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亿金电子专业生产销售晶振晶体,陶瓷谐振器,为了更好的服务广大用户,每天更新新闻动态,免费提供技术资料,让大家第一时间掌握最新资讯.以下是有关村田陶瓷谐振器压电振动模式控制应用研究.

压电振动模式控制及其在无铅压电陶瓷中的应用研究

压电陶瓷广泛用于谐振装置应用,例如信号处理滤波器和谐振器,致动器和发声器应用,其中电信号被转换成机械位移,振动或声音,以及传感器应用,其中机械冲击或应力被转换成电信号.控制在压电体内部传播的弹性振动波的行为对于电信号和机械信号的这种转换是重要的.

压电陶瓷的极化结构和晶粒结构的某些设计使得能够获得以前不可能的独特特征.本文基于陶瓷双层技术的压电陶瓷极化结构设计,提出了一种能量俘获现象(弹性振动集中在电极区域的现象).

Poling结构设计对厚度延伸模式的能量俘获

厚度延伸振动的基本振动模式和奇数次谐波模式与厚度剪切振动的偶数次谐波模式耦合.厚度延伸振动的基波模式(TE1模式)与厚度剪切振动(TS2模式)的二阶谐波模式耦合.因为TE1模式和TS2模式的共振频率彼此接近,所以波数和晶振频率具有这样的关系(色散关系),其中由于材料的弹性特性的不同,它们彼此施加强烈的影响.如果各向同性介质中的泊松比小于1/3,则TE1模式的共振频率将小于TS2模式的共振频率.

具有热稳定特性的压电陶瓷晶振如钛酸铅显示出这种分散关系.图1中的虚线表示形成电极的区域的频率变化.另外,在图1中,纵轴右侧的波数是实数,左侧的波数是虚数.波数的虚数值意味着不传播振动波.看一下TE1模式的电极区域(虚线)和非电极区域(实线)的色散关系,没有电极区域是实数的频率,非电极区域变成虚数的频率数.

村田制作所建立了从原材料到成品的综合生产体系,不断开发和积累基础技术基础,如材料技术,前端工艺技术,产品设计技术,后端工艺技术和分析技术.村田晶振集团还致力于通过与外部合作伙伴积极合作以及开发预测未来的核心技术和产品来创造新的市场和创新.以下所介绍到的是muRata的材料技术以及前端工艺技术介绍.

材料技术

“新的电子设备从新的电子元件开始; 新的电子元件从新材料开始......“基于这个概念,村田制作所创造了具有突出特性的功能陶瓷材料.我们通过开发新材料不断进一步推进我们的技术,使我们的陶瓷谐振器,陶瓷元件具有更好的特性.

晶振晶体几乎应用于现代通信设备中,如收发器,电话,传真,数据传输数字设备,无线电和电视发射机,雷达和声纳设备,以及数据处理设备和时间片,尤其是微处理器的精确时序.对于所有这些应用,利用晶振在某些条件下以极其恒定的频率振荡的固有特性.例如,手表中的石英晶体可以精确地以32.768K（每秒周期）振荡.借助于电子电路,这些振荡在手表的情况下非常精确地控制显示机构.

那么晶振制造最为关键的四个步骤须知是哪些呢？亿金电子下面给大家介绍下晶振晶体制造步骤概要.晶振制造最为关键的四个步骤可分为：切割, 研磨, 整理和 质量控制.

A.切割

切割操作是在石英晶棒上进行的第一个过程.用特殊的切片机将棒切成尺寸为1.27mmx1.27mmx0.04mm的小方形晶棒.切割晶棒的角度对于成品晶体的整体性能非常重要.特殊的X射线单元用于确保相对于原子平面的适当切割角度.

B.研磨

从“母石”切下的石英晶片,称为“空白”,现在经过研磨精密研磨机.当石英晶体被研磨时,首先在一台机器上,然后在另一台机器上,实现在坯料主表面上逐渐更精细的光洁度.由于研磨操作减小了坯料的厚度,晶体的频率增加.对研磨机的适当控制将导致产生具有极其精确频率的晶体.

C.整理

在将石英坯料研磨至将产生所需频率的厚度之后,将它们彻底清洁并将金属电极真空沉积在它们的两个主面上.电极拾取存在于石英晶振晶体表面上的电脉冲并将它们引导至弹簧.反过来,弹簧拾取电脉冲,此外,还有助于将晶体支撑在其安装基座上.

安装晶体后进行最终频率调整.在每个晶体上真空沉积附加金属.最后一步是通过将金属罐焊接到其底部来密封晶体,以保护易碎的坯料免受湿气,空气,处理等的损害.

D.质量控制

在过程质量控制中,在各种制造步骤中,确定有利的晶振产量.在完成的装置之前,它们在质量控制站进行彻底测试,在最低-55摄氏度到125摄氏度的温度范围内,最重要的是注意稳定的晶体频率.检查晶体的“活性”,因为它表明晶体振动的强度,并且进行“泄漏测试”以确保晶体与其环境密封,以防止单元的劣化.

   切削方向,振动模式和频率范围之间的关系

    石英晶体振荡器的等效电路
   晶体单元可以由电感,电容和电阻的串联电路表示,以及电气等效电路,其中电容与其并联连接,如下图所示,靠近其主谐振频率.
   这里,C0是在端子之间添加杂散电容的电极之间的电容,并且通常被称为并联电容.
   L1和C1是作为机电振动系统的石英晶体振荡器的等效常数,并且由切割类型,切割角度,石英片的外部尺寸,电极结构等确定,它可以制造.
   R1表示振动损失,这取决于诸如换能器处理方法,存储方法和几何形状的条件.
   L1称为等效串联电感,C1称为等效串联电容,R1称为等效串联电阻.

   ECS晶振是美国知名晶体元件制造商,一直以来为广大用户创造了大量优异的晶振产品,从陶瓷谐振器到有源晶体振荡器,各种规格的晶振晶体满足市场需求.ECS有源晶振从小体积2016mm~7050mm晶振,频率范围宽广,精度稳定,性能强.

   以上为西迪斯2520有源晶振编码, 不同的型号代表了不同的晶振参数,对应的20MHZ晶振频率,采用小体积2.5x2.0x0.9mm封装,为HCMOS输出方式,具有低电源电压可供1.8V/2.5V/3.3V等多种选择.

    美国ECS晶振成立于至今超过40年,积累了丰富的专业知识,多年的生产经验,为广大用户选择使用ECS Crystal提供了强有力的保障.所生产的石英晶振,贴片晶振均选用符合无铅无害的环保材料,并且获得ISO9001和ISO14001认证.具有高稳定性,高可靠使用特性,获得广大用户一致认可.

Q-Tech的振荡器老化方法导致精密制造方法和在商业领域无与伦比的实质性测试和性能监控.实现Q-Tech晶振依靠设计传统和专业知识,确保我们的设计所需的准确性和精确度在电气工程中加上内部制造.所有Q-Tech晶体振荡器都是在严格的洁净室污染控制下在美国现场制造.后振荡器组装完成后,Q-Tech能够按照MILPRF-38534和MIL-PRF-55310进行几乎所有内部测试,用于B/H级和S/K级.测试变得非常对于振荡器老化特性至关重要的应用非常重要.Q-Tech晶振测试使用单度扫描方法在整个工作温度范围内的所有器件增量. 可以在下面找到测试样本列表：

所有Q-Tech B类振荡器的100％测试：

A组,电气测试：电源电压,输入电流,输出波形,输出电压功率,上升和下降时间,占空比和启动时间（根据需要）

频率-Q-Tech晶振温度稳定性：参考时的初始准确度温度,初始频率-温度精度和频率-温度公差

频率电压容差：输出频率是在何时测量的振荡器电源电压调整到其指定的标称值,直到其最大值/最低价值

过电压不存在：过电压比最大值高20％规定

视觉和机械：验证材料,设计,施工,工艺,物理尺寸和标记,按照MIL-PRF-55310

符合MIL-STD-202的方法208的可焊性测试

B组,老化测试：Q-Tech晶体振荡器在烤箱中通电连续30天,70ºC±3ºC.输出频率在最大72小时的间隔内测量,按照MIL-PRF-55310

在所有Q-Tech B类振荡器类型的基础上进行的测试：

C组

根据MILPRF-55310,MIL-STD-202,方法204的非振动（正弦）振动

按MIL-STD-202,方法213（非操作）进行冲击（指定脉冲）

按MIL-STD-202,方法107进行热冲击

符合MIL-STD-202,方法105的环境压力（运行和非运行）,和MIL-PRF-55310

符合MIL-PRF-55310的存储温度

按照MIL-STD-202,方法210对焊接热量的抵抗力

符合MIL-STD-202的防潮性,方法106

按照MIL-STD-883进行盐雾化,方法1009

符合MIL-STD-202的终端强度,方法211

按照MIL-STD-202,方法215对溶剂的耐受性

品质差异与传承

除了强大的高可靠性方法设计和制造每个Q-Tech晶振,晶体振荡器,强大的质量管理体系是许多潜在风险的重要缓解与商业零件发生的情况.Q-Tech晶振获得AS9100C和ISO9001：2008认证,并遵守过程驱动和配置控制的质量方法的租户.

Q-Tech保持每个人使用的所有组件和材料的完全可追溯性振荡器配备专门的来电检查团队,对所有部件进行监控.操作员,检查员和装配人员接受过全面修订和控制程序的培训记录控制,Q-Tech石英晶振,贴片晶振根据AS9100定期进行监督审核要求.此外,Q-Tech员工专门制定了强大的防伪计划直接从制造商或授权经销商处购买组件.

这个,加上所有批次的来料检验,为客户提供每个部件的保证由Q-Tech生产的石英晶振晶体产品符合与购买的零件相同的严格要求过去或将来,允许Q-Tech晶振集团自豪地提供一个首屈一指的反过时计划振荡器行业.相比之下,COTS振荡器几乎总是建在亚洲,通常是中国,并且每次采购时都可能来自不同的工厂,甚至可能来自不同的工厂内部电气设计.即使从美国购买COTS零件,这通常也是如此公司拥有美国品牌.

现代电路和通信精确计时的本质在过去四年中,环境有助于塑造高可靠性的晶体振荡器市场几十年的Q-Tech晶振生产销售业务.随着程序对可靠性和性能的要求的提高越来越严格,有源晶振和晶体振荡器质量的重要性比今天更重要它曾经是过去.选择COTS部件会将程序集暴露给各种问题可通过Q-Tech提供的高可靠性部件进行预防,为工程师提供了可靠性灵活性,性能和可靠性,以实现最大的结果.

在为现代电子应用选择石英晶体振荡器时,通常会有工程师由于相对较低的单位,热衷于选择便宜的COTS（“商业现货”）零件成本和交货时间,导致性能不佳.选择高可靠性振荡器是最安全的,比如Q-Tech晶振,晶体振荡器,最终是飞行应用的最具成本效益的选择.

Q-Tech晶振,Q-Tech晶体振荡器对于计时和精密应用的电气性能,以及相位噪声和抖动特性,可以显着改变电路的输出.

振荡器的相位噪声和抖动经常导致错误的相位检测.当使用相移键控（PSK）数字调制时,转换（即比特错误）.数字化例如,在使用8相PSK的通信中,最大相位容差为±22.5°,其中±7.5°是典型的允许载波噪声贡献.例如,由于相位偏差的统计性质,如果存在1.5°相位偏差的概率超过±7.5°相位偏差为6X10-7,这可能导致误码率在许多情况下显着应用.因此,有源晶振,晶体振荡器最小化相位噪声和抖动在现代中变得越来越重要

电路应用.对于石英晶体振荡器而言,相位噪声和抖动在很大程度上取决于晶体及其在振荡器内的设计和组装.水晶处理和专业知识,设计并不是普通振荡器所能提供的,而且需要专业的工程和制造,在Q-Tech晶振等高可靠性公司中找到.

这在使用开放式晶体的设计中尤其重要,而不是与封装的相比品种.Q-Tech晶振制造工艺拥有超过40年的产出历史用于最苛刻的应用,从高温井下到深空飞行.同样的制造和水晶设计团队负责监督Q-Tech的所有水晶操作,无论最终用途如何.

即便如此,设计工程也起着重要作用,因为冲击和振动可以产生,即使在“低噪声”晶体振荡器中也存在较大的相位偏差.而且,当一个频率振荡器乘以N,相位偏差也乘以N.例如,相位偏差为10-3,10MHz时的弧度在10GHz时变为1弧度.这种大相位偏移可以对系统的性能是灾难性的,例如那些依赖于锁相环的系统（PLL）或相移键控（PSK）.低噪声,加速度不敏感的振荡器是必不可少的这样的应用.Q-Tech晶振根据封装使用各种晶体安装选项

和每个振荡器的应用：

-TO/w/3镍夹具焊接

-支柱上带3点式安装的DIP封装（用于QT1-QT3系列）

-扁平包装和DIP包装,带有3或4点郁金香夹子安装（30年以上太空遗产）

-带4点桥接安装的SMD封装贴片晶振

-带4点“相框”安装座的LCC

-5x7mm陶瓷封装,带有2或4点LedgeMount,安装在陶瓷架上

-包装Q-Tech晶振4点式安装选项

值得注意的是,对于高冲击应用,Q-Tech晶振的4-pt安装选项已得到证实,远远优于商用振荡器提供的任何其他安装,特别是小型5x7mm封装贴片晶振,大多数现货晶振产品使用简单的2点安装.

Q-Tech晶体振荡器是苛刻环境的安全选择,因为它们是为这些环境设计,构造和测试,目的是制造100％可靠的产品适用于故障昂贵或危及生命的情况.石英晶体振荡器是设计用于-55°C至+125°C的工作温度,从石英晶振元件开始包括电路.从石英棒切割晶体的角度进行了优化,确切的温度范围.虽然COTS时钟可以在-55°C下工作,但是如果它们打开的话在室温下随后冷却至-55℃,已知它们存在问题在-55°C或其他低温下开启时启动（冷启动问题）.Q-Tech的晶体振荡器不易受冷启动问题的影响.

商用振荡器的驱动电平依赖性也可能成为高可靠性应用的问题.Q-Tech晶振通过定制配对晶体来缓解这一潜在问题设计IC的每个设计的参数,也防止冷启动问题前面提到的.

活动下降是晶体电阻的相对突然增加（扰动）,石英晶体系列电阻随温度变化.一般来说,活动下降是由一个人引起的石英晶振晶体中的干涉振动模式（耦合模式）.这些模式从中汲取能量主要模式.因此,一旦耦合模式的频率与主模式的频率一致,耦合模式就会急剧增加主模式的电阻.这些干扰模式实际上是低频弯曲的高泛音（高达第50泛音）模式.由于非常陡峭的温度系数约为-20ppm/°C,它们只与之一致主模式频率适用于相当窄的温度范围.然而,如果没有设计出来,耦合模式将导致活动下降.这些是通常温度相当窄（大约5到30°C宽）,对于给定的设计,活动下降将倾向于大约相同的温度范围.因为耦合模式是基于石英的,所以导致任何活动下降随时间和温度变得非常可重复.请参阅下面的示例.

耦合模式的影响程度可以从轻微到灾难到间歇性,取决于干扰模式的强度和应用的敏感程度是Q-Tech晶体振荡器输出电平的变化（频率偏移约为2到20ppm）.活动下降可以导致无数系统问题,甚至可能失去锁相.活动下降的另一个原因是粘附在晶振晶体有效区域上或附近的粒子.这种类型的活动下降可以改变随着时间,温度和时间.这些都会受到粒子成为影响脱离晶体表面或移动到另一个位置.这种立场改变可以因此有可能导致下降趋于好转,恶化或暂时消失重新浮出水面.在Q-Tech晶振,我们有能力设计潜在的活动下降和在我们的温度测试程序中筛选它们作为高可靠性设计方法的一部分和建设.下一篇文章中我们将介绍Q-Tech晶体振荡器的制造和筛选,欢迎关注亿金电子晶振技术资料.

EPSON CRYSTAL自成立以来,不仅为各行各业用户提供广泛的产品,并且提供了大量的技术解决方案以及晶振资料.爱普生的所有产品都经过严格的电气和机械测试,以确保可靠性.使用我们的产品时,您应采取以下预防措施.

吸湿性和可靠性

爱普生晶振封装的标准存储条件和存储周期

塑料包装中使用的树脂即使在室内条件下储存也会随时间吸收水分.在爱普生贴片晶振封装完成具有大量吸湿性的回流焊接的情况下,树脂可能在树脂和引线框架之间发生裂缝或分层.因此,在回流焊接之前应保持一定的储存条件.

日本爱普生晶振晶体封装的标准存储条件和存储周期

打开袋子（密封防潮袋）前允许的储存时间：30℃,85％RH或更低的12个月.如果要多次进行回流,则应在相应的包级别指定的存储期内执行.（回流最多可进行两次）如果超过打开袋子后的存放时间或未知,请在重新烘烤后进行安装.

包装烘烤条件：超过推荐的储存条件的晶振封装应在回流焊接之前进行烘烤.这种烘烤过程可以防止树脂在焊接过程中破裂.同时,在下列条件下烘烤最多可进行2次.

IC封装的标准烘烤条件：烘烤温度:125±5℃.烘烤时间:20小时或更长时间和36小时或更短时间.

焊接注意事项：当在整个封装被加热的方法（例如红外回流和空气回流）下焊接表面安装器件时,请遵守以下条件.这种焊接最多只能进行2次.同时,要特别注意爱普生石英晶振储存条件,因为吸收水分的塑料包装容易引起质量问题,例如裂缝.

红外回流焊和空气回流焊

我们建议在最低温度下在最短的时间内进行爱普生晶振的焊接工作,以减少对封装的热应力.焊接型材的设置应通过确认焊接状态和焊接后的可靠性进行优化来进行.（以下允许的温度条件可能不适用于我们的某些产品.）

手工焊接

使用烙铁手工焊接应在以下条件下进行.烙铁的最高温度：350°C（每个引脚5秒内）注意不要让烙铁接触除引线之外的任何部件,例如封装体.流焊:如需流动焊接,请联系亿金电子爱普生晶振代理商获取相关技术支持.

处理和操作注意事项

1、储存情况

注意不要让包装受到冲击,振动或漏水.

在温度快速变化可能导致湿气凝结的情况下,请勿存放和使用本产品.另外,不要在产品上加载.

存放爱普生晶振,石英晶体振荡器时,请避开多尘的地方或有腐蚀性气体的场所.

经过长时间的存放后,请在使用前检查针脚是否脱色,可焊性不会降低等.

使用前检查防潮袋是否有撕裂或磨损.打开袋子时,检查袋子里的硅胶是否没有吸收水分.

打开防潮袋,焊接方法和焊接温度后的储存条件必须符合爱普生为各自产品规定的要求.

2、使用条件环境

使用环境注意事项在适当的温度和湿度下使用晶振.湿度必须为85％或更低（以防止结露）.在晶振直接暴露于灰尘,盐或酸性气体（如SO2）的环境中,可能会导致引线之间漏电或腐蚀.为了防止这些问题,在印刷电路板和晶振上涂防腐蚀涂层.

防止过度的物理应力和快速的温度变化不要让晶振受到过度的机械振动,重复的冲击应力或温度的快速变化.这些会导致塑料封装树脂破裂和/或键合线断裂.

3、设计时要注意的注意事项

在额定范围内：使用IC不得超过工作电压,温度,输入/输出电压和电流的额定范围.设备有时可以在短时间内正常工作,即使使用超出额定范围,但其故障率可能会增加.即使在额定条件下,故障率也会根据嵌入式系统的工作温度和电压而变化.在设计系统时必须充分考虑这一点.

输入/输出控制引脚的处理：当输入或输出端子发出诸如火花和静电等噪声时,晶振可能会发生故障.在产品设计中要充分注意.电磁干扰会导致爱普生晶振运行不稳定.屏蔽使用晶振的设备中的所有干扰源.

闩锁现象：电源或输入/输出引脚发生过大的电噪声会导致IC闩锁,导致设备故障或损坏.如果发生这种情况,请关闭电源,隔离问题,然后再次供电.

防止静电放电（ESD）：尽管所有引脚都配有防静电电路,但超出容量的静电可能会导致损坏.处理石英贴片晶振时采取适当的对策.

避免使用包装和运输塑料容器.使用导电容器.此外,在处理IC时,必须特别注意佩戴防静电腕带或采取其他可能的措施.

使用烙铁和测试电路,没有高压漏电接地.

4、遮光预防措施：将半导体器件暴露在光线下可能会导致漏功能,因为光会影响器件的特性.为了防止爱普生晶振失效,请考虑以下关于晶振封装的基板和产品的要点.

①在产品设计和装配时,请考虑产品结构,以便IC在实际使用中加阴影.②在测试过程中,请为被测设备提供阴影环境.③请考虑IC芯片的表面,背面和侧面,因为IC应该完全遮蔽.