激光束入射到晶振材料表面,在材料表面會(huì)發(fā)生反射、散射、吸收等,要進(jìn)行激光輻射的熱效應(yīng)理論計(jì)算,首先要知道有多少輻射能量被石英晶振材料吸收。對(duì)于透明或半透明的材料,需要測(cè)量材料的反射率和透射率,而對(duì)于不透明材料,只需要測(cè)量其反射率就足夠了。

從微觀來看,激光對(duì)石英晶振的作用是高頻電磁波對(duì)物質(zhì)中自由電子或束縛電子的作用,晶振對(duì)激光的吸收與物質(zhì)結(jié)構(gòu)和電子能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)。金屬中存在大量的自由電子,在激光作用下這些自由電子受到光頻電磁波的強(qiáng)迫振動(dòng)而產(chǎn)生次波這些次波形成了強(qiáng)烈的反射波和較弱的透射波,透射部分將被電子通過軔致輻射過程而吸收,繼而轉(zhuǎn)化為電子的平均動(dòng)能,再通過電子與晶格之間的馳豫過程轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?/span>

非金屬與金屬不同,它對(duì)激光的反射比較低,對(duì)應(yīng)的吸收比較高。石英貼片晶振電介質(zhì)對(duì)激光吸收與束縛電子的極化,單光子或多光子吸收,以及多種機(jī)制的非線性光學(xué)效應(yīng)有關(guān)。透明電介質(zhì)表面或石英晶振體內(nèi)的雜質(zhì)和缺陷往往強(qiáng)烈吸收激光,成為破壞的根源。半導(dǎo)體對(duì)激光的吸收有多種機(jī)制,以本征吸收最為重要,產(chǎn)生的電子一空穴對(duì)很快通過無輻射躍遷復(fù)合,將吸收的光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。等離子體是特殊條件下存在的電離氣體,蒸氣等離子體對(duì)激光有很強(qiáng)的吸收作用。

石英晶體諧振器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件,其基本結(jié)構(gòu)為:從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡(jiǎn)稱為晶片,它可以是正方形、矩形或圓形等),在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極,在每個(gè)電極上各焊根引線接到管腳上,再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體振蕩器,簡(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。圖2.1是石英晶振結(jié)構(gòu)圖。圖22是一種金屬外殼封裝的石英晶體結(jié)構(gòu)示意圖。

石英晶振晶體的壓電效應(yīng)

若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng),晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之,若在晶振晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力,則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng),這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓,晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),同時(shí)石英晶振晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況下,晶振晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小,但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí),振幅明顯加大,比其他頻率下的振幅大得多,這種現(xiàn)象稱為壓電諧振,它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方向、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。

石英晶振晶體的符號(hào)和等效電路

石英晶體諧振器的符號(hào)和等效電路如圖23所示。當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí),可把它看成一個(gè)平板電容器稱為靜電電容C,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān),一般約幾個(gè)pF到幾十pF。當(dāng)石英晶體諧振時(shí),機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十mH到幾百mH.晶振晶片的彈性可用電容C來等效,C的很小,一般只有0.0002~0.lpF。

晶振晶片振動(dòng)時(shí)因摩擦而造成的損耗用R來等效, 它的數(shù)值約為100g。由于晶片的等效電感很大,而C很小,R也小,因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大,可達(dá)1000~10000。加上晶振晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方向、幾何形狀、尺寸有關(guān),而且可以做得精確,因此利用石英晶體諧振器組成的諧振電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。

從石英晶體諧振器的等效電路可知,它有兩個(gè)諧振頻率,即(1)當(dāng)L、C R支路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí),石英晶體諧振器的等效阻抗最小(等于R)。串聯(lián)揩振頻率用fs表示,石英晶體對(duì)于串聯(lián)揩振頻率fs呈純阻性;(2)當(dāng)頻率高于fs時(shí),L、C、R支路呈感性,可與電容C0發(fā)生并聯(lián)諧振,其并聯(lián)頻率用fd表示。工程技術(shù)中石英諧振器就工作在fs到fd范圍內(nèi)或這兩個(gè)頻率的奇次諧頻上。

根據(jù)石英晶振的等效電路,可定性畫出它的電抗一頻率特性曲線如圖2.3所示。可見當(dāng)頻率低于串聯(lián)諧振頻率fs或者頻率高于并聯(lián)揩振頻率fd時(shí),石英晶體呈容性。僅在fs極窄的范圍內(nèi),石英晶體呈感性。石英晶體表面附著電極層后的膜系結(jié)構(gòu)示意圖如圖24所示。

Sauerbrey方程用于描述石英晶體諧振頻率與晶體表面附著物質(zhì)(此處為上、下兩面的銀電極層)之間的變化關(guān)系,該方程如下:

其中f0為石英晶振原始諧振頻率(單位為Hz),△f為晶振的頻率變化量(單位為Hz),△m為晶體變化的質(zhì)量(單位為gcm-2),A是晶體有效面積(即電極面積,單位為cm2),pμ是石英晶體的密度,μφ為晶體剪切彈性模量。

對(duì)于指定晶振晶片,fo、A、pμ、qμ均為常數(shù),因而, △f與△m的絕對(duì)值成正比,負(fù)號(hào)表示表面銀電極層質(zhì)量的增加,會(huì)引起石英晶振諧振頻率的減少;而表面銀電極層質(zhì)量的減少,會(huì)引起石英晶振諧振頻率的增加。即:增加銀層質(zhì)量和減少銀層質(zhì)量?jī)煞N方法都可以改變石英晶振的諧振頻率。

可見,附加的銀電極層會(huì)對(duì)石英晶振器的諧振頻率產(chǎn)生影響。因而工業(yè)生產(chǎn)中,一般先制作出與目標(biāo)頻率接近的石英晶片并附加表面電極,再通過改變表面電極厚度方法,來微調(diào)晶振頻率以達(dá)到目標(biāo)頻率。

晶振是為電路提供基準(zhǔn)頻率信號(hào)源的一種頻率元件,在前面的文章中億金電子有提到過關(guān)于石英晶振晶片的選擇,晶振刻蝕的影響,晶振片的生產(chǎn)材料等信息,那么下面要給大家說的是利用石英晶振作為微力傳感器的分析講解.

在非接觸測(cè)量模式中,微懸臂是要靠壓電驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行AC驅(qū)動(dòng)來做小幅的振動(dòng),隨著其進(jìn)一步的發(fā)展,人們把目光開始轉(zhuǎn)向壓電材料,當(dāng)石英等材料受到應(yīng)變時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷,而當(dāng)在這些材料上施加電場(chǎng)時(shí),其幾何尺寸就會(huì)發(fā)生變化,這種現(xiàn)象被稱為壓電效應(yīng)I18。1990年IBM公司GrutterP等提出了可以將微懸臂粘附在雙晶片之間以產(chǎn)生穩(wěn)定性很好的高頻振蕩信號(hào),從而對(duì)由于力梯度的作用下懸臂的形變信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制,通過解調(diào)就可以獲得表面形貌,研究顯示了在固定帶寬的情況下,靈敏度可提高2倍以上。

1991年TR.Albrech等采用在片層壓電材料表面刻蝕出針尖來取代傳統(tǒng)的用si材料做成的微懸臂201。由于壓電材料能將機(jī)械振動(dòng)特性的變化直接轉(zhuǎn)化為電荷變化,因此不需要激光測(cè)微儀,但用其制作的微懸臂品質(zhì)因數(shù)Q值(約200)較低,使得分辨率有待提高,而且在片層壓電材料表面刻蝕出針尖的成本太高。因此必須使用一種高品質(zhì)因數(shù)的壓電材料的傳感器以提高信噪比。

使用針式傳感器的想法在1988年就產(chǎn)生了,當(dāng)時(shí)因?yàn)闇y(cè)量集成電路的需要,研究人員曾經(jīng)試圖模仿傳統(tǒng)的輪廓儀,將一個(gè)針尖制作成圓弧半徑可達(dá)nm級(jí),這樣就可以突破一些物理極限,如光的波長(zhǎng),以獲得大約相當(dāng)于光波長(zhǎng)的百分之一的測(cè)量精度。但是這需要解決兩個(gè)問題:針尖的制備和測(cè)量相互作用力。1988年,P.Gunther等人探討了使用石英音叉晶振作為傳感器的可能性，將音叉的一個(gè)角作為針尖逼近樣品表面,音叉的幅值和頻率會(huì)隨著逼近距離的變化而變化,證明了使用石英晶振作為傳感器,是一個(gè)很有希望的發(fā)展方向。1993年,K.BARTZKE等研制出了第一臺(tái)這樣的針式傳感器并將它用于AFM的測(cè)量中,其針尖的制備使用了機(jī)械蝕刻金剛石的方法為了檢測(cè)針尖和樣品之間的接觸,針尖被固定在一個(gè)高靈敏度的1MHEZ桿狀晶振上,晶振的諧振參數(shù)的變化可以被相應(yīng)的電路檢測(cè)出來。

1995年, A Michels等報(bào)道了將晶振作為掃描近場(chǎng)聲顯微鏡的探針的研究。將1MHZ桿狀晶振的尖角作為針尖以45°角與樣品逼近,將晶振受到的阻尼信號(hào)作為測(cè)量距離的信號(hào)得到物體表面的形貌圖。其垂直分辨率達(dá)到了50nm,水平分辨率達(dá)到了200nm,是介于傳統(tǒng)的輪廓儀和SFM之間的一種儀器24。隨著研究的進(jìn)一步深入,研究者開始探討將針式傳感器作為其他類型顯微鏡的應(yīng)用。M. Todorovic等在1998年報(bào)道了一種使用音叉作為傳感器的磁力顯微鏡。在石英音叉的一支腳上粘附一個(gè)經(jīng)過磁化的非常細(xì)小的針尖,即可構(gòu)成磁力傳感器。石英音叉晶振的腳只有2mm長(zhǎng),200um厚,100um寬,彈性常數(shù)只有200N/m,只有傳統(tǒng)的AFM儀器的十分之-。針尖是電化學(xué)腐蝕鎳絲的方法制作的,針尖的安裝保證了音叉的彈性常數(shù)和Q值不發(fā)生大的變化。

國(guó)內(nèi)這一領(lǐng)域的工作開展的比較晚,1997年,計(jì)量科學(xué)研究院與西德的合作項(xiàng)目中首次使用了這一技術(shù),之后我們實(shí)驗(yàn)室也在這一領(lǐng)域進(jìn)行了跟蹤研究,并獲得了初步的結(jié)果。

從上述發(fā)展歷程可以看出,使用貼片晶振,石英晶振作為針式傳感器,到目前其測(cè)試精度并沒有達(dá)到很高,但是由于其成本低廉,易于獲得,性能穩(wěn)定,在測(cè)試方法上具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì),因此是一個(gè)很有前途的發(fā)展方向,隨著研究的進(jìn)一步深入,它的測(cè)量精度有可能進(jìn)一步提高,這對(duì)于工業(yè)界和實(shí)驗(yàn)室來說,是一個(gè)性價(jià)比很高的測(cè)量?jī)x器,對(duì)于科學(xué)試驗(yàn)和工業(yè)應(yīng)用都具有很大的價(jià)值。

根據(jù)前面介紹的關(guān)于晶振片的由來以及晶振原理,毫無疑問,石英晶振片是比較敏感的電子組件。用作鍍膜的時(shí)候晶振片可以測(cè)量到膜厚0.000000000001克重的變化,這相當(dāng)于1原子(atom)膜厚,而且,晶振片對(duì)溫度也很敏感, 對(duì)1/100攝氏溫度的變化也能感知。

另外,石英晶振片對(duì)應(yīng)力的敏感也很大,在一些特別的鍍膜過程中可以感知已鍍膜的石英晶振片冷卻后膜層原子的變化。例如常用MgF2增透膜,300度時(shí)膜硬度是平時(shí)的2倍,冷卻時(shí)產(chǎn)生巨大的應(yīng)力, 隨著鍍膜規(guī)格指標(biāo)的需求日益嚴(yán)格,石英晶振控制成為鍍膜必備的輔助或控制方法,如何正確有效地使用晶振片成為保證鍍膜質(zhì)量的重點(diǎn)。所以為了使晶振片壽命最長(zhǎng),下面一些方法和技巧供您參考：

1.安裝鏡片時(shí),用塑料攝子來挾住晶振片的邊緣,不要碰晶振片中心,任何灰層,油污都會(huì)降低晶振片的振動(dòng)能力。

2.保持探頭的清潔。不要讓鍍膜材料的粉末和碎片接觸探頭的前后中心位置。任何石英晶體和夾具之間的顆?；蚧覍訉⒂绊戨娮咏佑|,而且會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力點(diǎn),從而改變石英晶體振動(dòng)的模式。

3.維持探頭的冷卻水溫度在20~40°C之間。如果可以將溫度誤差保持在1-2℃范圍內(nèi),效果更佳。

4選擇晶振片時(shí),要選擇表面光滑、顏色較為統(tǒng)一晶振片, 表面有劃傷或贓物的不可以使用;

5.分離晶振傳感器時(shí),注意上半部分的鍍金彈簧片不能弄臟變形,更不可斷裂;保證每一個(gè)彈簧的三個(gè)腳的高度和彎曲度(60度)都相等;放置時(shí)應(yīng)將鍍金彈簧片朝上平放在工作臺(tái)上,嚴(yán)禁反放。取出石英晶振片時(shí)要小心,不可使其滑動(dòng)或掉落,使之劃傷或破裂。(整個(gè)過程必須戴乳膠手套,避免手指上贓物接觸其上)。

6.鍍膜時(shí)注意觀察蒸發(fā)速率的變化情況,速率曲線出現(xiàn)異常波動(dòng)之后要能準(zhǔn)確判定是否晶振片出現(xiàn)故障,并決定是否切換：

石英晶振片要不要換主要看以下幾方面：

蒸發(fā)速率出現(xiàn)明顯異常,速率持續(xù)波動(dòng);

晶振片的表面明顯出現(xiàn)膜脫落或起皮的現(xiàn)象

7.石英晶振片的回收利用用過的晶振片可以重新利用,主要方法有兩種：

（1)徹底除去石英晶體諧振器,貼片晶振,石英晶振片上的膜層和電極,重新郵回廠家鍍上電極。

（2)利用金電極不溶于硫酸等強(qiáng)酸的特點(diǎn),客戶自行處理,將晶振片上的膜層除去,重新利用。

但使用再處理石英晶振片時(shí)注意以下事項(xiàng)

（1)銀鋁合金溶于各種酸,不適合再處理。

（2)酸祛除晶振片膜層時(shí),必然對(duì)基底或外觀有一定影響,初始頻率也會(huì)改變,放入晶控儀中會(huì)發(fā)現(xiàn)初始讀數(shù)改變或顯示壽命降低,這些不會(huì)影響石英晶振片的基本功能,但晶振片的壽命會(huì)大大降低。

振片清洗配方:20%氟化氫銨水溶液,浸泡6小時(shí)以上,浸泡后投入酒精擦拭,去水即可。

億金電子專業(yè)生產(chǎn)銷售石英晶振,貼片晶振,石英晶體諧振器等晶體元件.多年來誠(chéng)信經(jīng)營(yíng),為用戶提供并且推薦質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的晶振產(chǎn)品,在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中,憑借自身的才智不斷創(chuàng)新,改進(jìn)擴(kuò)大,以技術(shù)贏得市場(chǎng),以質(zhì)量贏得客戶.億金電子代理臺(tái)灣進(jìn)口晶振,日本進(jìn)口晶振,歐美進(jìn)口晶振,市場(chǎng)上常見的晶振品牌如KDS晶振,NDK晶振,TXC晶振,鴻星晶振,京瓷晶振,精工晶體,CTS晶振,微晶晶振,愛普生晶振等均現(xiàn)貨,可免費(fèi)提供樣品以及技術(shù)支持,歡迎登入億金官網(wǎng)查看了解詳情.

GPS定位系統(tǒng)是靠車載終端內(nèi)置SIM通過移動(dòng)GPRS信號(hào)傳輸?shù)胶笈_(tái)來實(shí)現(xiàn)定位。在遠(yuǎn)的地方定位人的行蹤。GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的前身是美軍研制的一種“子午儀”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，GPS全球定位系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航GPS定位系統(tǒng)。
GPS定位系統(tǒng)工作原理是由地面主控站收集各監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)資料和氣象信息,計(jì)算各衛(wèi)星的星歷表及衛(wèi)星鐘改正數(shù),按規(guī)定的格式編輯導(dǎo)航電文,通過地面上的注入站向GPS衛(wèi)星注入這些信息。測(cè)量定位時(shí),用戶可以利用接收機(jī)的儲(chǔ)存星歷得到各個(gè)衛(wèi)星的粗略位置。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和自身位置,由計(jì)算機(jī)選擇衛(wèi)星與用戶聯(lián)線之間張角較大的四顆衛(wèi)星作為觀測(cè)對(duì)象.

GPS接收機(jī)正常工作的條件是至少同時(shí)可以接收到4顆衛(wèi)星的有效信號(hào),當(dāng)接收到的衛(wèi)星個(gè)數(shù)少于4顆時(shí),定位和定時(shí)信息是不準(zhǔn)確的甚至是錯(cuò)誤的。出現(xiàn)這樣的原因一般有:個(gè)別衛(wèi)星退出工作、天線安裝位置不當(dāng)、衛(wèi)星故障等, 這些都有可能造成接收到有效信號(hào)的衛(wèi)星個(gè)數(shù)過少。

而且有實(shí)驗(yàn)證明即使將接收天線從接收機(jī)上拔掉,在其后的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)GPS接收機(jī)仍有PS輸出,但此時(shí)的1PS與UTC已經(jīng)有很大的差別,由此可見,GPS接收機(jī)完全有可能輸出錯(cuò)誤的lPPS信號(hào)。另外,信號(hào)在傳遞過程中受到來自外界電磁信號(hào)的干擾,GPS接收機(jī)輸出的1PPS信號(hào)中可能含有毛刺,導(dǎo)致偽1PPS信號(hào)的產(chǎn)生,從而導(dǎo)致系統(tǒng)的誤動(dòng)作,因此有必要采取抗干擾措施。這里采用硬件開窗方法消除干擾2,原理如圖4.1所示。

圖中的CLK信號(hào)由高穩(wěn)定度的恒溫晶振提供,在系統(tǒng)上電復(fù)位后,啟動(dòng)單片機(jī)的串行通訊口,接收GPS信息,根據(jù)解碼信息中的工作狀態(tài)指示判斷PPS的有效性。當(dāng)初始觸發(fā)分頻信號(hào)到來之后,通過控制信號(hào)設(shè)置FPGA中的計(jì)數(shù)器在接收到的GPS1PS上升沿的附近產(chǎn)生一個(gè)短時(shí)間的高電平窗口信號(hào),相當(dāng)于一個(gè)與門,過濾掉窗口外的干擾信號(hào)。

另外,通過單片機(jī)自帶的外部中斷模塊來對(duì)去掉干擾后的PPS信號(hào)的上升沿進(jìn)行檢測(cè),根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判斷GPS接收機(jī)是否正常工作,來決定系統(tǒng)的工作模式是馴服模式還是保持模式,具體消除1PS中干擾脈沖的波形圖如圖4.2所示。

下面主要介紹處理干擾時(shí)的重點(diǎn):

1.初始觸發(fā)分頻信號(hào)的判斷

系統(tǒng)初始化后,用單片機(jī)的外部中斷連續(xù)三次檢測(cè)來自GPS接收機(jī)的1PPS信號(hào),如果三次都檢測(cè)到則給出初始觸發(fā)分頻信號(hào)。

2.設(shè)置合理的“窗口”信號(hào)

由于OCXO恒溫晶振的輸出頻率比較穩(wěn)定,當(dāng)初始觸發(fā)分頻信號(hào)到來吋刻起,利用FPGA中的計(jì)數(shù)器和OCXO石英晶體振蕩器輸出的倍頻信號(hào)可以大致計(jì)算出下一個(gè)有效PPS脈沖的到來時(shí)刻,經(jīng)過(1-△)秒后打開“窗口”,在計(jì)算得到的第二個(gè)PPS脈沖的到來時(shí)刻

后的M秒后關(guān)閉該“窗口”,只要M選擇得足夠小,則抗干擾效果就非常的明顯。

3.GPS信號(hào)的失效檢測(cè)及處理

對(duì)于整個(gè)馴服系統(tǒng)來說,GPS信號(hào)丟失會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果,原因可能是接收機(jī)接收到的衛(wèi)星個(gè)數(shù)少于四顆,如上面所說的天線的安裝問題等,使接收機(jī)處于非正常工作狀態(tài)?；蛘呤?/span>GPS接收機(jī)與單片機(jī)模塊或者與門邏輯的接口出現(xiàn)問題,使GPS秒脈沖信號(hào)或時(shí)間狀態(tài)信息不能正常傳輸。

假如是第一種情況,接收模塊可通過GPS接收機(jī)串口輸出的狀態(tài)信息判斷其輸出信號(hào)是否失效,后面的軟件程序作出相應(yīng)的處理。假如是第二種情況,屬于兩種功能模塊之間的通信故障,系統(tǒng)相關(guān)模塊不可能從GPS接收模塊獲得GPS的工作狀態(tài)信息或者秒脈沖信號(hào),GPS_1PPS秒脈沖入口處的電平不會(huì)出現(xiàn)任何變化。

此時(shí),相關(guān)模塊必須有獨(dú)自判斷GPS是否失效的能力?？梢栽?/span>“窗口”信號(hào)開通期間使用單片機(jī)相關(guān)外部中斷模塊,如果沒有檢測(cè)到正確跳變,說明GPS信號(hào)失效;如果“窗口”信號(hào)開通期間相關(guān)中斷模塊能捕捉到正確跳變,則說明GPS信號(hào)可能已恢復(fù)正常,此時(shí)系統(tǒng)可以繼續(xù)對(duì)恒溫晶體振蕩器OCXO進(jìn)行校準(zhǔn)。

億金電子專業(yè)生產(chǎn)銷售石英晶振,貼片晶振,石英晶體諧振器等晶體元件.多年來誠(chéng)信經(jīng)營(yíng),為用戶提供并且推薦質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的晶振產(chǎn)品,在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中,憑借自身的才智不斷創(chuàng)新,改進(jìn)擴(kuò)大,以技術(shù)贏得市場(chǎng),以質(zhì)量贏得客戶.億金電子代理臺(tái)灣進(jìn)口晶振,日本進(jìn)口晶振,歐美進(jìn)口晶振,市場(chǎng)上常見的晶振品牌如KDS晶振,NDK晶振,TXC晶振,鴻星晶振,京瓷晶振,精工晶體,CTS晶振,微晶晶振,愛普生晶振等均現(xiàn)貨,可免費(fèi)提供樣品以及技術(shù)支持,歡迎登入億金官網(wǎng)查看了解詳情.

石英晶振是一種頻率元件，為電路提供基準(zhǔn)信號(hào)頻率。隨著智能科技的發(fā)展，晶振的發(fā)展腳步也在不斷加快。關(guān)于晶振的作用和晶振分類，以及石英晶振在不同產(chǎn)品中的應(yīng)用原理大家可以到前面的文章中查看。下面億金電子要給大家介紹的是石英晶振參數(shù)的變化可以被相應(yīng)的電路檢測(cè)出來，因此我們做了以下分析。

1995年, A Michels等報(bào)道了將晶振作為掃描近場(chǎng)聲顯微鏡的探針的研究。將1MHZ桿狀晶振的尖角作為針尖以45°角與樣品逼近,將石英晶振受到的阻尼信號(hào)作為測(cè)量距離的信號(hào)得到物體表面的形貌圖。其垂直分辨率達(dá)到了50nm,水平分辨率達(dá)到了200nm,是介于傳統(tǒng)的輪廓儀和SFM之間的一種儀器24。

隨著研究的進(jìn)一步深入,研究者開始探討將針式傳感器作為其他類型顯微鏡的應(yīng)用。M. Todorovic等在1998年報(bào)道了一種使用音叉作為傳感器的磁力顯微鏡。在音叉表晶的一支腳上粘附一個(gè)經(jīng)過磁化的非常細(xì)小的針尖,即可構(gòu)成磁力傳感器。石英音叉的腳只有2mm長(zhǎng),200um厚,100um寬,彈性常數(shù)只有200N/m,只有傳統(tǒng)的AFM儀器的十分之-。針尖是電化學(xué)腐蝕鎳絲的方法制作的,針尖的安裝保證了音叉的彈性常數(shù)和Q值不發(fā)生大的變化。

國(guó)內(nèi)這一領(lǐng)域的工作開展的比較晚,1997年,計(jì)量科學(xué)研究院與西德的合作項(xiàng)目中首次使用了這一技術(shù),之后我們實(shí)驗(yàn)室也在這一領(lǐng)域進(jìn)行了跟蹤研究,并獲得了初步的結(jié)果。

從上述發(fā)展歷程可以看出,使用石英晶振,貼片晶振作為針式傳感器,到目前其測(cè)試精度并沒有達(dá)到很高,但是由于其成本低廉,易于獲得,性能穩(wěn)定,在測(cè)試方法上具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì),因此是一個(gè)很有前途的發(fā)展方向,隨著研究的進(jìn)一步深入,它的測(cè)量精度有可能進(jìn)一步提高,這對(duì)于工業(yè)界和實(shí)驗(yàn)室來說,是一個(gè)性價(jià)比很高的測(cè)量?jī)x器,對(duì)于科學(xué)試驗(yàn)和工業(yè)應(yīng)用都具有很大的價(jià)值。

從上述可知,現(xiàn)有的基于微懸臂的掃描磁力顯微鏡存在種種不足。鑒于此, 本文想研制出一種采用新型傳感器的結(jié)構(gòu)緊湊的掃描磁力顯微裝置,以達(dá)到高的測(cè)量穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和具有納米尺度的測(cè)量分辨率。由此,該儀器的研究成功,可在下面幾個(gè)方面起到促進(jìn)作用。

首先它可用于磁記錄工業(yè)中的質(zhì)量檢驗(yàn)控制中。例如對(duì)光盤制造進(jìn)行超微觀檢測(cè)。另外對(duì)磁記錄位的大小及分布等進(jìn)行高分辨率的檢測(cè)。再次,可用于對(duì)生物樣品磁觸覺細(xì)菌內(nèi)亞微米磁疇顆粒進(jìn)行直接觀察及對(duì)單個(gè)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)磁矩的定量研究。

采用離子刻蝕進(jìn)行晶振頻率微調(diào),在刻蝕后晶振的頻率會(huì)發(fā)生偏移。這會(huì)使頻率調(diào)整精度低于真空蒸著頻率調(diào)整法。如圖4-4所示,離子刻蝕后石英晶振頻率會(huì)產(chǎn)生偏移,縱軸表示與目標(biāo)頻率的偏差,單位是pm。在刻蝕前,石英晶振的頻率相對(duì)于目標(biāo)頻率是負(fù)的。在調(diào)整時(shí),一邊用測(cè)頻系統(tǒng)測(cè)定石英晶振的頻率,一邊用離子束照射石英晶振的電極膜, 電極膜被刻蝕,頻率隨之升高。當(dāng)刻蝕停止后,會(huì)出現(xiàn)頻率下降的現(xiàn)象。刻蝕剛停止的幾秒內(nèi),頻率下降較快,隨后下降會(huì)漸漸變緩,最后趨于穩(wěn)定,不再變化。這種離子刻蝕后頻率偏移的原因比較復(fù)雜,其原因之一是因?yàn)殡x子刻蝕時(shí)對(duì)晶振晶片產(chǎn)生的熱應(yīng)力。其理論依據(jù)比較深?yuàn)W,在此不做討論。本文主要通過實(shí)驗(yàn),找出頻率偏移的規(guī)律,對(duì)石英晶振進(jìn)行離子刻蝕加工時(shí)設(shè)定合適的參數(shù),使得這種偏移在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生盡可能小的影響。

現(xiàn)在用AT方向切割的石英晶片做成的石英晶振進(jìn)行實(shí)驗(yàn),用離子束對(duì)晶片進(jìn)行刻蝕,統(tǒng)計(jì)出蝕刻速度與頻率偏移的聯(lián)系。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象:A品種的石英晶振使用的晶片是長(zhǎng)方形,尺寸為長(zhǎng)1996u±3u,寬1276u±2a,晶片厚度為62.04u。目標(biāo)頻率為26.998380MHz。晶片先用昭和真空生產(chǎn)的磁控濺射鍍膜機(jī)SPH-2500進(jìn)行鍍膜,為了提高鍍層密著性,先鍍少量的鉻膜, 然后按頻率要求鍍銀膜,總膜厚約為1.73u。使得在離子束刻蝕加工前的頻率與目標(biāo)頻率的差為2000ppm~300ppm之間。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備:離子束刻蝕頻率微調(diào)機(jī)使用昭和真空生產(chǎn)的SFE-6430T。離子槍的加速鉬片到晶片表面的距離為25mm,氬氣流量為0.35SCCM。

首先,進(jìn)行較大刻蝕速度對(duì)石英晶振,貼片晶振進(jìn)行刻蝕的實(shí)驗(yàn),測(cè)得偏移量。如表4和圖4÷5所示當(dāng)刻蝕速度在1000ppm/s到2000ppm/s的范圍,離子刻蝕后的偏移量隨著刻蝕速度的增加而有很大的升高。如當(dāng)刻蝕量為2000ppm時(shí),頻率偏移量山刻蝕速度為1000ppm/s的35.8ppm快速增長(zhǎng)到刻蝕速度為2000ppm/s的89.8ppm。當(dāng)刻蝕量為3000ppm時(shí),頻率偏移量便會(huì)超過100pm。此外,從圖4-5中可以看出,在同一刻蝕速度下,刻蝕后的頻率偏移量還會(huì)隨刻蝕量的增加呈線性升高。

其次,進(jìn)行較低刻蝕速度對(duì)石英晶體,石英晶體諧振器進(jìn)行刻蝕的實(shí)驗(yàn),測(cè)得偏移量。如表4-2和圖4-6所示,與高速時(shí)的情況類似,刻蝕速度增加時(shí),刻蝕后的偏移量也會(huì)隨之增加。并且,在同一刻蝕速度時(shí),刻蝕后的偏移量也隨刻蝕量的增加而線性增大。從圖表中可以看出,刻蝕速度減小后,刻蝕后的偏移量也會(huì)減小很多。當(dāng)刻蝕速度減小到80ppm/s時(shí),刻蝕量為200pm時(shí),刻蝕后偏移量?jī)H為2.5pm。如果進(jìn)一步控制刻蝕量,當(dāng)刻蝕量降到100ppm時(shí),刻蝕后偏移量?jī)H為0.2ppm,基本接近于0。因此在實(shí)際生產(chǎn)時(shí),如果能將刻蝕速度控制到80pm/s,刻蝕量控制在100pm以下, 晶振的離子束刻蝕后的頻率偏差較大,且公差范圍較小,為了減少離子束刻蝕后頻率偏移產(chǎn)生的影響,提高產(chǎn)品的精度,可以采用3段加工模式,但是生產(chǎn)效率會(huì)有所降低)。

晶振離子刻蝕兩段加工模式如圖4-7所示,首先進(jìn)行H段加工,用高的刻蝕速度和大的刻蝕量,從加工前頻率開始加工,等加工到設(shè)定的中間目標(biāo)頻率后停止刻蝕,一段時(shí)間后,由于離子刻蝕后的晶振頻率偏移的影響,使頻率下降,回到L段加工前頻率。接著進(jìn)行L段加工,用低刻蝕速度和小刻蝕量,從L段加工前頻率開始加工,等加工到設(shè)定的最終目標(biāo)頻率后停止刻蝕,一段時(shí)間后,出于離子刻蝕后頻率偏移的影響, 使頻率下降,回到實(shí)際最終頻率,當(dāng)實(shí)際最終頻率在公差范圍內(nèi)就為良品,加工就結(jié)束。如果實(shí)際最終頻率低于公差范圍可以作為F-不良重新加工一次。如果實(shí)際最終頻率大于公差范圍,則只能作為F+不良而報(bào)廢。

而在實(shí)際生產(chǎn)過程中,由于操作員缺乏相關(guān)理論知識(shí),不能精確的對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。使得加工的產(chǎn)品會(huì)因?yàn)榭涛g速度過快,產(chǎn)生較大的頻率偏移,或直接產(chǎn)生F+。而刻蝕速度太低不僅會(huì)降低加工的效率,當(dāng)時(shí)間超過設(shè)備的監(jiān)控時(shí)間后,就會(huì)直接出現(xiàn)F-不良。

例如,在實(shí)際應(yīng)用中,因?yàn)椴僮鲉T沒有系統(tǒng)的理解以上理論知識(shí),當(dāng)A品種的石英晶振在進(jìn)行離子刻蝕微調(diào)時(shí),發(fā)現(xiàn)頻率分布整體偏低,接近20ppm。因?yàn)閾?dān)心現(xiàn)F-不良,希望將整體頦率調(diào)鬲。此時(shí)應(yīng)該確認(rèn)是否是因?yàn)?/span>H段加工時(shí)的速度太慢, 導(dǎo)致L段加工前的頻率過低。使得在進(jìn)行L段加工時(shí),時(shí)間過長(zhǎng),超過了設(shè)備的監(jiān)控時(shí)間,而強(qiáng)制停止L段加工。

而操作員沒有經(jīng)過確認(rèn)就主觀的將最終日標(biāo)頻率調(diào)高, 發(fā)現(xiàn)頻率略有上升,但仍然偏低。就調(diào)高L段的刻蝕速度,剛開始有一定效果,但是沒有達(dá)到理想狀態(tài),就繼續(xù)調(diào)高L段刻蝕速度,此時(shí)不但沒有效果,反而因?yàn)樗俣忍?/span>,刻蝕后的頻率偏移使得頻率有略微的下降。并且出現(xiàn)因刻蝕速度的太高而產(chǎn)生的F+不良(如圖4-8)。因?yàn)闆]有專業(yè)技術(shù)繼續(xù)調(diào)整,并且認(rèn)為不良品數(shù)量不多,為了趕快完成當(dāng)日產(chǎn)量,就繼續(xù)加工制品。此時(shí),因?yàn)?/span>H段的刻蝕速度低,影響加工效率, 并由于F+的出現(xiàn),增加了產(chǎn)品的不良數(shù)。

圖4-8各參數(shù)設(shè)置不良時(shí)離子刻蝕后頻率偏移的頻率分布表

為了解決這一問題,本文通過前幾節(jié)的知識(shí)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),制定標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)。首先將最終晶振頻率設(shè)定在0pm。然后為了將L段加工的頻率偏移盡可能減少,就將L段的刻蝕速度設(shè)定為80ppm/s。為了控制L段的刻蝕量在100pm左右,將中間目標(biāo)頻率設(shè)定在-45pm,H段加工速度設(shè)定為1600ppm/s,這是H段加工后的結(jié)果在50ppm~-0ppm之間,加上刻蝕后的頻率偏移使得L段加工的刻蝕量在-100pm120ppm之間。

按這樣的設(shè)定既可以保證L段加工的效率,也可以控制L段加工后的頻率偏移。使得最終實(shí)際頻率以晶振頻率為中心分布。將上述方法設(shè)定的參數(shù)作成作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書如圖4-9所示,讓作業(yè)員遵照?qǐng)?zhí)行。圖4-10是按此作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)操作,對(duì)制品加L后的頻率分布。山圖中可以看出頻率是以日標(biāo)頻率為中心分布的,并且分布比以前集中,也沒有不良出現(xiàn)。因此,本論文提出的方法可以提高產(chǎn)品的合格率。

晶振是種控制頻率元件，在電路模塊中提供頻率脈沖信號(hào)源，在信號(hào)源傳輸?shù)倪^程中石英晶振在電路配合下發(fā)出指令，通過與其他元件配合使用。簡(jiǎn)單點(diǎn)來說就是晶振的作用是給電路提供一定頻率的穩(wěn)定的震蕩（脈沖）信號(hào)，比如石英鐘，就是通過對(duì)脈沖記數(shù)來走時(shí)的.

業(yè)內(nèi)人士都知道晶振的生產(chǎn)制造是經(jīng)過了一道道工序嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮?經(jīng)過反復(fù)檢測(cè)最終才成為一顆合格的晶振產(chǎn)品.今天億金電子要給大家說的是生產(chǎn)制造石英晶振要如何選擇優(yōu)異的晶片?

晶振片的電極對(duì)膜厚監(jiān)控、速率控制至關(guān)重要。目前,市場(chǎng)上提供三種標(biāo)準(zhǔn)電極材料:金、銀和合金。

金是最廣泛使用的傳統(tǒng)材料,它具有低接觸電阻,高化學(xué)溫定性,易于沉積。金最適合于低應(yīng)力材料,如金,銀,銅的膜厚控制。用鍍金晶振芯片監(jiān)控以上產(chǎn)品,即使頻率飄移IMHz,也沒有負(fù)作用。然而,金電極不易彎曲,會(huì)將應(yīng)力從膜層轉(zhuǎn)移到石英基片上。轉(zhuǎn)移的壓力會(huì)使晶振片跳頻和嚴(yán)重影響質(zhì)量和穩(wěn)定性。

銀是接近完美的電極材料,有非常低的接觸電阻和優(yōu)良的塑變性。然而,銀容易硫化,硫化后的銀接觸電阻高,降低晶振片上膜層的牢固性。

銀鋁合金晶振片最近推出一種新型電極材料,適合高應(yīng)力膜料的鍍膜監(jiān)控,如siO，SiO2,MgF2,TiO2。這些高應(yīng)力膜層,由于高張力或堆積的引]力,經(jīng)常會(huì)使晶振片有不穩(wěn)定,高應(yīng)力會(huì)使基片變形而導(dǎo)致跳頻。這些高應(yīng)力膜層,由于高張力或堆積的引力,經(jīng)常會(huì)使晶振片有不穩(wěn)定,高應(yīng)力會(huì)使基片變形而導(dǎo)致跳頻。銀鋁合金通過塑變或流變分散應(yīng)力,在張力或應(yīng)力使基體變形前,銀鋁電極已經(jīng)釋放了這些應(yīng)力。這使銀鋁合金晶振片具有更長(zhǎng)時(shí)間,更穩(wěn)定的振動(dòng)。有實(shí)驗(yàn)表明鍍Si02用銀鋁合金晶振片比鍍金壽命長(zhǎng)400%。

鍍膜科技日新月異,對(duì)于鍍膜工程師來說,如何根據(jù)不同的鍍膜工藝選擇最佳的晶振片確實(shí)不易。下面建議供大家參考

（1)鍍低應(yīng)力膜料時(shí),選擇鍍金晶振片

最常見的鍍膜是鍍A、Au、Ag、Cu,這些膜層幾乎沒有應(yīng)力,在室溫下鍍膜即可膜層較軟,易劃傷,但不會(huì)裂開或?qū)桩a(chǎn)生負(fù)作用。建議使用鍍金晶振片用于上述鍍膜,經(jīng)驗(yàn)證明,可以在鍍金晶振片鍍60000埃金和50000埃銀的厚度。

（2)使用鍍銀或銀鋁合金鍍高應(yīng)力膜層

NiCr、Mo、Zr、Ni-Cr、Ti、不銹鋼這些材料容易產(chǎn)生高應(yīng)力,膜層容易從石英晶體基片上剝落或裂開,以致出現(xiàn)速率的突然跳躍或一系列速率的突然不規(guī)則正負(fù)變動(dòng)。有時(shí),這些情況可以容忍,但在一些情況下,會(huì)對(duì)蒸發(fā)源的功率控制有不良作用。

（3)使用銀鋁合金晶振片鍍介質(zhì)光學(xué)膜

MgF2、SiO2、A2O3、TiO2膜料由于良好的光學(xué)透明區(qū)域或折射率特性,被廣泛用于光學(xué)鍍膜,但這些膜料也是最難監(jiān)控的,只有基底溫度大于200度時(shí),這些膜層才會(huì)與基底有非常良好的結(jié)合力,所以當(dāng)這些膜料鍍?cè)谒涞幕拙д衿?/span>,在膜層凝結(jié)過程會(huì)產(chǎn)生巨大的應(yīng)力,容易使晶振片在1000埃以內(nèi)就會(huì)失效。