在日常生活和工作中我们接触最多的电子元器件,可能就是石英晶体了,虽然一般都看不见它,但石英晶体的身影遍布周围所有的电子电器,智能设备等,让生活变得更简单便捷.石英晶体谐振器顾名思义,其制造材料就是矿晶体石英,本身带有压电效应,是用来生产频率元件的好材料.制造一颗完整的晶体最重要的一步是切割,因为这个步骤决定了后面晶振的频率和稳定性.
无论是医疗技术,电信还是消费类电子产品,石英晶体谐振器都已成为所有行业中精确的频率发生器.通电时,薄石英盘以稳定的速率振荡,从而确定应用的心跳.虽然这听起来很简单,但问题非常复杂,因为石英空白并不完全相同.石英坯料不仅厚度不同,而且温度系数和振动特性也不同.例如,如果周围温度稍微变化,则石英产生的频率的稳定性会受到负面影响.温度变化越大,与所需频率的偏差越大.
石英晶体的振动方式也不同.”纵向振荡器”沿其纵轴伸展;就像橡皮筋被拉伸一样.另一方面,”弯曲U形管”无源晶振主要在坯料的中间振荡.它们的行为就像一个交替拉紧和释放的弓弦.然而,最常见的振荡类型是”厚度剪切振荡器”.如图所示,坯料的上侧和下侧沿相反方向移动,而石英盘同时改变其厚度.

厚度剪切振荡器

AT-Cut定义振动类型和温度系数:
在生产过程中可以特别地影响石英的特性,温度系数和振荡类型.决定性因素是石英盘从晶体上移除的切割角度.石英晶体根据数学计算切割成尺寸,任何变化都可能对零件质量产生严重影响.最常见的角度切割之一是AT切割,用于生产所有JAUCH晶振.该切割是在距离石英晶体的Z轴35度处进行的,并且是最常选择的切割角度之一.以这种方式生产的石英坯料具有良好的温度系数.在-40到85摄氏度的温度范围内,由于AT切割,可以产生精确的频率,偏差仅为+/-15ppm(ppm=百万分之一).
石英的枕形:
采用AT切割生产的所有石英晶体都是厚度剪切振荡器-这是进一步加工的一大优势.石英晶体是无源元件,没有外部电压它们完全没用.必须将精细电极连接到石英上以使其通电并使其振荡.然而,根据振荡的类型,这些电极的连接被证明是一个巨大的挑战.理想情况下,电极应连接到石英上的一个点,即使在电压下,它也只能最小程度地变形.使用厚度剪切晶振比使用开头提到的弯曲或纵向振荡器容易得多.

然而,石英的进一步加工步骤也是必要的.在一台特殊的研磨机中,将坯料研磨至呈垫形状-中间稍厚,向外逐渐变细.石英支架连接到锥形端部.以这种方式固定,薄金属电极最终蒸发到坯料的较厚中间部分上.因此,AT切割在石英晶振生产中实现了双重功能.首先,它确保在-40到85摄氏度的温度范围内的高频稳定性,其次,它将坯料的形状定义为厚度剪切振荡器.
AT型切割也是最常用于晶体谐振器的切割方式,具有操作简单,适合大量生产,稳定性好等特点,本身谐振器就是极其小巧的器件,现在最小的尺寸都已经做到1.0*0.8mm了,对切割的工艺要求也更高,除了之外还有BT切割,SC切割等其他切割方式,但AT型仍然是主要的.

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