五大要点概述石英晶振晶体

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一、晶体的基本原理

石英晶体利用的基本原理是其固有的压电特性。在施加机械应力时，压电性来自诸如石英的晶体。晶体的相对侧变为带电的，并且电位差与所使用的应力量成比例。逆转应力也会使电荷反转。此外，压电效应是可逆的。晶体将作为机械应变经历变化的电势，因为它开始与施加的变化电压成比例地振动。

现代石英晶体振荡器基于如下原理：如果在其表面上施加交流电，则正确安装和支撑的石英晶体将以非常确定的频率机械振动。频率取决于晶体的尺寸：对于AT型切割坯料，晶体越薄，振动频率越高。振动晶体以其共振频率消耗功率。因此，它可以用作振荡器电路中的频率控制元件。

二、石英晶振晶体广泛应用

石英晶振晶体几乎可用于各种现代通信设备，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，利用晶体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。

三、石英晶振晶体的生长

石英晶振的生长仅涉及从小芯片中溶解石英并使石英在准备好的种子上生长。这些包括批量过程，需要大约21天才能得到所需尺寸的晶体。每天大约需要一半的时间将电荷和设备带到工作温度。

采用水热法，将石英片溶解在氢氧化钠溶液中。温度保持在溶液的临界温度以上。石英的生长过程由双区温度系统控制，使得较高的温度存在于溶解区中而较低的温度存在于生长区中。

在实际的制造过程中，石英碎片或营养物被放置在长立式钢制高压釜的底部，该高压釜专门设计用于承受高温和高压。沿基面切成的石英晶片悬浮在种子容器的顶部区域。加入计算量的去离子水和氢氧化钠颗粒并密封容器。现在施加外部热量以实现两个等温区。特殊的绝缘和精心控制的加热模式对于获得适当的结果非常重要; 原石的小石英碎片被苛性碱溶液溶解。

最重要的是温度控制，因为温度影响营养物的溶解速率，石英在种子上的沉积和区域之间营养物的对流转移。例如，区域之间的高温差导致快速生长，然而，如果温差太高，将发生种子断层。通过实践经验，建立了约38摄氏度的可行差异。

四、振动模式和定向角

石英晶振晶体是一种具有固有高Q值的压电材料。它能够将电能转换为机械能，反之亦然。通过相对于其轴以各种角度切割新石英，可以获得具有不同振动模式和不同温度特性的各种坯料。图1和图2示出了Z板石英晶体的取向角，其中对于最常使用的振动模式，晶体单元的第一频率温度系数在正常室温附近变为零。

五、石英晶振晶体制造过程.石英晶振的制造可分为四个部分：切割， 研磨， 整理和 质量控制。

A.  切割

切割操作是在石英棒上进行的第一个过程。用特殊的切片机将棒切成尺寸为1.27mm×1.27mm×0.04mm的小方形骰子。切割骰子的角度对于成品石英晶振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”切下的石英骰子，称为“空白”，现在经过研磨精密研磨机。当晶体被研磨时，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。随着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生成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。在每个石英晶振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，在各个制造步骤中，确定有利的产量。在完成完成的装置之前，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”以确保晶振与其环境密封，以防止单元的劣化。