂的特性从一开始就生产出极薄,极小尺寸的晶体来解决这个问题.然后对晶体进行微调以达到所需的标称频率.

微调：蒸发后或离子轰击石英晶振晶体生产中的最后一个加工步骤是在石英片的两侧上施加电极.该电极对于电激励坯料的振动是必要的.同时,该电极也是以下两种微调石英的过程的起点.

1）后蒸发/溅射：

为了能够使用后蒸发工艺-也称为“溅射”-石英盘制造得稍微过薄,因此即使在施加电极之后,共振频率也是极低的.为了纠正这一点,石英电极用银蒸发.以这种方式,施加超薄的银层,这增加了石英晶体,Jauch石英晶振的质量并降低了其频率.在此过程中,连续测量石英盘的频率.如果达到所需的标称频率,则立即停止后蒸发.

2）离子轰击调整

石英盘产生的稍微过厚的先决条件意味着即使在施加电极之后,共振频率仍然略低.在这种情况下,通过用足够高能量的离子进行靶向轰击来减少电极的质量.通过减小质量,频率不断增加.与溅射一样,在整个过程中监控频率.一旦达到所需的标称频率,该过程就结束.

Jauch Crystals适用于所有无线应用

由于这两种微调工艺,可以为各种无线应用制造超薄和高精度石英晶体,有源晶体振荡器.Jauch JXS21和JXS22型号也以这种方式生产.这些晶体的频率范围为16至52MHZ,容错率仅为+/- 10 ppm,具有极高的频率稳定性,专为无线设备而设计.