TXC石英晶体的老化频率漂移机理研究

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老化作为长期稳定性是石英晶体谐振器,应力和废气的最重要特征之一作出重大贡献.TXC晶振研究了不同安装类型条件下的老化频率漂移机制和分析老化温度.结果表明,在两个℃点和两个点的温度下,85的老化频率漂移四点式石英芯片类似;然而,在150℃老化的两点安装下的稳定性能谐振器比四点安装谐振器要好得多.主要原因是两点安装的老化曲线谐振器是一个集成的老化曲线,因为排气和应力的影响很好地平衡,这是由IVA支持的测试.

一、介绍

随着石英晶体谐振器的广泛应用（XTAL谐振器）在移动电话和汽车和甚至伴随着尺寸小型化,长期石英晶体谐振器的频率稳定性是被确定为最重要的特征,具有已经研究了几十年.老化通常定义为频率漂移的时间函数,可以是受到许多因素的影响,如压力,排出气体从包装和导电胶,污染,石英缺陷.特别是应力消除和污染被认为是最重要的,被分析由Gehrke和Klawitter[1].对于石英晶体谐振器,2ppm在25℃的商业应用和每年25℃至5ppm通常使用汽车25℃每年3ppm对于规格.因此许多相关主题是例如,研究了几何变化的影响老化的安装点[2]和实验结果AT切割谐振器的老化.其中,三个典型的老化类型在J.R.Vig和T.R.的研究中提出.米克尔[3]：由压力主导的积极老龄化,负质量老化主要受质量负荷效应的影响由压力和质量决定的集成老化加载效果.如今,压力不可能是直接的使用有效的方法或设备检测,但通过内部蒸汽分析（IVA,可以测量）废气测试）可以帮助确保排气如何影响老化.

图1显示了TXC 3.2mm×2.5mm Seam型SMD晶振在150℃时的频率漂移趋势有四个常见的安装点,这些偏差500小时后接近4ppm.

图1.150℃时的常见频率漂移趋势

通常可以看到如上所述的负面老化,即频率不断下降,其原因是通常认为是导电胶的外气.从理论上讲,晶振频率在正面时会保持稳定应力的影响等于外气的负面影响换句话说,正面效应会在弱化时显露出来质量负载效应使频率漂移压力占主导地位.在本文中,老化频率漂移不同安装类型的机制将研究老化温度.

二、实验和结果

1.实验在我们的研究中,TXC晶振 3225封装晶体谐振器频率为基频的谐振器AT-cut 40MHz用于实验,其中有机硅为基础导电胶相对较软（tanδ~0.2）此外,还使用了正常的生产工艺导电胶的安装位置如下图2至图4的图示和安装直径全部控制在250μm.吸气树脂是超级的在实验中加入吸收废气然后减少质量加载效果,其功能是不可逆转的吸湿剂吸收CO2和H2O.设置上述材料和参数可以客观地进行反映不同安装类型的老化行为.

为了证明什么是石英晶振频率漂移机制,使用两种安装类型和两种温度老化测试,频率偏差和频率漂移测量两种安装类型的趋势并分析.实验条件列于表1中.共有6个实验,每个实验30个样本测量实验.将使用平均数据获得频率漂移趋势.

表1.实验条件

图2,图3和图4显示了样本的照片,包括正面视图和侧视图.获得正面视图通过光学显微镜和侧视图捕获丹东奥龙X射线仪.很明显图2（a）和图3（a）几乎相同,因为吸气剂是刚好安装在如图2（b）所示的空白处从正面看不到.

本文研究了不同实验的效果将对老化条件进行比较和分析,并且使用ORS伴随IVA测试结果（ONEIDARESEARCHSERVICES,INC.）工具.

2.老龄化结果通过对比实验,结果表明在三种安装类型下,频率漂移相似在85℃,如图5所示,其频率500小时后的偏差在2ppm以内.图6表明频率偏差与不同的安装150℃的类型不同,其中频率不同500小时后与四个安装点的偏差达到近5ppm,频率偏差为2安装点仍在2ppm以内.特别是添加吸气剂在85℃和150℃的频移老化与两个安装点没有区别.

图5.85℃时的老化频率漂移趋势

图6.150℃时的老化频率漂移趋势

在本文中,考虑了应力和排气在石英晶体中存在并影响老化稳定性谐振器.从85老化的结果来看,它可以是℃推断出少量的气体从不同的地方逃逸出来安装类型,以便没有明显的差异因此,质量负荷效应,频率稳定性类似.当温度升至150℃时,更多的是排气从四个安装点逃逸会造成严重影响,因此,频率漂移容易产生负面老化.相比之下,晶振晶体谐振器有两个安装点通过获得减少质量负荷效应摆脱空白处的粘合剂并使压力'积极作用在衰老中发挥主导作用,使其成为现实频率相对稳定,老化曲线趋于集成老化.为什么添加老化行为吸气剂的作用类似于两个安装点可以推断出IVA测试结果.

3.IVA结果IVA测试是一种材料放气特性分析方法,广泛用于密封装置,它测量的相对体积浓度挥发性有机物和其他蒸气状态的物质.IVA测试只能提供内容相对量比率及其准确度为ppm级.进一步,假设3225晶振具有相同的功能密封容积并在真空环境中焊接,那么相对的体积比可以转化为用于分析质量负荷效应的相对质量比.事实上,贴片晶振晶体谐振器中使用的各种材料谐振器可以脱气,也可能影响长期频率稳定性,例如,N2,H2,H2O和CO2可以从陶瓷包装,金属盖和导电胶.在本文中,IVA的内容是假设由导电粘合剂贡献,因为它具有巨大的成分部分是有机树脂.表2显示IVA测试的样本状态.

表3显示了老化85的IVA结果,其中℃可以推断,二氧化碳更重要质量负荷效应比H2高.而且可以看出有二氧化碳相对质量比差异不大两个和四个安装点,这可能是原因为什么85℃的老化稳定性几乎相同两个和四个安装点.

表4显示了老化的IVA结果150.它显示℃两个安装点的CO2相对质量比为大于四,这与衰老相反性能在150,因此,它可以推断为℃压力比排气更重要.

表2.3.4图片

表5显示了两个安装点的IVA结果用吸气剂.经典的产甲烷作用（CO2+4H2=>CH4+2H2O,必须在添加吸气剂时会发生泄漏O2或燃烧的气氛.并且它可以证明吸气剂确实具有吸收二氧化碳的功能.用于添加吸气剂类型,N2,H2O和CH4成为主要的质量加载源,但那些分子量远低于CO2,这就是老化的原因吸气剂在85℃和85℃下两个安装点的行为150℃非常接近两种安装类型属于压力控制.

表5.带有吸气剂的两个安装点的IVA结果

三、结论

在本文中,我们研究了石英贴片晶振频率漂移行为在不同的安装设计下.与...相比四个安装点,频率漂移趋势两个安装点接近于集成老化.该两个安装点的IVA结果显示最大的排气在150℃老化中逃逸,形成负面影响质量负荷,但两个安装点有很强的应力因此,控制正效应大于质量负荷,高频稳定性可控制在2ppm以下150℃后老化.Contr℃四个安装点因为二氧化碳主导了质量负荷的负面影响因此,压力大于压力的正面影响频率漂移频率在连续下降时老化开始.

本文中,TXC 3255石英晶体谐振器通过两个安装点应力控制,其在85℃时的老化能力是与四个安装点相同并且广泛满足商业应用,进一步可达到150℃汽车应用甚至不需要添加吸气剂以节省材料成本.

[1]J.R.Gehrke和R.Klawitter,实验结果在AT中,AT切割谐振器的老化42日安.频率.对照.Symp.,1988,pp.412-418.

[2]AndiAsiz,WeipingZhang和YunpingXi,分析压电晶体的老化[J],IEEE上的交易超声波,铁电体和频率控制,vol.50,2003：1647?1655.

[3]J.R.Vig和T.R.Meeker,体声学的老化波谐振器,滤波器和振荡器[J],Proc.45thAnnu.频率.对照.Symp.,1991,pp.77-101.