石英晶振晶片是從一塊晶體上按一定的方位角切下的薄片,可以是圓形或正方形,矩形等.按切割晶片的方位不同,可將晶片分為AT、BT、CT、DT、X、Y等多種切型.不同切型的晶振晶片其特性也不盡相同,尤其是頻率溫度特性相差較大.

晶振晶片的兩個(gè)對應(yīng)表面上涂敷銀層,由晶振晶片支架固定并引出電極.晶振晶片支架分為焊線式和夾緊式兩種.通常,中、低頻石英晶體振蕩器采用焊線式晶片支架,而高頻石英晶體振蕩器采用夾緊式晶片支架.

   臺灣晶技晶振英文名稱TXC晶振,成立于1983年,專業(yè)生產(chǎn)石英晶振,貼片晶振,石英晶體諧振器,石英晶體振蕩器,有源晶振等頻率元件.所生產(chǎn)的晶振產(chǎn)品具有起振快,高品質(zhì),低損耗,高精度等特點(diǎn),是國內(nèi)上百家大型知名企業(yè)指定晶振品牌.

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   TXC晶振是臺灣知名頻率元件生產(chǎn)制造商,擁有先進(jìn)的儀器設(shè)備以及生產(chǎn)理念.明白市場所需,與時(shí)俱進(jìn)所生產(chǎn)石英晶振,貼片晶振,石英晶體振蕩器具有超小,超薄,精度穩(wěn)定,低損耗等優(yōu)勢特點(diǎn).

    臺灣TXC晶振中文名稱晶技晶振,是國內(nèi)廣大用戶指定晶振品牌.TXC生產(chǎn)石英晶振,有源晶振,具有1.8V~5V電壓供應(yīng)不同領(lǐng)域用戶選擇.TXC石英晶體高超的生產(chǎn)技術(shù),一流的服務(wù),優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)是對客戶最有力的保障.

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(簡稱為晶片,它可以是正方形、矩形或圓形等),在它的兩個(gè)對應(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,晶片就會產(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,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)又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下,晶振晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場的振幅非常微小,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和等效電路

石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖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。

石英貼片晶振在安防系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要.比如上面我們所提到的感應(yīng)卡門禁內(nèi)部就有用到圓柱晶振32.768K系列,這里大多客戶會選擇5PPM,10PPM高精度晶振,比如VT-200-F精工晶體,C-002RX愛普生晶振等2x6mm都是客戶優(yōu)先選擇的對象.

安防系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控用到比較多的就是32.768K貼片晶振,這里根據(jù)種類可選擇3215晶振封裝,4115晶振封裝,7015晶振封裝,常見型號比如SC-32S晶振,MC-146晶振,SSP-T7晶振,DST310S晶振,MC415晶振等等.MHZ晶振系列常用封裝有3225貼片晶振,2520貼片晶振等,16M石英晶振,26M石英晶振等頻率是較為常用的,在監(jiān)控?cái)z像中起到存儲作用,小小的體積滿足網(wǎng)絡(luò)攝像對于小型化的要求,具有精度穩(wěn)定,低功耗,高可靠使用特性等優(yōu)勢.

關(guān)于智能家居中用到的晶振有興趣可以到億金新聞動(dòng)態(tài)中查看,在前面的文章中我們有提到過關(guān)于貼片晶振的用途以及智能家居中用哪些石英貼片晶振.更有晶振選型,晶振原廠代碼等資料信息免費(fèi)提供下載.

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GPS定位系統(tǒng)是靠車載終端內(nèi)置SIM通過移動(dòng)GPRS信號傳輸?shù)胶笈_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)測站的觀測資料和氣象信息,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。測量定位時(shí),用戶可以利用接收機(jī)的儲存星歷得到各個(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)星作為觀測對象.

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,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。另外,信號在傳遞過程中受到來自外界電磁信號的干擾,GPS接收機(jī)輸出的1PPS信號中可能含有毛刺,導(dǎo)致偽1PPS信號的產(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)分頻信號到來之后,通過控制信號設(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,相當(dāng)于一個(gè)與門,過濾掉窗口外的干擾信號。

另外,通過單片機(jī)自帶的外部中斷模塊來對去掉干擾后的PPS信號的上升沿進(jìn)行檢測,根據(jù)檢測結(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)三次檢測來自GPS接收機(jī)的1PPS信號,如果三次都檢測到則給出初始觸發(fā)分頻信號。

2.設(shè)置合理的“窗口”信號

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信號的失效檢測及處理

對于整個(gè)馴服系統(tǒng)來說,GPS信號丟失會產(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,GPS_1PPS秒脈沖入口處的電平不會出現(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,如果沒有檢測到正確跳變,說明GPS信號失效;如果“窗口”信號開通期間相關(guān)中斷模塊能捕捉到正確跳變,則說明GPS信號可能已恢復(fù)正常,此時(shí)系統(tǒng)可以繼續(xù)對恒溫晶體振蕩器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.多年來誠信經(jīng)營,為用戶提供并且推薦質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的晶振產(chǎn)品,在激烈的市場競爭環(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,以質(zhì)量贏得客戶.億金電子代理臺灣進(jìn)口晶振,日本進(jìn)口晶振,歐美進(jìn)口晶振,市場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.

恒溫晶振(OCXO)介紹

恒溫晶體振蕩器OCXO( Oven Controlled Crystal Oscillator),是目前頻率穩(wěn)定度和精確度最高的石英晶體振蕩器。它在老化率、溫度穩(wěn)定性、長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度等方面的性能都非常好,作為精密的時(shí)頻信號源被廣泛用于全球定位系統(tǒng)通信、計(jì)量、頻譜及網(wǎng)絡(luò)分析儀等電子儀器中。目前,絕大多數(shù)高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器都采用了將晶體恒溫的方法,使用精密的恒溫控制槽,將槽內(nèi)溫度調(diào)節(jié)到晶體諧振器的零溫度系數(shù)點(diǎn)上。這樣,能最大限度地克服溫度對晶體振蕩器頻率的影響,被廣泛用作標(biāo)準(zhǔn)頻率源。恒溫晶體振蕩器包括以下幾個(gè)基本組成部分。

1.高精密的石英諧振器

石英諸振器是振蕩電路的核心元件。正確選擇切角是制作頻率溫度系數(shù)好的石英諧振器的必要條件,特別是在寬溫度范圍內(nèi)使用的石英晶體諧振器更是如此。目前恒溫晶體振蕩器中常用的石英諧振器有AT切和SC切兩種。它們具有頻率溫度系數(shù)小,Q值高,老化效應(yīng)小等特點(diǎn)。

2.穩(wěn)定的振蕩電路

由于恒溫晶體振蕩器要求頻率穩(wěn)定度高,除了在控溫電路方面要達(dá)到一定的控溫精度外,振蕩電路本身穩(wěn)定性也是起決定性作用的。恒溫晶體振蕩器中振蕩電路的基本功能就是把直流電能轉(zhuǎn)變成具有一定頻率、幅度且頻率高度穩(wěn)定的交流電能,這種轉(zhuǎn)換是在石英諧振器的參與下進(jìn)行的。其中最突出的問題就是頻率的穩(wěn)定性。所以分析、設(shè)計(jì)振蕩電路都以此為前提。

3.結(jié)構(gòu)完善、溫控良好的精密恒溫箱

精密恒溫箱是由恒溫槽,溫度控制電路及其它輔助裝置組成的恒溫系統(tǒng)。在晶體振蕩器中,用來使石英諧振器和有關(guān)電路元件保持恒溫。其作用是把石英晶振,石英諧振器的溫度穩(wěn)定在石英諧振器的拐點(diǎn)溫度處,從而充分發(fā)揮拐點(diǎn)溫度附近石英諧振器的頻率溫度系數(shù)小的特性,使其得到合理使用。設(shè)計(jì)一個(gè)符合要求的恒溫槽和選擇一個(gè)性能良好的溫度控制電路對穩(wěn)定頻率起著舉足輕重的作用。因此一個(gè)高穩(wěn)定的晶體振蕩器,不但應(yīng)具有穩(wěn)定的振蕩電路,而且還必須有性能良好的恒溫箱來保證其頻率的穩(wěn)定,兩者缺一不可。隨著對晶體振蕩器穩(wěn)定度要求的逐步提高,對恒溫箱的控溫精度要求也越來越高,目前,頻率穩(wěn)定度在100~10量級的晶體振蕩器,其恒溫箱的溫度控制精度應(yīng)在0.001℃以內(nèi)。

隨著通信技術(shù)的不斷提高,對恒溫晶振的要求越來越高,使其不斷向著高精度與高穩(wěn)定化,低噪聲與高頻化、低功耗、快啟動(dòng)、小型化方向發(fā)展。

晶振的相關(guān)數(shù)學(xué)定義

假設(shè)晶振輸出信號為正弦波,其數(shù)學(xué)模型可以表示為:

式中VO為標(biāo)稱峰值輸出電壓,§(t)為幅度偏移,φ(t)為相位偏差,fr為標(biāo)稱頻率。

瞬時(shí)頻率為:

相對頻率偏移為：

式中x(t)=為時(shí)間偏差,由式(2-7)可以得到：

瞬時(shí)頻率的常用公式為:

式中f(t)為t時(shí)刻的瞬時(shí)頻率值,fO為t=0時(shí)刻的頻率值,fr為標(biāo)稱頻率,D(t)為頻率漂移率。

由式(2-7)和(2-9)可推導(dǎo)出:

式中,y為初始相對頻率偏差。

由式(2-8)和(2-10)可以得到:

式中,x為初始時(shí)間偏差,也叫做同步誤差。

一般性能比較好的石英晶振,日老化率近似為常數(shù),特別是對于OCXO晶振,在頻率保持模式下,我們只考慮老化對實(shí)際頻率的影響。很多晶振的老化指標(biāo)用的是年老化率,如±0.05ppm( Part per Million),一般情況下我們可以近似得出日老化率, 大概為年老化率的百分之一。

假設(shè)晶振老化率為常數(shù),式(210)變?yōu)椋?/span>

其中當(dāng)|Bt|<<1時(shí),有ln(Bt+1)→Br,式(2-17)變?yōu)槭?/span>(2-12)的形式:

y(t)=C+ ABt                              式(2-18)

圖2.4給出了典型的老化率數(shù)學(xué)模型?？梢钥闯?b>石英晶振的老化率可以為正數(shù)可以為負(fù)數(shù),也可能會產(chǎn)生圖中曲線y3(t)的情況。圖2.5為銣原子頻標(biāo)的老化曲線,由于測試曲線的后半段存在參考和被測之間因漂移方向相同的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致漂移問題不是很明顯。

式中,do、d為正數(shù),參數(shù)aj(n),j=1,2,…,M由當(dāng)前數(shù)據(jù)輸入和上次數(shù)據(jù)輸出迭代估計(jì)得到,價(jià)值函數(shù)為

通過最小化價(jià)值函數(shù),可以得到參數(shù)a,(n),j=1,2,…,M,得到t(n)時(shí)刻的ao a1…aM后,t(n+l)時(shí)刻的相對頻率偏差預(yù)測值為:

系列實(shí)驗(yàn)表明,估計(jì)性能對d0、d和M的取值不是很敏感,建議取值為d=1~05d(M-1),d=0.1~1.0,M=5~10。加權(quán)對數(shù)函數(shù)模型的缺點(diǎn)是計(jì)算比較復(fù)雜。

2.2.4晶振的頻率溫度特性

除過老化的影響,溫度也是影響頻率變化的主要因素,而不同切型的晶體的頻率一溫度特性是不一樣的,一般AT切基頻晶體的頻率一溫度變化關(guān)系都是三次曲線,存在若干個(gè)零溫度系數(shù)點(diǎn),如圖2.6所示。

因此對其進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)要采用具有非線性函數(shù)擬合能力的數(shù)學(xué)模型。然而由于OCXO恒溫晶振中一般采用SC切晶體,雖然其頻率一溫度變化曲線也是非線性的, 但是其頻率一溫度穩(wěn)定度在寬溫度范圍內(nèi)較AT切晶體有很大改善,并且由于它將石英晶體、振蕩電路以及部分其它線路置于精密恒溫槽中,恒溫槽的工作溫度選擇在所用晶體的零溫度系數(shù)點(diǎn)處,因此OCXO恒溫晶振的頻率溫度系數(shù)非常小。當(dāng)恒溫槽的工作溫度波動(dòng)被控制在很小范圍內(nèi)時(shí),如優(yōu)于百分之一攝氏度時(shí),其頻率溫度變化也可以被限制在很小的范圍內(nèi),而且正是由于這種恒溫作用,其頻率溫度變化曲線非常接近于線性。所以對OCXO恒溫晶振的頻率溫度變化的預(yù)測可以采用線性數(shù)學(xué)模型, 而Kalman濾波算法正是一種較好的線性模型估計(jì)器,因此用它來擬合OCXO恒溫晶振的頻率溫度特性曲線是合適的。

石英晶振是高端智能產(chǎn)品不可或缺的一種頻率元件,主要為時(shí)鐘電路提供信號頻率.晶振根據(jù)市場不同需求分IDP晶振和SMD晶振,并且從過去的8045晶振大體積到現(xiàn)在的1612晶振,在不斷改小的石英貼片晶振,符合如智能產(chǎn)品對于小型化的追求.億金電子從事石英晶體行業(yè)十幾年,多年來誠信經(jīng)營,精益求精,為廣大用戶提供小尺寸,高精度,低價(jià)格晶振產(chǎn)品,并且免費(fèi)提供晶振技術(shù)資料下載.以下為億金電子技術(shù)工程支招,如何更好的管理石英晶振質(zhì)量以加強(qiáng)晶振的可靠性.

1.質(zhì)量與可靠性

眾所周知,質(zhì)量是石英晶振,貼片晶振的生命,因此,人們十分重視晶振的質(zhì)量。為了全面刻畫產(chǎn)品質(zhì)量,人們從不同側(cè)面提出了眾多質(zhì)量指標(biāo),這些質(zhì)量指標(biāo)形成了產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)體系。按照石英晶振,貼片晶振產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的屬性對其進(jìn)行分類,這些質(zhì)量指標(biāo)可分為性能指標(biāo)、可靠性指標(biāo)、安全性指標(biāo)、適應(yīng)性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)等,如電視機(jī)有很多表示圖像清晰程度、音質(zhì)是否優(yōu)美等質(zhì)量指標(biāo),這些指標(biāo)都是聲表面濾波器,石英晶振,貼片晶振,石英晶體諧振器等電子元件在性能方面的指標(biāo)。也就是完成規(guī)定功能能力的指標(biāo)。產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)反映了產(chǎn)品保持其性能指標(biāo)的能力.如在電視機(jī)出廠時(shí)其各項(xiàng)性能指標(biāo)檢驗(yàn)是合格的,那么,3000小時(shí)后電視機(jī)是否仍保持出廠時(shí)各項(xiàng)性能指標(biāo)呢,這是用戶十分關(guān)心的問題,為了說明產(chǎn)品保持其性能指標(biāo)的能力,就必須向用戶提供有關(guān)該貼片石英晶振產(chǎn)品的可靠性指標(biāo),如平均壽命、可靠度等。

由此可見,可靠性也是產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的一個(gè)重要方面,他強(qiáng)調(diào)的是產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)和時(shí)間發(fā)展之間的關(guān)系,人們在使用產(chǎn)品時(shí),使用產(chǎn)品的次數(shù)不是一定的這就要求了與時(shí)間有關(guān)的質(zhì)量指標(biāo),也就是可靠性達(dá)到人們的需求,質(zhì)量與可靠性水平俱佳的晶振才是真正的好產(chǎn)品。因此,質(zhì)量與可靠性是相輔相成的,缺一不可的。

2.質(zhì)量管理與可靠性管理

很多企業(yè)認(rèn)為分不清質(zhì)量管理與可靠性管理的區(qū)別,他們認(rèn)為可靠性管理就是質(zhì)量管理,可靠性管理應(yīng)有質(zhì)量部門來負(fù)責(zé),其他部門沒有可靠性管理的責(zé)任, 這樣的認(rèn)識是錯(cuò)誤的。

目前很多企業(yè)都對質(zhì)量管理非常的重視,認(rèn)識到了質(zhì)量管理的重要性,也運(yùn)用可很多質(zhì)量管理方法來保證使用晶體振蕩器,石英貼片晶振的質(zhì)量,大部分企業(yè)都通過了ISO9001質(zhì)量管理體系認(rèn)證,企業(yè)的質(zhì)量管理水平也都比較高?？梢哉f,絕大部分行業(yè),只要質(zhì)量管理水平提上去了,就可以滿足企業(yè)發(fā)展的需要。但在某些領(lǐng)域,比如航空航天、衛(wèi)星通訊、無線電傳輸、軍事裝備制造等領(lǐng)域,僅僅依靠質(zhì)量管理是不夠的。如果想達(dá)到對石英晶振,貼片晶振可靠性要求,那么一定要運(yùn)用可靠性管理來幫助企業(yè)來提升石英晶振,貼片晶振的可靠性。

質(zhì)量管理與可靠性管理既有聯(lián)系又有區(qū)別,在企業(yè)進(jìn)行可靠性管理之前, 定要分清楚質(zhì)量管理與可靠性管理之間的區(qū)別,可靠性可以看作是質(zhì)量特性中的個(gè)重要指標(biāo)。可靠性管理可以當(dāng)作質(zhì)量管理的深層次的管理活動(dòng),它有著很多不同于質(zhì)量管理的特點(diǎn)。質(zhì)量管理相對側(cè)重于產(chǎn)品的生產(chǎn)階段,強(qiáng)調(diào)對貼片晶振,石英晶體振蕩器,石英晶振的生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制。而可靠性管理是對產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)全階段的可靠性管理,在設(shè)計(jì)階段強(qiáng)調(diào)可靠性預(yù)計(jì)、可靠性分配等預(yù)測可靠性的方法,在生產(chǎn)階段則在質(zhì)量控制

基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的可靠性要求,在維護(hù)階段也要保證貼片晶振,石英晶振可靠性的實(shí)現(xiàn),質(zhì)量管理與可靠性管理的區(qū)別聯(lián)系如表2-1。

表2-1質(zhì)量管理與可靠性管理的區(qū)別聯(lián)系

科技的發(fā)展讓電子元器件的市場不斷上漲增值，加大電子元器件使用量的同時(shí)對其功能性以及尺寸等方面也有了諸多要求。比如石英晶振，貼片晶振，石英晶體振蕩器，滿足市場需求從大體積8045晶振到1612晶振，尺寸改小了，技術(shù)加強(qiáng)，使用性能也提高了不少，在高端智能產(chǎn)品中具有低功耗，高穩(wěn)定精度，重量輕等優(yōu)勢特點(diǎn)。億金電子技術(shù)工程師下面給大家介紹石英晶振的可靠性質(zhì)以及設(shè)計(jì)分析報(bào)告。

A型石英晶振的組成

A型石英晶振結(jié)構(gòu)比較簡單,由底座、PCB電路板、元器件、晶體、外殼五部分組成,根據(jù)這些零部件的功能分析,可以得到A型晶振的可靠性框圖, 可靠性框圖見圖3-4

4.22A型石英晶振的可靠性要求

A型石英晶振的可靠性指標(biāo)要求如下:

(1)石英晶振在工作n年內(nèi)不發(fā)生致命故障

(2)石英晶振n年內(nèi)總的工作時(shí)間不低于:t=n×365×24。

(3)石英晶振的可靠度為0.95:即Rs=0.95。

4.2.3A型石英晶振的可靠度計(jì)算

可靠度是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi),能正常完成規(guī)定功能的概率,通常用R表示。根據(jù)對A型石英晶振的結(jié)構(gòu)分析,可以看出A型石英晶振為串聯(lián)結(jié)構(gòu),可靠度計(jì)算公式如下:

RS=R1×R2×R3×…·×Rn                       公式(4-1)

A型石英晶振由四部分組成:底座、電路板、元器件、晶體、外殼。A型石英晶振可靠度計(jì)算公式如下:

RS=R1×R2×R3×R4×R5                  公式(4-2)

式中:R、R2、R3、R4、R5分別代表底座、電路板、晶體、元器件、外殼的可靠度。

4.24A型石英晶振的可靠性預(yù)計(jì)

可靠性預(yù)計(jì),顧名思義指的是對石英晶振產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下進(jìn)行可靠行估計(jì)也就是根據(jù)類似產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或組成該產(chǎn)品的各單元的可靠性數(shù)據(jù),對石英晶振產(chǎn)品給定工作或非工作條件下的可靠性參數(shù)進(jìn)行估算。

可靠性預(yù)計(jì)的意義主要有:

(1)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的可靠性設(shè)計(jì)提供依據(jù)

(2)為產(chǎn)品的維護(hù)階段提供有價(jià)值的信息。

3)站在可靠性設(shè)計(jì)的角度,篩選設(shè)計(jì)方案,尋找最佳設(shè)計(jì)方案。

(4)為改進(jìn)設(shè)計(jì)方案提供理論支持。

可靠性預(yù)計(jì)的方法主要有上下限法、元件計(jì)數(shù)法、相似產(chǎn)品法、應(yīng)力分析法評分法、故障率預(yù)計(jì)法、性能參數(shù)預(yù)計(jì)法。根據(jù)W公司實(shí)際情況,本文采用應(yīng)力分析法對石英晶振進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)。因?yàn)锳型石英貼片晶振的主要部件的故障率均可通過供應(yīng)商得到,所以本文采用應(yīng)力分析法。采用GJB/Z299C-2006預(yù)計(jì)手冊。故障率預(yù)計(jì)法的計(jì)算公式為:

4.2.5A型石英貼片晶振的可靠性分配

石英晶振可靠性分配指的是將整個(gè)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)分配給各個(gè)組成部分,是將可靠性指標(biāo)總整體到局部,從上到下進(jìn)行分配的過程?？煽啃苑峙溆幸韵乱饬x:將石英貼片晶振產(chǎn)品的整體可靠性指標(biāo)進(jìn)行分配,分配到產(chǎn)品的下級組成部分,可以使每個(gè)組成分的可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)更加準(zhǔn)確細(xì)致,便于可靠性設(shè)計(jì)人員進(jìn)行分析。

貼片晶振可靠性分配方法主要有 AGREE分配法、拉格朗日乘數(shù)法、比例分配法、評分分配法、復(fù)雜度分配法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、重要度法、直接尋查法。

本文采用 AGREE分配法對A型石英晶振進(jìn)行可靠性分配, AGREE分配法將整體的每一個(gè)組成單元的復(fù)雜度和重要度納入到可靠性分配中。 AGREE方法的核心是:失效率的分配和整體的各個(gè)組成單元的重要度和復(fù)雜度有關(guān),組成單元越重要,分配的失效度就應(yīng)該越高。相反,組成單元的重要度越高,分配的失效度就應(yīng)該有所減少。也就是說,分配給每個(gè)組成單元的失效度是加權(quán)的,加權(quán)因子C與組成單元復(fù)雜度成正比,與組成單元的重要度成反比。

單元或子系統(tǒng)的復(fù)雜度的定義為單元中所含的重要零件、組件(其失效會引起單元失效)的數(shù)目Ni(i=1,2.n)與系統(tǒng)中重要零、組件的總數(shù)N之比,即第i個(gè)單元的復(fù)雜度為：

假定設(shè)備的壽命符合指數(shù)分布,則可靠度為:

單元或子系統(tǒng)的重要度的定義為該單元的失效而引起的系統(tǒng)失效的概率。其表示為考慮裝置的重要度之后,把系統(tǒng)變成一個(gè)等效的串聯(lián)系統(tǒng),則系統(tǒng)的可靠度Rs可以表示為考慮裝置的重要度之后,把系統(tǒng)變成一個(gè)等效的串聯(lián)系統(tǒng),則系統(tǒng)的可靠度Rs可以表示為：

考慮裝置的重要度之后,把系統(tǒng)變成一個(gè)等效的串聯(lián)系統(tǒng),則系統(tǒng)的可靠度Rs可以表示：

式中：

Wi —為系統(tǒng)的失效率

Ki —產(chǎn)為單元的復(fù)雜度

國際知名品牌KYOCERA晶振（簡稱KSS晶振）,所有的生產(chǎn)線都具備順應(yīng)時(shí)代變化的速度感,通過融合集團(tuán)的獨(dú)特技術(shù),進(jìn)一步積極創(chuàng)造新產(chǎn)品、開拓新市場.為了回應(yīng)客戶的期待,京瓷晶體振蕩器,有源晶振,溫補(bǔ)晶振,石英晶振 ,壓控振蕩器,在價(jià)格、質(zhì)量、服務(wù)等所有方面都滲透“客戶第一”的理念,不斷為全球市場奉獻(xiàn)新價(jià)值.

 日本京都陶瓷晶振集團(tuán)是一家追求哲學(xué)的電子元器件制造商,所有企業(yè)社會責(zé)任活動(dòng)都是立于哲學(xué)的基礎(chǔ)上,在節(jié)能與環(huán)保方面出了很大精力和資金.為表彰京瓷晶振公司做出努力和有效的結(jié)果,連續(xù)6年在日本環(huán)境部獲得全球暖化預(yù)防活動(dòng)獎(jiǎng),使京瓷公司晶振產(chǎn)品的無鉛化更深入人心.由于受到政府的扶持,京瓷集團(tuán)旗下生產(chǎn)的石英晶振,陶瓷晶振,插件晶振,貼片晶振,有源晶振,溫補(bǔ)晶振,XO晶振等產(chǎn)品,迅速在全球范圍內(nèi)增加大批新客戶,持續(xù)全球化的影響力.

    石英晶體振蕩器是一種最普通的有源晶振,有SPXO也有XO系列,英文簡稱是OSC.日本京瓷集團(tuán)制造的晶體振蕩器,在很多生產(chǎn)廠家們的眼里,都是高端晶振的代表,最明顯的優(yōu)勢是封裝尺寸小,而且比較薄,重量輕,很適合現(xiàn)在的高級電子和智能電子產(chǎn)品使用.尤其是當(dāng)2016有源晶振出現(xiàn)后,更讓京瓷公司的名聲大振,帶來源源不斷的客戶,口碑更上一層樓.

京瓷晶振,NDK晶振,精工晶振,愛普生晶振,KDS晶振等都是日本在國內(nèi)使用比較多的品牌.億金電子滿足市場需求,代理日本進(jìn)口晶振,封裝尺寸繁多,全新原裝,價(jià)格優(yōu)勢.京瓷晶振具有體積小,精度穩(wěn)定,厚度薄等特點(diǎn),產(chǎn)品均采用IS09002質(zhì)量管理體系進(jìn)行生產(chǎn),符合歐美ROHS環(huán)保要求.

      Ecliptek日蝕晶振公司成立于1987年,是一家石英晶振晶體,貼片晶振頻率元件控制市場上公認(rèn)的領(lǐng)導(dǎo)者.日蝕晶振公司擁有先進(jìn)的產(chǎn)品和領(lǐng)先的技術(shù)使我們能夠?yàn)榭蛻籼峁┳詈玫氖⒕w,貼片晶振,石英水晶和有源晶振,石英晶體振蕩器,貼片振蕩器產(chǎn)品.

      美國日蝕晶振在行業(yè)也具備了一定的知名度,日蝕晶振公司擁有先進(jìn)的產(chǎn)品和領(lǐng)先的技術(shù)使我們能夠?yàn)榭蛻籼峁┳詈玫氖⒕w,貼片晶振,32.768K晶振和有源晶振,石英晶體振蕩器,貼片振蕩器產(chǎn)品.

      對于目前的市場上來說,小體積的產(chǎn)品才是主打產(chǎn)品,也是各領(lǐng)域中需求量較多的貼片晶振,小體積的產(chǎn)品具備更高的穩(wěn)定性和可靠性能,E4WSDC12-32.768K晶振、E8WSDC12-32.768K晶振等以上表格所有產(chǎn)品,均為目前市場上最小體積的32.768K晶振,該系列產(chǎn)品體積小型,厚度薄,重量輕,均符合歐盟ROHS標(biāo)準(zhǔn),滿足無鉛高溫回流焊接曲線要求.32.768K時(shí)鐘晶振主要使用于時(shí)鐘產(chǎn)品等領(lǐng)域,其他產(chǎn)品看是否匹配.

晶振英文名為Crystal,它是時(shí)鐘電路中最重要的部件,它的作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準(zhǔn)頻率,它就像個(gè)標(biāo)尺,工作頻率不穩(wěn)定會造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定,自然容易出現(xiàn)問題.由于制造工藝不斷提高,現(xiàn)在石英晶振的頻率偏差、溫度穩(wěn)定性、老化率、密封性等重要技術(shù)指標(biāo)都很好,已不容易出現(xiàn)故障,但在選用時(shí)仍可留意一下晶振的質(zhì)量.

有源晶振是采用石英晶體的振蕩器,它的精度很高,而且能產(chǎn)生非常穩(wěn)定的頻率,穩(wěn)定性也要好于分立元件式振蕩器.在作用上來看,可以說晶振是各板卡的“心跳”發(fā)生器,人的“心跳”如果亂了就會生病,同樣,如果電腦板卡的“心跳”亂了同樣會出現(xiàn)各種怪故障.

IDT集團(tuán)旗下的有源晶振產(chǎn)品數(shù)量和種類非常之多,尤其是3225晶振,2520晶振之類的常規(guī)封裝尺寸,例如型號是4HF晶振這顆料,年產(chǎn)量至少在7000萬顆以上,出口到五十多個(gè)不同的國家和地區(qū).每一款晶振型號后面還有很多規(guī)格,挑選合適的參數(shù)才能使自己的產(chǎn)品發(fā)揮出最好的作用,反之有可能會引起不起振,誤差大等不良效果.為避免發(fā)生這種尷尬的局面,億金電子特意收集了IDT石英晶體振蕩器4HF晶振6腳4HF050000Z3AACXGI晶振編碼對照表,其中頻率包括50MHZ,100MHZ,106.25MHZ三種頻率,頻率穩(wěn)定度均在±50ppm范圍,更多相關(guān)參數(shù)信息歡迎查看億金技術(shù)支持.

來自美國加州圣何塞市的IDT晶振公司是近年來比較成功打開中國市場的歐美進(jìn)口晶振品牌,享有崇高的國際地位,在歐洲,南美和北美洲地帶晶體振蕩器產(chǎn)品銷量非常火爆.專注于高端有源晶振的創(chuàng)新發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用,是一家專業(yè)為高級科技智能產(chǎn)品提供頻率元件解決方案的生產(chǎn)制造商,所有的石英晶體振蕩器,壓控晶振,差分晶振都是依據(jù)世界環(huán)保概念和質(zhì)量認(rèn)證生產(chǎn).

石英晶體的原子面符號

石英晶體和非晶體本質(zhì)差別在于它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在周期性。為了描述晶體結(jié)構(gòu)的周期性,用空間點(diǎn)陣來模擬晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。通過點(diǎn)陣的“點(diǎn)子”作三組向不同的平行線,就構(gòu)成了空間格子,稱為“晶格”,如圖1.2.1。

圖1.2.1晶格示意圖

整個(gè)空間格子是由一個(gè)單元重復(fù)排列的結(jié)果,這個(gè)重復(fù)單元就稱為“晶胞”。晶胞是石英晶體結(jié)構(gòu)的基本單元,晶胞的形狀和大小由晶胞參數(shù)(晶胞的幾個(gè)邊長和這幾個(gè)邊長之間的夾角)來決定。晶胞的選擇不是唯一的,除反映晶體內(nèi)部的周期性外,還要反映晶體的外部對稱性。

石英晶體的晶胞是選擇如圖1.2.2所示的六角晶胞,其晶胞參數(shù)為c=b=d4.9404A;c=5.394A;a=B=90°;y=120°

圖1.2.2六角晶胞示意圖

在晶體點(diǎn)陣中,通過任一點(diǎn)子,可以作全同的原子面和一原子面平行,構(gòu)成一族平行原子面。這樣一族原子面包含了所有點(diǎn)子,它們不僅平行而且等距,各原子面上點(diǎn)子分布情況相同。晶體中有無限多族平行原子面。不同族原子面在石英晶振晶體中的方位不同,原子面的間距不同,原子在原子面上的分布不同,相應(yīng)的物理性質(zhì)也不同。因此,我們用原子面指數(shù)來表示該族原子面的方位,代表該族原子面。為了表明各個(gè)原子面,一般采用原子面指數(shù)(hk)表示,只有三角晶系和六角晶系才采用原子面指數(shù)(hki1)表示,現(xiàn)分別介紹如下。

一、一般晶系原子面指數(shù)表示法

從幾何學(xué)中知道要描述一個(gè)平面的方位,就要選一個(gè)坐標(biāo)系,然后標(biāo)出這個(gè)平面在此坐標(biāo)軸上的截距,或標(biāo)出這個(gè)平面的法線在此坐標(biāo)系中的方向余弦,描述原子面的方位也是如此。選某一原子(或離子、分子)的重心為坐標(biāo)原點(diǎn),以晶胞的三個(gè)邊a、b、c(即晶軸)為坐標(biāo)系,但應(yīng)注意：

(1)由貼片晶振晶軸組成的坐標(biāo)系不一定是直角坐標(biāo)系

(2)晶軸上的長度單位分別為晶格常數(shù)a、b、c,所以截距的數(shù)值是相應(yīng)晶格常數(shù)的倍數(shù)。

例如M1、M2、M3原子面與三個(gè)晶軸分別交于M1、M2、M3點(diǎn),如圖1.2.3所示,三個(gè)截距為

圖1.2.3(236)原子面

知道了原子面在坐標(biāo)中的截距,就等于知道原子面在晶體中的方位,所以也可用截距p、q、r來標(biāo)志原子面,但由于原子面與某晶軸平行時(shí)相應(yīng)的截距為無限大,為了避免出現(xiàn)無限大,改用截距倒數(shù)的互質(zhì)比。

來標(biāo)記原子面,為了簡化常略去比例記號,采用(hk)表示,(hk)就稱為原子面指數(shù)(或晶面指數(shù)、密勒指數(shù)),例如圖1.2.3中原子面指數(shù)為(2,3,6)即：

有時(shí)也稱MM2M3平面為(2,3,6)原子面,圖1.2.4中標(biāo)出了一些簡單的原子面指數(shù),因?yàn)?b>有源晶振,石英晶振晶軸有正向、負(fù)向之分,所以原子面指數(shù)也有正、負(fù)之分,通常將負(fù)號寫在指數(shù)的上面,例如(010)原子面,就表示原子面與a軸、c軸平行,與b軸的截距為-b。

圖1.24一些簡單的原子面指數(shù)

六角晶系和三角晶系原子面指數(shù)表示法上述原子面表示法可用于全部晶系,具有普遍性,但在六角晶系中采用四個(gè)晶軸的坐標(biāo)系比較方便,四個(gè)晶軸中的a、b、d、軸在同一平面上,互成120°0,夾角,c軸則與此平面垂直。原子面指數(shù)(hk1)中h、k、i、l則分別對應(yīng)于a、b、d、c軸截距倒數(shù)的互質(zhì)比。例如,某原子面與四個(gè)晶軸分別交于M1M2M3M4點(diǎn),如圖1.2.5所示四個(gè)截距為

OM2=pa=4a

OM2=qb=4b

OM3=rc=2c

OM4=td=-2d

圖1.2.5(1122)原子面

這些截距倒數(shù)的互質(zhì)比為

可見圖M1M2M3M4面的原子面指數(shù)為 (1122)。

圖12.2表示六角晶胞的原子面指數(shù),圖1.2.5表示右旋石英晶振,石英晶體的部分原子面指數(shù),從這些的原子面指數(shù)中可以看出:

(1)存在這樣的規(guī)律,即h+k+i=0。這就是說,在h,k,i中,只要知道其中兩個(gè)即可確定第三個(gè),利用這種關(guān)系,有的資料中把原子面指數(shù)(h k i l)簡寫為(h k l)。

(2)通過(hkiD)原子面的前三個(gè)指數(shù)h,k,i全部排列,可得六個(gè)原子面,這六個(gè)原子面與z軸平行,X射線的反射角(即掠射角) θ相同。其物理性質(zhì)也相同。如(1010)原子面,將前三個(gè)指數(shù)全部排列,即得六個(gè)原子面為(1010),(1100),(0110),(100),(0110),(1010)這就是石英晶體的六個(gè)m面。

(3)通過對(hki1)原子面的三個(gè)指數(shù)h,k,l全排列,以及將第四個(gè)指數(shù)l(l0)變號后再排序,可得十二個(gè)原子面,根據(jù)晶體的對稱性發(fā)現(xiàn)這十個(gè)原子面可分為二組,每組六個(gè)原子面,同一組原子面的性質(zhì)完全相同例如:(1011)原子面,將前三個(gè)的指數(shù)全排列,即得六個(gè)原子面為(101i),(1101),(0111),(1101),(011),(1011)將第四個(gè)指數(shù)變號后,再全排列,又得六個(gè)原子面為(1011),(101),(011),(1101),(0111),(1011)將這十二個(gè)原子面分成兩組,前三個(gè)和后三個(gè)原子面為一組,中間六個(gè)原子

面為一組,即:

甲組:(1011),(1101),(0111),(1101),(0111),(1011)

乙組:(1101),(011),(1011),(1011),(1101),(01)

將這些結(jié)果與圖1.2.6比較,即可看出,甲組原子面就是石英晶體中的六的R面,乙組原子面就是石英晶體中的六個(gè)r面

(a)右旋石英晶體(b)上部R面和r面(c)下部R面和r面

圖1.2.6右旋石英晶體的原子面指數(shù)

石英晶體的彈性性質(zhì)

在外力作用下,物體的大小和形狀都要發(fā)生變化,通常稱之為形變。如果外力撤消后,物體能恢復(fù)原狀,則這種性質(zhì)稱為物體的彈性;如果外力撤消后,物體不能恢復(fù)原狀,則這種性質(zhì)就稱為物體的塑性。自然界既不存在完全彈性的物體,也不存在完全塑性的物體。對于任何物體,當(dāng)外力小時(shí),形變也小,外力撤消后,物體可完全復(fù)原;當(dāng)外力大時(shí),形變也大。若外力過大,形變超過一定限度,物體就不會復(fù)原了。這就說明,物體有一定的彈性限度,超過這個(gè)限度就變成塑性。與壓電有關(guān)的問題,都屬于彈性限度范圍內(nèi)的問題。因此,這里僅討論物體的彈性性質(zhì)。

一、應(yīng)力

選兩根長度相等,粗細(xì)不同的橡皮繩,當(dāng)這兩根橡皮繩受到相同的拉力作用時(shí),顯然,細(xì)橡皮繩比粗橡皮繩拉得長一些。為什么在相同的外力作用下,它們的伸長量不一樣呢?這是因?yàn)閮筛鹌だK的粗細(xì)不一樣,也就是橫截面的大小不樣。由此可見,在拉力的作用下,物體的伸長量不僅與力的大小有關(guān),而且還與物體的橫截面的大小有關(guān)。為了計(jì)入橫截面大小的影響,引入單位面積的作用力(即應(yīng)力)這個(gè)概念,它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

式中,T為應(yīng)力,F為作用力,A為橫截面(即力的作用面積)。通常規(guī)定作用力為拉力時(shí),T>0,作用力為壓力時(shí),T<0。

二、應(yīng)變

選擇兩根長度不等,但粗細(xì)相同的橡皮繩,當(dāng)這兩根橡皮繩受到相同的拉力作用時(shí),它們的應(yīng)力相同,而伸長量不同,即長橡皮繩比短橡皮繩拉得長一些。由此可見,物體的伸長量不僅與應(yīng)力有關(guān),而且還與原來的長度有關(guān)。為了計(jì)入長度的影響,引入單位長度的伸長量(即應(yīng)變)這個(gè)概念。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

                              (2.2.2)

式中,S為應(yīng)變,l為原長,△l為伸長量,△l為單位長度的伸長量(或相對伸長量)。

三、正應(yīng)力與正應(yīng)變

如圖2.2.1(a)所示的小方片,當(dāng)它受到x方向的應(yīng)力作用時(shí),除在x方向產(chǎn)生伸長外,同時(shí)在y方向也產(chǎn)生收縮,如圖2.2.1(b)所示。同樣,當(dāng)小方片受到y方向的應(yīng)力作用時(shí),除了在y方向產(chǎn)生伸長外,同時(shí)在x方向也產(chǎn)生收縮

如圖2.2.1(c)所示。上述

 (a)未受力情況(b)沿x方向受力時(shí)的形變情況(c)沿y方向受力時(shí)的形變情況

圖2.2.1小方片應(yīng)力、應(yīng)變示意圖

沿x方向應(yīng)力和y方向應(yīng)力的特點(diǎn)是,力的方向與作用面垂直(或力的方向與作用面的法線方向平行)。為了反應(yīng)這兩個(gè)方向在應(yīng)力符號上要附加兩個(gè)足標(biāo),例如Tx和Ty。應(yīng)力的第一個(gè)足標(biāo)表示力的方向,第二個(gè)足標(biāo)表示作用面的法線方向。同理,應(yīng)變也有兩個(gè)足標(biāo),例如Sx和Sy應(yīng)變的第一個(gè)足標(biāo)表示原長度的方向,第二個(gè)足標(biāo)表示伸長量的方向,Tx、Ty又稱正應(yīng)力(或伸縮應(yīng)力),Sx、Sy又稱為正應(yīng)變(或伸縮應(yīng)變)為了簡便,通常將足標(biāo)中的(x,y,z)用(1,2,3)表示,而且將雙足標(biāo)簡化為單足標(biāo),雙足標(biāo)與單足標(biāo)的關(guān)系如表2.2.1所示。

四、切應(yīng)力與切應(yīng)變

形變前為一正方形的薄片,在形變后變?yōu)榱庑?/span>,這樣的形變稱為石英晶振晶體的切變,如圖22.2所示。從圖中看出,切變的特點(diǎn)是形變前、后四個(gè)邊之間的夾角發(fā)生了變化,一個(gè)對角線被拉長,另一個(gè)對角線被壓縮。而且角度6xy和eyx的變化越大,切變越大。因此切應(yīng)變與這兩個(gè)角度之間的關(guān)系為：

顯然,S6這種切應(yīng)變,在如圖2.2.3所示的兩對應(yīng)力(Tyx,Tyx和Txy,Tyx)的作用下產(chǎn)生的,而這兩對應(yīng)力稱為切應(yīng)力。石英晶振,有源晶振,石英晶體諧振器等壓電水晶元件切應(yīng)力的特點(diǎn)是:力的方向與作用面平行,它可以使物體產(chǎn)生切變,而不能使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng),故有:

Tyx= Txy = T21 = T12 =T6

五、應(yīng)力張量和應(yīng)變張量

由于應(yīng)力不僅與作用力的方向有關(guān),而且還與作用面的法線方向有關(guān),所以,在三維情況下,應(yīng)力分量有9個(gè),如圖224所示。其中,正應(yīng)力為:

這就是說,應(yīng)力張量只有6個(gè)獨(dú)立分量,為了運(yùn)算方便,在晶體物理中常將應(yīng)力張量寫成一列矩陣,即:

與應(yīng)力張量的情況相同,應(yīng)變張量也只有6個(gè)獨(dú)立分量。在晶體物理中常將應(yīng)變張量寫成一列矩陣,即：

式中S1、S2、S3分別表示沿x、y、z方向的正應(yīng)變;S4、S5、S6分別表示沿x、y、z平面的切應(yīng)變。

六、應(yīng)變分量與位移分量之間的關(guān)系

設(shè)u、v、w分別表示沿x、y、z方向的位移分量,則應(yīng)變分量與位移分量之間的關(guān)系為:

在石英晶振桿上選一小段AB,如圖22.5(a)所示,若A端的位置坐標(biāo)為x,B端的位置坐標(biāo)為x+dx,則AB小段的原長為:

x+dx-r=dx

在外力作用下,若A端的位移為u,B端的位移為u+dh,則AB兩端的相對位移為

u+du-u=du

當(dāng)da=0時(shí),它表示AB兩端的位移相等,即原長不變。當(dāng)dh≠0時(shí),它表示AB兩端的位移不等,即AB段的長度發(fā)生了變化,而dh就是等于它沿x方向的伸長量。根據(jù)正應(yīng)變的定義:沿x方向的正應(yīng)變S1等于x方向的伸長量與x方向上的原長之比,即得到     S1=正應(yīng)變S2和S3與S1的情況類似。

再以切應(yīng)變S6為例。根據(jù)切應(yīng)變的定義:

切應(yīng)變S4和S5與S6的情況類似。

七、應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系一彈性定律

實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn),在彈性限度范圍內(nèi),有源晶振,石英晶體振蕩器應(yīng)力大時(shí),應(yīng)變也大;應(yīng)力小時(shí),應(yīng)變也小。人們根據(jù)長期的生產(chǎn)實(shí)踐,總結(jié)了這個(gè)規(guī)律,稱為彈性定律或廣義胡克定律,即“在彈性限度范圍內(nèi),物體內(nèi)任意一點(diǎn)的應(yīng)變分量與該點(diǎn)應(yīng)力分量之間存在線性關(guān)系”。對于完全各向異性體(如三斜晶系),彈性定律的數(shù)學(xué)表示式為:

式中系數(shù)S稱為彈性柔順常數(shù),并有Sij=Sji(i≠j),由式(2.2.8)可以看出不僅正應(yīng)力能產(chǎn)生正應(yīng)變,而且切應(yīng)力也能產(chǎn)生正應(yīng)變;同樣,不僅切應(yīng)力能產(chǎn)生切應(yīng)變,而且正應(yīng)力也能產(chǎn)生切應(yīng)變。這就是說,在一般情況下,應(yīng)變與應(yīng)力之間的關(guān)系是比較復(fù)雜的。

石英晶體無論是天然的還是人造的,都不同程度地存在一些疵病(缺陷)。它們不僅是由于在石英晶體生長過程中受到種種條件的影響而產(chǎn)生,就是在已形成的晶體中和生長完成后,外界條件的變化(主要是溫度)產(chǎn)生的缺陷。這些缺陷會影響其可用程度和石英晶體元件的性能,以下簡要介紹幾種常見的缺陷。

一、雙晶

雙晶是指兩個(gè)以上的同種晶體,按一定規(guī)律相互連生在一起。即在同塊晶體中,同時(shí)存在兩個(gè)方位不同的左旋部分(或右旋部分)。其中一部分繞Z軸轉(zhuǎn)180°后方與另一部分連生在一起,這兩部分的z軸彼此平行,所以兩部分的光學(xué)性能相同,而電軸兩部分相差180°,故它們的極性相反(見圖1.4.1)。

光雙晶是異旋晶體的連生,即在一塊貼片晶振晶體中,同時(shí)存在左旋和右旋兩個(gè)部分,它們連生在一起,左旋和右旋的光軸彼此平行,但旋光性相反,此外電軸極性也相反(見圖1.4.2)。

(a)左旋石英晶體的極性;(b)繞光軸轉(zhuǎn)180°°后左旋石英晶體的極性C)電雙晶的極性;

圖1.4.1電雙晶極性示意圖

(a)左旋石英晶體的極性;(b)右旋石英晶體的極性;(c)光雙晶的極性;

圖1.4.2光雙晶極性示意圖

電雙晶又稱道芬雙晶;光雙晶又稱巴西雙晶。雙晶的邊界可用氫氟酸腐蝕顯示出來(見圖1.4.3)。

雙晶多出現(xiàn)在天然石英晶體中,但在石英晶體諧振器晶片加工中也會誘發(fā)出雙晶。例如：石英晶片加熱溫度超過573℃,或雖然不超過573°C,但石英片內(nèi)部溫度梯度太大,都可能產(chǎn)生電雙晶;又如:晶片研磨時(shí),由于機(jī)械應(yīng)力的作用,可能產(chǎn)生微小的道芬雙晶。

(a)電雙晶腐蝕圖像(b)光雙晶腐蝕圖像

圖1.4.3電雙晶、光雙晶在z平面上的腐蝕圖像

在壓電石英晶體元件中,一般不允許含有雙晶,若要利用含有雙晶的石英晶片時(shí),則對雙晶的位置和比例要嚴(yán)加限制,因此在石英晶片加工中,要力求避免雙晶的出現(xiàn)

二、包裹體

石英晶體中往往含有固體、膠體和氣—一液體三種包裹體。

固體包裹體是混雜在晶體內(nèi)部的其它礦物質(zhì),天然石英晶振,石英晶體中固體包裹體大部分是圍巖碎屑和黃鐵礦、金紅石等。人造石英晶體的固體包裹體主要是硅酸鐵鈉( NaFesi2O6.2H2O),它是由高壓釜內(nèi)壁被腐蝕脫落的亞鐵離子和其它離子,與NaOH或Na2CO3溶液和SiO2等產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而形成的。

膠體包裹體是含鉀(K)、鈉(Na)硅酸鹽膠體所組成。它是由于石英晶體生長過程中,溫度發(fā)生波動(dòng)時(shí)溶液中的二氧化碳達(dá)到超飽和狀態(tài),來不及結(jié)晶而形成膠體包裹體。

氣一液包裹體中的液體主要是水溶液、碳酸和其它混合液,氣體是二氧化碳及揮發(fā)性化合物等,氣一液包裹體多集中在晶體底部包裹體是石英晶體的一種主要缺陷,實(shí)驗(yàn)表明,如果晶片中含有大的針狀包裹體時(shí),對石英晶體元件的電性能影響很大。

石英晶體的包裹體可用顯微鏡觀察法或油槽觀察法等進(jìn)行檢查

三、藍(lán)針

石英晶體中藍(lán)色針狀的缺陷稱為藍(lán)針。

藍(lán)針形成的原因很多,有人認(rèn)為藍(lán)針內(nèi)部包含有鐵、錳、銅、鋅等金屬氧化物,在這些氧化物外部還有密集的小氣泡或小水珠,當(dāng)光線通過它們時(shí),除藍(lán)色光線外,其它光都被吸收掉,因此在晶體內(nèi)部呈現(xiàn)藍(lán)色針狀缺陷。還有人研究發(fā)現(xiàn),存在藍(lán)針的地方有很細(xì)的裂縫,它與晶體原有宏觀裂隙平行生長,說明藍(lán)針是屬于晶體內(nèi)部機(jī)械破壞的結(jié)果。

對一般應(yīng)用的壓電石英水晶振蕩子,石英晶振,貼片晶振晶片可以存在藍(lán)針,但用于制造穩(wěn)定度高的和頻率比較高的石英晶體元件時(shí),不允許其石英晶片有藍(lán)針存在。

四、其它疵病

在一些晶體中,可隱隱看出數(shù)個(gè)晶體的影子,這叫幻影或稱魔幻。它是由于晶體生長中斷了一段時(shí)間,后來又在晶面上繼續(xù)結(jié)晶而形成的?；糜捌茐牧司w格架的完整性,影響晶體的彈性,屬晶體內(nèi)部深處的缺陷。

裂隙是存在于晶體內(nèi)部的小裂縫。它的形成可能是由于生長區(qū)中二氧化硅供應(yīng)不足,雜質(zhì)分布不均勻,籽晶不完善,機(jī)械應(yīng)力和溫度變化不均勻等緣故節(jié)瘤是由許多小晶塊構(gòu)成的鑲嵌結(jié)構(gòu),其形狀像是很小的晶體鑲嵌到大晶體的表面。這種鑲嵌結(jié)構(gòu)是受溫度、壓力、溶液飽和程度和混合物數(shù)量等生長條件影響而形成.

石英晶體振蕩器,有源晶振,石英晶振晶體內(nèi)部某處有集中的許多微小氣泡和小裂隙,呈現(xiàn)白色如棉花狀,這種缺陷俗稱為棉。