(整理)石英晶體基礎(chǔ)知識(shí).(最新整理)

1、精品文檔石英晶體基礎(chǔ)知識(shí)目 錄一、石英晶體的基本知識(shí)21、化學(xué)物理特性22、石英晶體的振動(dòng)模式33、石英晶片的切型5二、at 石英諧振器的特性81、頻率方程82、at 切石英諧振器的頻率溫度特性8三、at 切石英諧振器的加工制造151、x 光定向粘板152、石英晶片切割163、x 光測(cè)角174、粘砣，切籽晶及改圓175、研磨186、滾筒倒邊187、石英片的腐蝕198、鍍基膜199、石英晶體的裝架2010、微調(diào)2211、真空烘烤和封裝2212、密封性能檢查2313、石英諧振器的老化2314、石英諧振器的測(cè)試23精品文檔一、 石英晶體的基本知識(shí)1、化學(xué)物理特性 水晶的成份sio2，在常壓下不同溫度

2、時(shí)，石英晶體的結(jié)構(gòu)不同，溫度t573時(shí)石英晶體，當(dāng)573t870時(shí)石英晶體，熔點(diǎn)是1750，我們通常說(shuō)的壓電石英晶體指石英晶體。 具有壓電特性： 發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)：某些介質(zhì)由于外界機(jī)械作用（如壓縮，拉伸等等）而在其內(nèi)部發(fā)生極化， 產(chǎn)生表面電荷的現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)：某些介質(zhì)置于外電場(chǎng)中，由于電場(chǎng)的作用，會(huì)引起介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心的位移，導(dǎo)致介質(zhì)發(fā)生形變，這種效應(yīng)稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。石英晶體在沿x 軸（或y 軸）方向的力的作用時(shí)，在x 方向產(chǎn)生壓電效應(yīng)， 而y 和z 方向不產(chǎn)生壓電效應(yīng)，x 軸稱(chēng)為電軸，y 軸稱(chēng)為機(jī)械軸。 具有各向異性：石英晶體是一種良好的絕緣材料，導(dǎo)熱系數(shù)在室溫附近，沿z軸方向是

3、垂直于z 軸方向的2 倍左右，沿z 軸方向的線(xiàn)性膨脹系數(shù)a3 約為沿垂直于z 軸方向線(xiàn)性膨脹系數(shù)a1 的1/2，其介電系數(shù)，壓電系數(shù)d 等隨方向的不同其數(shù)值也不同，在不同溫度，導(dǎo)熱系數(shù)k 與膨脹系數(shù)a 的數(shù)值也不同。 是外形高度對(duì)稱(chēng)的單晶體，其特征是原子和分子有規(guī)則的排列發(fā)育良好的石英晶體，外形最顯著的特點(diǎn)是晶面有規(guī)則的配置，石英晶體的晶面共30 個(gè)，六個(gè)m 面（柱面），六個(gè)r 面（大棱面）六個(gè)r 面（小棱面）六個(gè)s 面（三方偏錐面)，六個(gè)x 面（三方偏面），相鄰m 面的夾角度為60，相鄰m 面和r 面的夾角與相鄰m 面和r 面的夾角都等于3813，相鄰s 面與x 面的夾角為2557。石英晶體

4、存在一個(gè)三次對(duì)稱(chēng)軸c 和三個(gè)互成120的軸a、b、d，在討論石英晶體的物理性質(zhì)時(shí)，采用下圖所示的直角坐標(biāo)系較為方便，選c 軸為z 軸，a（或b、d）軸為x 軸，與x 軸z 軸垂直的y 軸，其指向按1949 年ire 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)左右旋晶體均采用右手直角坐標(biāo)系。如圖：a、b、c、d 為晶體坐標(biāo)系x、y、z 為直角坐標(biāo)系 具有雙折射現(xiàn)象：但當(dāng)光沿z 軸方向射入時(shí)不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，所以又稱(chēng)z 軸為光軸。 石英晶體的密度=2.65g/cm2，硬度為莫氏硬度7，在常溫常壓下不溶于三酸（hcl,h2so4,hno3），屬于溶解度極小的物質(zhì)，但是氫氟酸和氟化氫銨卻是石英晶體良好的溶解液，其化學(xué)反應(yīng)方程式si

5、o2+4hf=sif4+2h2o （3sif4+3h2o=h2sio3+2h2sif6） sio2+4hf+2nh4f=（nh4）2sif6+2h2o其特性用于石英片的腐蝕。2、石英晶體的振動(dòng)模式：石英晶片在電場(chǎng)作用下，由于內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力而形變，從而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，晶片的振動(dòng)都是單純的周期振動(dòng)，所謂周期（t）就是機(jī)械波在傳播過(guò)程中完成一次循環(huán)所需的時(shí)間，周期的倒數(shù)f 是單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)，我們稱(chēng)為頻率，單位是hz（赫茲）或千赫茲（khz）或兆赫茲（mhz），石英晶體的振動(dòng)形式有伸縮振動(dòng)、彎曲振動(dòng)、面切變振動(dòng)和厚度切變振動(dòng)，按照不同的使用要求，石英諧振器的頻率f從幾千赫茲到幾百兆赫茲，采用不同的振

6、動(dòng)模式和不同的晶片尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品所要求的頻率。 長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式：當(dāng)晶片的長(zhǎng)度lt（厚度）及w 寬度時(shí)，其振動(dòng)模式的頻率f1/l 即fn=nkr/l（n=1、2、3）例：x+5kr=2820khz,mm 頻率范圍50400khz 彎曲振動(dòng)模式當(dāng)lt，w 時(shí)fw/l2 fn=nkw/l2 （n=1、2、3）例：nt5/-50 kr=44885590（w/l：0.110.33） （khz,mm） 頻率范圍：16mhz100khz 面切變振動(dòng)模式tl.w 時(shí)頻率方程：f1/l fn=nkr/l （n=1、2、3） 例：ct3730 kr=3082khz.mm（w/l=1） 頻率范圍100khz600

7、khz 厚度切變振動(dòng)模式：頻率f1/t 即fn=nkr/t （n=1、2、3） 例：at 35 kr=1670khz,mm頻率范圍500khz350mhz bt -49 kr=2650khz,mm頻率范圍 3mhz75mhz3、石英晶片的切型石英晶片對(duì)晶體坐標(biāo)軸某種方位的切割稱(chēng)為石英晶片的切型。由于石英晶體的各向異性，不同切型的石英片，因其彈性性質(zhì)，壓電性質(zhì)，溫度性質(zhì)不同，其電特性和熱特性也各異。下圖表示的是各種切型的位置： 切型符號(hào)表示：石英晶體的切型符號(hào)有兩種表示方法，一種是ire 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號(hào)表示法，另一種是石英晶體所特有的習(xí)慣符號(hào)表示法。ire 規(guī)定的切型符號(hào)用一組字母（xyzlwt

8、）和角度表示，用xyz 中三個(gè)字母的先后排列來(lái)表示晶片的厚度和長(zhǎng)度沿坐標(biāo)軸的原始方位，用t（厚度）、l（長(zhǎng)度）、w（寬度）來(lái)表示旋轉(zhuǎn)的方位，角度的正號(hào)表示逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)、負(fù)號(hào)表示順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。例：（yxl）35 原始晶片角度：y 方向原始晶片長(zhǎng)度：x 方向繞長(zhǎng)度方向（x 軸）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)35即得到晶片的切割方位，（xytl）5/-50厚度t（x 軸）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)5，再繞長(zhǎng)度l（y 軸）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)50，即是石英片的切割方位。石英晶體的習(xí)慣符號(hào)多數(shù)用二個(gè)英文大寫(xiě)字母表示，例（yxl）35切型習(xí)慣符號(hào)用at 表示，（xytl）5/-50用nt 表示。 常用石英晶體切型：二、 at 石英諧振器的特性1、頻率方程

9、 特點(diǎn)：a、頻率高，范圍寬500khz350mhz。b、壓電活力高。c、寬溫度范圍內(nèi)（-5585）頻率溫度特性好。d、加工方便，體積小，適于大批量生產(chǎn)。 振動(dòng)頻率方程：fn=n kr/t (n=1、3、5、7) 當(dāng)l/t20 w/l20或/t60 時(shí)，上式kr=1670khz.mm例：25mhz，fundamental 時(shí)，厚度是66.8m再薄的實(shí)際上加工不可能，而利用overtone 的形式，可加工具有從25mhz 到200mhz 頻率的晶體。2、at 切石英諧振器的頻率溫度特性 溫度特性：石英諧振器的頻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)。石英諧振器的頻率溫度特性方程為：f/f0=(f-f0)/f0=

10、a0(t-t0)+b0(t-t0)2+c0(t-t0)3其 中 t：任意溫度t0：參考溫度f(wàn)0：在參考溫度t0 時(shí)的頻率a0、b0、c0 為t0 時(shí)的一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)溫度系數(shù)。石英諧振器的溫度系數(shù)tr=(l/f0)*(df/dt)=a0+2b0(t-t0)+3c0(t-t0)2 其中：a0=(l/f0)* (df/dt) t-t0 b0=(1/2f0)*(d2f/dt3) t-t0 c0=(1/6f0)*(d3f/dt3) t-t0tr 為任意溫度t 時(shí)的頻率溫度系數(shù)，tr 絕對(duì)值的大小表示該溫度附近頻率隨溫度變化的大小，當(dāng)tr=0 時(shí)，則表示在該溫度時(shí)頻率隨溫度的變化為零，溫度穩(wěn)定性最好，當(dāng)

11、t=t0 時(shí)，tr=a0，這表明只有在a0=0 時(shí)，才能tr=0，所以a0=0的切角稱(chēng)為零溫度系數(shù)切角，at 切型的切角為3515時(shí)：a00 b0=0.3910-9/2 c0=10910-12/3而a0、b0、c0 隨切角而變化，其變化率為：da0/d=-5.1510-6/度db0/d=-4.710-9/2度dc0/d=210-12/3 度 為at 切型的切角 at 切頻率特性曲線(xiàn)與特性方程：頻率特性曲線(xiàn)隨切型、切角、尺寸、密度和彈性系數(shù)而變化，下圖（1） 是各種切型理論上的溫度曲線(xiàn)在=35053530范圍內(nèi)at 切型頻率溫度特性曲線(xiàn)如下圖（2）所示從圖可知，在拐點(diǎn)（ti）(d2f/dt2)t

12、1=0在極點(diǎn)（tm、tn）有(df/dt)tm.n=0 若選ti 為參考溫度，則：曲線(xiàn)a：b0=0 曲線(xiàn)方程為：f/f0= a0(t-ti) +c0(t-ti)3曲線(xiàn)b：a0=0 b0=0 (ti 為參考溫度)f/f0= c0(t-ti)3曲線(xiàn)b 在拐點(diǎn)附近較窄的溫度范圍內(nèi)f/f 的變化很小，適合于窄溫小公差產(chǎn)品的要求，曲線(xiàn)a 在拐點(diǎn)附近較寬的溫度范圍內(nèi)，由于存在兩個(gè)極點(diǎn)，f/f 的變化很小，能夠滿(mǎn)足寬溫度范圍的使用要求，其差別在于a 曲線(xiàn)的一級(jí)溫度系數(shù)a00，所以在實(shí)際應(yīng)用中為了擴(kuò)大溫度使用范圍，當(dāng)曲線(xiàn)b 切角確定后， 還應(yīng)采取稍微改變切角的方法，使a0 變得不為零，即可達(dá)到寬溫度使用要求，

13、 at 切的拐點(diǎn)溫度為ti=27，不同切角極點(diǎn)溫度為： 影響at 切型頻率溫度特性的因素：a、切角的影響，當(dāng)晶片的外型確定后，改變頻率溫度特性曲線(xiàn)的最有效的方法是改變晶片切角，理論上at 切的溫特曲線(xiàn)如圖所示，這些曲線(xiàn)是切角在基準(zhǔn)角的基礎(chǔ)上各變化2得到的。水晶片切斷角度的中心值也根據(jù)package type 的大?。ㄋ拇笮。?， 發(fā)振頻率（水晶片的厚度）及水晶片的加工法等所變化，所以不能肯定此曲 線(xiàn)的0 必須是at cut 水晶片的切斷角度的3515，而且這些曲線(xiàn)模樣也在各種條件下可變，故此頻率溫度特性曲線(xiàn)不一定符合at cut 水晶片，因此，水晶振動(dòng)子的頻率特性有各種制造上的制約，實(shí)際上

14、不能照樣適用理論 曲線(xiàn)。b、晶片尺寸的影響：晶片厚度變薄時(shí)，需增加切角，以滿(mǎn)足溫度特性。晶片直徑變小時(shí)，需增加切角，以滿(mǎn)足溫度特性。磨雙凸或倒邊使晶片/t 增加時(shí)，需減小切角。c、泛音次數(shù)的影響：基頻，3515 3 次泛音，3515+8=35235 次泛音，3515+10=35257 次泛音，3515+12=3527d、電軸偏差的影響：晶片電軸方向的切角誤差xx30，電軸方向切角的誤差光軸方向的切角誤差約為xx=45 zz=1d1、等效電路諧振時(shí) z=r1 fs=1/2(l1c1)1/2 反 諧 振 時(shí) z=1/p2c02r1 l1：動(dòng)態(tài)電感c1： 動(dòng) 態(tài) 電 容 r1：等效串聯(lián)諧振電阻c0：

15、靜電容d2、負(fù)載電容：在振蕩器中與石英諧振器聯(lián)合決定工作頻率的有效外界電容，稱(chēng)為負(fù)載電容（cl），也就是說(shuō)由于石英諧振器工作在某種線(xiàn)路之后，所給的工作頻率既不是石英諧振器的串聯(lián)諧振頻率，也不是其并聯(lián)諧振頻率，而是兩個(gè)頻率之間， 這個(gè)結(jié)果是因線(xiàn)路的影響的緣故，就相當(dāng)于在石英諧振器上串上或并上一個(gè)電 容的影響是一樣的。即：d3、等效電阻r1石英諧振器的等效電阻是諧振器損耗機(jī)構(gòu)的一個(gè)量度，它包括內(nèi)摩擦，支架的損耗，空氣阻尼和電極與石英片之間的摩擦等，這些參數(shù)是很難計(jì)算的， 經(jīng)驗(yàn)公式為（d/t20）r1=nk/d2f式中，n 為泛音次數(shù)，d 為電極直徑（單位英寸），f 為頻率（單位mhz）d4、品質(zhì)因

16、數(shù)q品質(zhì)因數(shù)q 的定義為q=每個(gè)周期貯存的能量/每個(gè)周期失去的能量對(duì)于石英諧振器q=2l1/r1=1/2fc1r1at切石英諧振器可能得到最大的qmax為：qmax f=k qmax= k/f k=151012hzd5、參數(shù)間的關(guān)系：石英諧振器的負(fù)載諧振頻率fsl 與諧振頻率f0、c0、l0、c1、cl 之間的關(guān)系為：d6、負(fù)載電容cl 與負(fù)載諧振頻率fsl 關(guān)系d7、靜電容c0：d8、激勵(lì)電平：三、at 切石英諧振器的加工制造注意事項(xiàng)：a、禁止嚴(yán)重的沖擊。b、因不注意摔過(guò)的再測(cè)定后使用。c、不許給急劇的溫度變化（高溫），350以上。350以上則粘接劑的性能弱化，573以上則水晶的材質(zhì)變化，（

17、水晶變?yōu)樗В?、x 光定向粘板： x 光機(jī)測(cè)角原理：石英晶體的x 光射線(xiàn)定向通常是采用銅靶x 光管，銅靶所產(chǎn)生的特征x 射線(xiàn)有k1=1.5374a k2=1.5412a k=1.3892a 三種射線(xiàn)的強(qiáng)度比為k1:k2:k=100:50:22，x 光機(jī)定向使用的是k射線(xiàn)，它與k的強(qiáng)度比k：k=7：1，由于x 光是電磁波，因此會(huì)產(chǎn)生干涉，衍射等現(xiàn)象，當(dāng)照射到晶體內(nèi)部的x 光滿(mǎn)足布拉格相干公式，n=2dsin時(shí)，（為x 射線(xiàn)的波長(zhǎng)，d 為原 子面間距，為x 光線(xiàn)反射角；n 為反射級(jí)數(shù)n=1、2、3、4.）晶格原子中的電子因x 射線(xiàn)的作用產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，振動(dòng)的結(jié)果是各個(gè)原子發(fā)出與x 射線(xiàn)頻率相同的子

18、波，這些子波互相干涉，疊加后在某些方向上互相加強(qiáng)，而在其它方向則互相抵消或減弱，這就叫x 光衍射，入射x 射線(xiàn)的方向與衍射光最強(qiáng)的方向， 同原子的幾何關(guān)系，相似與幾何光學(xué)的反射定律（即射角等于反射角），但是注意x光射線(xiàn)衍射只是在特定條件下的“反射”，用布拉格公式n=2dsin可以看出，當(dāng)x 射線(xiàn)波長(zhǎng)固定后（x 光管靶材料固定），不同的原子面因晶距d 不同，它們的反射角也就不同，x 射線(xiàn)測(cè)角儀就是利用這個(gè)原理，對(duì)不同切型的石英晶片，采用不同的原子面定向。 x 光機(jī)的構(gòu)造：a) x 光管：x 光管為一抽成高真空的玻璃管，管內(nèi)存陽(yáng)極和陰極，陰極在電源e1 的作用下發(fā)射熱電子，在高壓電源e2 提供的強(qiáng)

19、電場(chǎng)作用下電子以高速轟擊陽(yáng)極（銅靶），靶上就產(chǎn)生了x 射線(xiàn)。b) 電離箱：電離箱是由電離管和放大器組成的，用于測(cè)定x 射線(xiàn)的反射強(qiáng)度。c) 測(cè)角器：即工作度盤(pán)，由兩個(gè)分別獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)度盤(pán)系統(tǒng)組成，分別控制著被測(cè)晶片支架和電離管方位，測(cè)角時(shí)，從被測(cè)石英晶片支架的度盤(pán)上可以 讀出x 光射線(xiàn)的反射與石英晶片之間的夾角1 2，然后與標(biāo)準(zhǔn)晶片的1 2 相比較就能確定石英片切割面的方位。 x 光機(jī)粘板：根據(jù)需用晶片要求的切割角度，利用x 光機(jī)和專(zhuān)用粘板工裝將水晶棒粘接在切割機(jī)料板上。具體操作過(guò)程見(jiàn)工藝，粘接面+x 面，衍射原子面（0003）衍射角2520 注意事項(xiàng)：a、粘接前要用標(biāo)晶調(diào)零位，在粘接過(guò)程中顯示

20、器因某些原因不復(fù)零，應(yīng)用標(biāo)晶校零后再繼續(xù)工作。b、確保料板基準(zhǔn)面與工作臺(tái)潔凈。c、為了保證切割質(zhì)量，粘接時(shí)要注意膠層均勻，粘接面積要充分，避免石英晶片掉片、掉角、破邊等。d、根據(jù)切割機(jī)切割部位，確保水晶棒兩頭及間隔均勻，整齊。2、石英晶片切割 at 切晶片的切割：就是利用多刀切割機(jī)，根據(jù)x 光機(jī)定向粘板要求的角度， 加工成要求厚度的at 切長(zhǎng)條片，切割工序包括組刀、上刀架、組裝刀架、研磨劑混合、料板清洗及晶片清洗等，詳細(xì)的操作步驟見(jiàn)工藝。 多刀切割機(jī)的特點(diǎn)：a) 效率高，節(jié)省原料。b) 石英晶片平行度好，切角精度高，一致性好。c) 表面光潔度好，內(nèi)應(yīng)力小。 注意事項(xiàng)：a) 影響切角精度的操作步

21、驟要仔細(xì)認(rèn)真，掌握切割機(jī)的切割切角精度，當(dāng)精度下降時(shí)，應(yīng)立即調(diào)整或采取措施。b) 多刀切割質(zhì)量受切割速度，刀體壓力負(fù)荷及刀片繃緊程度的影響，應(yīng)嚴(yán)格按照工藝執(zhí)行。c) 做好運(yùn)行記錄和料單的轉(zhuǎn)料環(huán)節(jié)，嚴(yán)禁混料。3、x 光測(cè)角：檢查多刀切割的晶片是否合乎要求的精度，并對(duì)石英晶片的角度進(jìn)行分類(lèi) 。 工作時(shí)不時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)晶片校準(zhǔn)角度。（2 小時(shí)一次） 衍射原子面（0111），與z 軸夾角3813，衍射角1320。 顯示的角度是晶片切割面與原子面（0111）的夾角，即晶片的切角等于3813-=晶片切角。 x 光測(cè)角儀屬于精密儀器，正確地使用和維護(hù)它是保證測(cè)角精度，延長(zhǎng)測(cè)角儀壽命的有效措施。4、粘砣，切籽晶及改

22、圓。 粘砣：將切割的石英晶片整齊地排列一定的長(zhǎng)度，在加溫狀態(tài)下使松香和石蠟溶融在石英片間隙中，冷卻后粘成一定（規(guī)定）長(zhǎng)度的石英晶片砣，便于切籽晶和改圓工序加工。 切籽晶：去掉人造水晶的籽晶部分，并將條形砣切成方形砣，以便改圓工序加工。 粘接工裝夾具：將切籽晶好的方砣兩面的中心部位粘上工裝夾具，以便于圓形加工。 改圓：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將石英片加工到要求的外形尺寸，我們采用磨輪的粒度。第一次加工150#170#第二次加工800#at 不同型號(hào)的石英諧振器，其外形尺寸不同，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，按照操作步驟將石英片加工到要求的尺寸，在這里我們談?wù)劸睆降拇_定。晶片的直徑大小對(duì)石英諧振器活力和寄生振動(dòng)有很大影

23、響。at 切型的寄生振動(dòng)主要包括xy彎曲，y面切變和xy伸縮三種振動(dòng)，如果主振動(dòng)頻率與上 述三種振動(dòng)之一的高次泛音頻率接近時(shí)，就出現(xiàn)強(qiáng)耦合作用，引起活力突變或頻率跳躍現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在at 切型的低頻段及邊比/t 小的情況下容易出現(xiàn)。at 切型圓片與上述三種寄生振動(dòng)頻率的關(guān)系為xy彎曲振動(dòng)：f 彎=1380/.n 彎y面切變振動(dòng)：f 面=3760/.n 面xy伸縮振動(dòng)：f 伸=2900/.n 伸式中：-晶片直徑（mm）n 彎= xy彎曲振動(dòng)泛音次數(shù)n 面= y面切變振動(dòng)泛音次數(shù)n 伸= xy伸縮振動(dòng)泛音次數(shù)當(dāng)n 彎為偶數(shù)時(shí)，主振動(dòng)與xy彎曲有強(qiáng)耦合作用當(dāng)n 面為奇數(shù)時(shí)，主振動(dòng)與y面切變有強(qiáng)耦合作

24、用當(dāng)n 伸為奇數(shù)或偶數(shù)時(shí)，主振動(dòng)與伸縮振動(dòng)有強(qiáng)耦合作用所以上式中所確定的有關(guān)直徑的數(shù)值，在at 切型晶片直徑設(shè)計(jì)中不能采用。5、研磨：研磨是將切割好的晶片進(jìn)行厚度加工和將改圓后的晶片研磨到要求的厚度（頻率）。 研磨是石英諧振器制造過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它的質(zhì)量好壞對(duì)石英諧振器的各種參數(shù)，以及穩(wěn)定性和使用壽命等都有直接的影響，研磨中的每道工序除了達(dá)到規(guī)定的外形尺寸外，必須完全除掉上道工序的破壞層，只有這樣才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，研磨要分粗、中、細(xì)、精磨（即1000#、2500#、3000#、4000#）幾道工序?qū)κ⑵M(jìn)行研磨加工，以達(dá)到要求的技術(shù)指標(biāo)。 四道研磨的特點(diǎn)：a、采用目前最合理的轉(zhuǎn)

25、速比，使石英片在研磨過(guò)程中運(yùn)動(dòng)軌跡重復(fù)性少。b、研磨盤(pán)各點(diǎn)磨損均勻，變形小，保證了石英晶片的平整度。c、游輪受扭力小，變形小，使用壽命長(zhǎng)。d、上下盤(pán)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，增加了研磨力，提高了研磨效率。 國(guó)內(nèi)通常磨料性能一覽表 工藝因素對(duì)研磨質(zhì)量和效率的影響：a、磨料給量的影響：磨料太多則浪費(fèi)，磨料太小，不僅效率低，而且石英片容易破碎，必須適中。b、磨料粒度的影響：磨料的粗細(xì)與加工速度成正比，并決定了晶片表面破壞層的深淺。c、液料比的影響：磨料和冷卻液的混合比例稱(chēng)為液料比，必須對(duì)不同的磨料選擇合適的液料比，以獲得較高的研磨效率。上述的對(duì)質(zhì)量的影響，均在工藝操作步驟中具體體現(xiàn)出來(lái)，所以必須遵守操作工藝，才能生

26、產(chǎn)出質(zhì)量好的產(chǎn)品。6、滾筒倒邊：將圓形或方形（條形）石英晶片的邊緣滾磨成較薄的斜料，以提高石英晶片的活力，滾筒倒邊時(shí)，石英晶片與磨料按規(guī)定規(guī)格、比例裝入規(guī)定直徑的金屬圓筒內(nèi)， 圓筒按所需的速度，石英片不僅隨著筒在筒壁上滑動(dòng)，而且還滾動(dòng)、翻轉(zhuǎn)，在磨料、晶片和筒壁間摩擦力作用下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，石英片被磨成所需的形狀，尤其是在筒中再加一定量的細(xì)小鐵球，增加了三者間的摩擦力，縮短了倒邊的時(shí)間， 特點(diǎn)是節(jié)省人力，在長(zhǎng)時(shí)間滾磨石英片研磨的幾率均等，頻率、形狀一致性好， 這種方式也可以用來(lái)加工雙凸石英片，工作時(shí)應(yīng)注意：滾筒內(nèi)的磨料與石英片的比例、填充量、滾筒的滾動(dòng)速度以及石英片、磨料的干燥，這些方面在工藝上

27、講的很仔細(xì)，希望特別引起注意。7、石英片的腐蝕：石英片經(jīng)過(guò)粗、中、細(xì)研磨之后，不論最終磨料是怎樣細(xì)，晶片表面總有一層磨料和石英微粒構(gòu)成的破壞層，如果不清除破壞層，它們就在諧振過(guò)程中逐漸脫落， 使頻率發(fā)生偏移，同時(shí)，也降低電極膜的牢固度，另外，破壞層還能使晶片表面產(chǎn)生應(yīng)力馳豫效應(yīng)，使石英諧振器的老化率增大。所以，腐蝕的作用和目的就是去掉破壞層，消除應(yīng)力，減小老化。石英晶體在氫氟酸中：sio2+4hf=sif4+2h2o 3sif4+3h2o=h2sio3+2h2sif6在氫氟酸和氟化銨混合溶液中：sio2+4hf+2nh4f=(nh4)2sif6+2h2o 腐蝕步驟：洗凈石英片按頻率分組裝腐蝕架

28、（籃）腐蝕頻率監(jiān)控中和水洗烘干頻率檢查 腐蝕量：at 晶片的腐蝕量根據(jù)研磨的最終研磨砂料度和頻率（厚度）來(lái)決定。一般是13.5。 影響腐蝕質(zhì)量的有關(guān)因素：a、腐蝕液的濃度：直接影響石英片的腐蝕速度，濃度太高，腐蝕速度太快，石英片表面粗糙，使晶片等效電阻增大，濃度太低，腐蝕速度慢，效率低。b、腐蝕時(shí)間：對(duì)一片石英片來(lái)講，在腐蝕過(guò)程中其腐蝕速度是越來(lái)越慢的，這是因?yàn)橛捎诒砻娴难心?，使其結(jié)構(gòu)松散的緣故，最佳的腐蝕時(shí)間是去掉破壞層，如時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)破壞完善的結(jié)構(gòu)，結(jié)果是反而不好。8、鍍基膜：在真空狀態(tài)下在晶片表面蒸發(fā)鍍膜要求形狀的金屬電極，以便于在晶片上施加電場(chǎng)和調(diào)頻。 常用電極材料： 真空鍍膜原理：

29、真空鍍膜技術(shù)制造石英振子電極膜的原理是：在真空中加熱金屬式穩(wěn)定的化合物，當(dāng)它們蒸氣壓達(dá)10-2mmhg 時(shí)，（1mmhg=133.3224pa），這些金屬或氧化物就會(huì)被蒸發(fā)，由于真空中氣體分子很少，蒸發(fā)的金屬分子便以很大的能量直線(xiàn)向空間飛濺，就在石英晶片表面沉積在一層薄薄的金屬膜，如果蒸發(fā)前在晶片表面加上一定形狀開(kāi)關(guān)的掩膜，就制成了各種各樣的電極，sbc-6sa 鍍膜機(jī)包括真空室，抽氣系統(tǒng)和真空測(cè)量?jī)x器。擴(kuò)散泵是高真空泵，極限真空度可達(dá)10-410-6pa擴(kuò)散泵必須在真空度高于1pa 以上的系統(tǒng)使用，且工作時(shí)需用水冷卻。 返回頻率：通常把晶片蒸發(fā)電極后，石英片頻率下降的量稱(chēng)之為返回頻率，也可以

30、鍍膜的厚度來(lái)表示，兩者的關(guān)系為：f=kr.t/t2kf：1670khz.mm t：晶片厚度（mm） t：鍍膜厚度 f：返回頻率（khz） 注意事項(xiàng)：a、要求真空度必須達(dá)到 510-5 托以上，否則會(huì)影響膜層質(zhì)量。b、蒸發(fā)速度要適中，蒸發(fā)過(guò)快，電極膜會(huì)出現(xiàn)金屬顆粒，影響其電阻，蒸發(fā)速度太慢時(shí)，金屬膜結(jié)構(gòu)松解，基膜和石英片接合會(huì)不牢。c、晶片和被基膜材料的不潔都會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。9、石英片裝架：鍍好基膜的石英片與夾簧（或彈簧圈）基座牢固地組裝在一起的過(guò)程，包括上架、點(diǎn)膠、固化、檢查四道工序。holder 及頻率封裝（seal）方法有solder seal，resistance weld，cold w

31、eld等，各種方法的老化特性不同隨封裝方法的holder 名稱(chēng) 上架 a：針架式b：彈簧架式 點(diǎn)膠：在針架或彈簧架與石英片電極接觸部位點(diǎn)上環(huán)氧樹(shù)脂膠。 固化：加溫150，30 分鐘使諧振件點(diǎn)膠部位的導(dǎo)電膠固化。 注意事項(xiàng)：a、確保夾簧間隙與石英片在同一平面內(nèi)，減小支架對(duì)石英片的扭應(yīng)力（等效電阻增大）。b、銀膠稀稠要適宜，點(diǎn)膠部位均勻，不能有膠刺。c、工作場(chǎng)所所用器具要潔凈，認(rèn)真仔細(xì)按工藝步驟操作。10、微調(diào)：利用真空濺射銀的方法將諧振件的頻率調(diào)整到石英諧振器要求標(biāo)稱(chēng)頻率上。 sc-6sa 微調(diào)機(jī)的原理a、真空系統(tǒng)：同 sbc-6sa 相同。b、蒸發(fā)系統(tǒng)：根據(jù)加工件頻率與標(biāo)稱(chēng)頻率的差值采用不同的

32、蒸發(fā)電流，即h、m、l 調(diào)整施轉(zhuǎn)手柄。c、齒輪控制系統(tǒng)：根據(jù)加工件的頻率來(lái)控制加工件是否進(jìn)行頻率調(diào)整和其位置。d、頻率控制系統(tǒng)：由a、b 兩個(gè)振蕩器，標(biāo)準(zhǔn)晶體及差拍控制儀組成，決定加工件的頻率，即將加工件頻率調(diào)整到給定標(biāo)準(zhǔn)晶體的頻率上。 特點(diǎn)和影響質(zhì)量的因素：a、加工件的頻率必須高于晶體標(biāo)稱(chēng)頻率。b、真空度必須達(dá)到510-5 托。c、蒸發(fā)速度，鉬舟的位置影響調(diào)整頻率。d、微調(diào)濺銀部位必須在諧振件電極的中心部位，否則會(huì)影響其電性能參數(shù)，且微調(diào)量不能過(guò)大，過(guò)大的話(huà)會(huì)造成等效電阻急驟增大，q 值下降。 中間測(cè)試儀：用于測(cè)試微調(diào)后諧振件的頻率和電阻。a、需用標(biāo)準(zhǔn)頻率和電阻較準(zhǔn)測(cè)試儀。b、需調(diào)整其負(fù)載電

33、容。c、選擇測(cè)量速度和頻率誤差范圍。d、與標(biāo)準(zhǔn)阻抗計(jì)校對(duì)其測(cè)量誤差，使檢查儀與標(biāo)準(zhǔn)儀器測(cè)量數(shù)據(jù)相同。 套外殼：在微調(diào)測(cè)試合格的諧振件上套上外殼，以便后道工序加工。11、真空烘烤和封裝 真空烘烤：微調(diào)后經(jīng)電性能測(cè)試合格的產(chǎn)品，套外殼后放入真空烘烤箱加溫（100150）真空烘烤，其目的是減小晶體表面塵埃分子的吸附，消除晶片與電極及支架的應(yīng)力。 充氮封裝：將套外殼的石英諧振件充氮后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的環(huán)境進(jìn)行電阻焊， 電阻焊也叫貯能焊，它利用了電容器的充放電特性進(jìn)行封裝，已充電的電容器在一個(gè)極短的瞬間時(shí)間內(nèi)放電被接入放電電路中的焊件焊接處，通過(guò)強(qiáng)大的電流形成一個(gè)巨大的脈沖電熱功能，并在一個(gè)外加壓力下，完成

34、焊接，即鍛壓放電 焊壓，這種焊接方法只在局部，瞬間加熱，不影響內(nèi)部的石英振子，效率高，適于大批量生產(chǎn)。具體的開(kāi)機(jī)，操作見(jiàn)工藝。12、密封性檢查：石英諧振器密封性的好壞，用泄漏率來(lái)表示，其定量含義是：在一個(gè)大氣壓條件下，單位時(shí)間（1 秒）內(nèi)通過(guò)漏孔的氣體的體積，單位是帕斯卡立方厘米（pa.cm3/s），一般來(lái)說(shuō)分為粗檢和細(xì)密檢漏兩種，下面是幾種常用的檢漏方法： 負(fù)壓檢漏：用一可透視且密封的容器作為檢漏缸，其中注入適量足以淹沒(méi)石英諧振器的檢驗(yàn)液（水或乙醇）把封裝好的石英諧振器放入檢驗(yàn)液中，密封后抽真空，如果石英諧振器漏氣，石英諧振器內(nèi)的氣體就會(huì)出來(lái)，透視便可發(fā)現(xiàn)漏氣部位逸出氣泡，僅做粗漏。 fc-

35、40 浸液檢漏法：fc-40 是一種無(wú)色透明液體，比重大，沸點(diǎn)高，不會(huì)沾染石英諧振器的液體，將石英諧振器浸入1255的fc-40 中，一般浸入5cm 左右，若石英諧振器漏氣，由于膨脹會(huì)有逸出氣體，可測(cè)泄漏率達(dá)10-310-2pa.cm3/s 水平，作為粗漏檢定。 乙醇檢漏法：在耐壓容器中盛適量乙醇，將石英諧振器浸泡在乙醇中加壓一定時(shí)間，取出測(cè)量其絕緣電阻，絕緣電阻大于500m時(shí)為合格，如絕緣電阻小于500m，則有乙醇漏入使其絕緣電阻降低，確定該產(chǎn)品為漏氣不合格產(chǎn)品。 氦質(zhì)譜檢漏：氦分子極小，是一種穿透力，流動(dòng)性都極強(qiáng)且極易跟蹤的惰性氣體，利用氦作為示蹤氣體來(lái)進(jìn)行檢漏，可使檢漏水平達(dá)10-4pa.cm3/s，因此氦質(zhì)譜法有時(shí)也稱(chēng)為示蹤氣體，精密檢漏。13、石英諧振器的老化： 老化：石英諧振器在使用和貯存過(guò)程中，其頻率隨時(shí)間的變化稱(chēng)為“老化”， 而變化率則稱(chēng)為老化率。 老化的原因：老化的主要原因是質(zhì)量吸附效應(yīng)和應(yīng)力恢復(fù)造成的，即a、晶片表面吸附了不同于石英晶片和金屬電極材料引起的。b、石英晶片材料結(jié)構(gòu)的變化及加工過(guò)程中環(huán)境污染。c、密封不良及外殼外氣壓、溫度的變化。d、激勵(lì)電平的影響。