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1、石英晶体根底学问石英，学名二氧化硅。是自然界分布最广的物质之一。它有五种变体石英, 石英, 磷石英, 方石英, 溶炼石英，其中只有石英才具有压电效应， 当施加压力在晶片外表时 , 它就会产生电气电位 , 相对的当一电位加在芯片外表时 , 它就会产生变形或振动现象 , 驾驭这种振动现象 , 限制其发生频率的快慢 , 以及精确程度 , 就是水晶震荡器的设计与应用。 石英晶体的性质 石英晶体的化学性质极为稳定，常温下不溶于盐酸, 硝酸, 硫酸等水和酸，只溶于氢氟酸。在加热时石英晶体能溶于碱溶液，这个特点成为人造水晶的根底。因此现在一般采纳氟化氢氨对石英晶体进展腐蚀。 石英晶体的构造 石英晶体的志向外
2、型见图 1-1 ，从图中可以看出，石英晶体存在左旋与右旋之分，左, 右旋晶体为镜像对称。石英晶体的志向外型总共有三十个晶面，共分五组，每组六个，即：六个 M 面柱面，六个 R 面大棱面，六个 r 小棱面，六个 S 面和六个 X 面，这些晶面间的夹角见表 1-1 。 事实上志向的外型是很难见到的，尤其是人工培育的水晶，由于籽晶的切割方位及外型不同使我们看到的形态与上图大不一样，甚至面目全非，各种结晶面不易识别。 石英晶体的缺陷 水晶常见的缺陷有：双晶, 包袱体, 裂隙, 炸裂, 贝裂等石英晶体谐振器工作原理假如把交变电压施加于石英晶片两个电极之间，当交变电压的频率与石英晶片固有振动频率一样时，通
3、过逆压电效应，晶片便产朝气械振动。同时又通过正压电效应而输出电信号。一般石英晶体谐振器的频率范围可以从数百赫兹到几百兆赫兹。石英晶体谐振器的特性 等效电路 如图 1-2 ： 工作原理：晶体振荡器电路有反应型和负阻性两种，通常用反应型振荡电路，其工作原理如图 1-3 ： 主要技术要求 主要内容包括：工作频率, 输出电平和输出阻抗, 频率精确度, 频率稳定度, 老化率, 频率微调范围, 压控特性, 开机特性, 功率消耗。 电气特性1 谐振特性 通过晶片的电流 I 随外加讯号频率 f 而变更，当 时，电流有最大值 ，这时谐振器阻抗最小。当 时，电流最小值为 ，这时谐振器阻抗最大。当谐振器机械损耗很小
4、时， , 与谐振 及反谐振频率 近似相等。 一般石英谐振器 和 可近似地看做谐振频率和反谐振频率。在谐振频率旁边，石英晶体谐振器和由 组成的串联电路的谐振特性是完全一样的。图 1-4 石英谐振器的谐振特性2 频率温度特性 石英晶体谐振器和频率随温度变更的关系称做频率温度特性。图 1-5 是厚度曲变 型切割频率温度特性曲线 , 从其切割角度之参数曲线图可看出 , 切割频率温度特性曲线 , 类似于一元三次方程式的曲线 , 显示在特定的温度范围内 , 有很好的频率稳定特性 . 是目前水晶振荡器最常运用的切割型式3 老化特性 1 石英晶体谐振器在运用, 贮存过程中频率随时间变更的现象称为 老化 。老化
5、特性干脆影响晶体振荡器的频率稳定度。 2 老化缘由：由于应力的复原, 质量吸附或这两者结合而形成的。 石英晶体谐振器的应用 随着二十世纪电子产业的蓬勃开展 , 石英晶体谐振器的应用范围越来越广，消费性产品：如数字电视 , 游乐器 , 数码相机 , 手表等。 信息产品： 如个人计算机 , 及其外围设备 , 手提电脑 , 及硬盘等。 通讯产品：如移动 , 无线电 , 及呼叫器等 . 网络产品： 如调制解调器 , 产品 , 甚至蓝芽套件等。 都是必需运用石英水晶振荡器来组成时序电路。 尤其最近各种电子产品的体积越做越小 , 石英晶体振荡器也必需小型化 , 故外表黏着式 石英晶体振荡器应运而生 , 除
6、了到达小型化的目的外 , 因信号源头传导路径的缩短 , 相对的在系统设计时 , 增加了振荡器的触发实力 , 也降低电磁干扰的问题。 一, 关于3压电陶瓷3陶瓷最突出的特点是大，值大，小，温度系数好，居里温度高。因此，该材料在高频，高温领域有广泛的应用价值，也是各国科研人员争相开发, 研制的热门材料之一，此材料的将来开展，大有盼望。钛酸铅陶瓷，事实上是在锆钛酸铅陶瓷广泛运用后才开展起来的，与3陶瓷一样，3陶瓷在室温时，2+, 4+和O2的离子都要发生偏离原型构造立方构造的平衡位置的位移，由于晶胞内正负荷中心不重合，晶体在C轴方向产生自发极化，3单晶在室温下，自发极化强度为75102库仓/米2。由
7、于纯3陶瓷在生产工艺上很难烧结，冷却到居里温度时，会破裂成粉末。因此，生产过程中，必需对其掺杂改性，才能烧结成致密性好的陶瓷。一般添加物在3陶瓷中的改性，大致分三种形式。1, 用和等二价离子取代离子，其特点是使居里温度下降，减小自发应变，使陶瓷致密。2, 用, , 和等离子取代空位，其特点是稳定3陶瓷，防止开裂，简单极化。3, 用, , , , , , , , 和等元素的离子 代离子，补偿取代后的特点是压电性能大为改善，组成性能类似于锆钛酸铅陶瓷。一般采纳三者结合掺杂，使3陶瓷到达志向的品位。 二, 如何推断3压电陶瓷的好坏压电陶瓷的根本参数有：介电常数, 弹性常数, 压电常数和机电偶合系数，
8、还有介质损耗, 机械品质因子, 频率常数, 居里温度, 质量密度, 老化性能和温度性能等。 下面介绍几种根本参数：1, 频率常数压电陶瓷振子的谐振频率与沿振子振动方向的长度的乘积为一个常数，称为频率常数，单位为千赫米。压电陶瓷振子的频率常数与材料的性质有关，与振子的外形尺寸大小无关。2, 介质损耗介质在交变电场的作用下，由发热而导致的能量损耗。称之为介质损耗。介质损耗由极化损耗, 漏电损耗, 介质不匀称损耗等组成。介质损耗用损耗角的正切值表示, 符号为，其倒数称为电学品质因子。和都是无量纲的数值，一般介质损耗大的材料其性能也比拟差。3, 机械品质因子机械品质因子用表示，它代表压电陶瓷谐振时，因
9、克制内摩擦而消耗的能量，它是衡量材料性能的一个重要参数：式中：为静态电容，C1为动态电容，R为动态电阻，f为振子的反谐振频率与谐振频率之差。 三, 压电陶瓷谐振器工艺流程1, 振子部份基片抽样确定厚度粗磨细磨厚度检测气动测微仪超声清洗烘干印刷脚电极银层烘干烧银目测检验超声清洗烘干真空镀膜目测检验极化清洗烘干带宽分选印刷油墨烘干放大检验酸处理清洗油墨清洗烘干检测切割清洗烘干检测分档验收入库2, 器件生产部份频率抽检涂助焊剂焊锡清洗检验点蜡检验酚醛包封自然枯燥排蜡固化打印烘干剪脚检测分选检验包装验收入库 四, 钛酸铅陶瓷片的极化不同类型的材料，因其矫顽场强，饱和场强，居里温度，电阻温度关系等都有较
10、大的差异，因而极化条件也就不同。极化条件对发挥压电陶瓷潜在的机电效应有着确定作用。极化前进展热去极化，以及极化的不同冷却方式，对极化效果也有着很大的影响。极化条件一般指：极化温度，极化时间，极化电压等。 下面讲解并描述三次谐波钛酸铅陶瓷的极化条件1, 极化温度因为温度高时样品中的电偶极子比拟简单活动，在电场作用下，比拟简单定向排列，所以极化就比拟完全，一般采纳硅油或变压器油作为媒介物，对它的要求要有良好的绝缘性能。不过，温度太高，样品的绝缘电阻变小而简单被击穿，所以温度也不是越高越好。依据江阴市华清方正电子其子公司多年的生产经验，油温一般限制在115120为宜。2, 极化电压极化电压事实上是指
11、在瓷片极化方向单位长度上的电压，也就是极化场强，极化电压越高，促使电畴沿电场方向排列的作用就越大。一般地讲，当外界电场超过压电体的矫顽场强时，压电体的大部份电畴根本完成定向排列，不过须要维持较长的时间，但还不行能充分挖掘其压电性能。为使其充分完成电畴的定向排列，将电压提高到饱和场强当然是最有效的，不过很简单引起陶瓷片的击穿，依据经验说明：江阴市华清方正电子的基片，最好限制在500060003, 极化时间极化时间长一点，对电畴的定向排列，确定是有效的，但太长了电性能也改善不了多少，且生产周期的延长，还会影响正常生产。依据材料本身的绝缘电阻, 致密性，匀称性等一般状况下，保持1015分钟就可以了。 极化操作考前须知1, 真空镀膜后的陶瓷片先要磨边，或油墨印刷及酸洗法，使陶瓷片有确定的留边量，防止极化时产生飞弧，同时常常过滤硅油或定期更换。2, 极化槽内的油温到达设定温度后，再行操作，以保持产品极化的一样性。3, 产品夹在电极中间时，应夹紧夹牢，夹具浸入油槽时，速度要慢，防止陶瓷片因温度突变，发生炸裂。4, 接通高压前，应低压预极化1分钟以上，然后渐渐将电压调到设定值，防止突然加压，使陶瓷片击穿，炸裂等。5, 每天洗除极化台上的杂质，定期检查触发开关，防止带电操作，保障人生平安。