石英晶體諧振器是一種生活中隨處可見(jiàn)的電子器件，誕生于20世紀(jì)20年代初，因具有較高的品質(zhì)因數(shù)及良好的頻率穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于航天、通信、軍事等工業(yè)領(lǐng)域。

顧名思義，制造石英晶體諧振器的原材料就是石英，一種非常重要的壓電材料。其主要特征是其原子或分子有規(guī)律排列，反映在宏觀上是外形的對(duì)稱(chēng)性，在電場(chǎng)的作用下，晶體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力而形變，從而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，獲得特定的頻率。石英晶體諧振器就是利用它的這種逆壓電效應(yīng)特性來(lái)制造的。

應(yīng)用方面，最早是保羅·朗之萬(wàn)在第一次世界大戰(zhàn)期間首先探討了石英諧振器在聲納上的應(yīng)用。發(fā)展到今日，目前石英諧振器主要用于在衛(wèi)星通訊、廣播電視、計(jì)算機(jī)、電話、遙控器等各類(lèi)振蕩電路中，為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)，是大部分電子電路中不可缺少的重要組成部分。

石英晶體諧振器的基本構(gòu)成

石英晶體諧振器主要由石英晶片、基座、外殼、銀膠、銀等成分組成，根據(jù)引線狀況可分為直插（有引線）與表面貼裝（無(wú)引線）兩種類(lèi)型。當(dāng)前常見(jiàn)的主要封裝型號(hào)有HC-49U、HC-49/S、GLASS、UM-1、UM-4、UM-5與SMD。下圖是一個(gè)除去外殼的石英振蕩諧振器，可以看見(jiàn)內(nèi)部的透明石英片與上面所鍍的金屬電極。

常見(jiàn)的石英晶片形狀有三種：圓形，方形，SMT專(zhuān)用或棒型（也是方形，但比較小），取向不同時(shí)，其壓電特性、彈性特性和強(qiáng)度特性就會(huì)不同，用它來(lái)制造的諧振器的性能也不一樣。現(xiàn)有的切割方式可分為AT-CUT、BT-CUT、CT-CUT、DT-CUT、FT-CUT、XT-CUT、YT-CUT；每種切法對(duì)應(yīng)一個(gè)角度，采用何種切法應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定，如對(duì)溫度特性要求較好則應(yīng)采用AT-CUT，如果對(duì)晶振要求的頻率較高時(shí)則采用BT-CUT。晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等決定了晶振的頻率。

幾種切型石英片的方位圖

石英晶體諧振器的制備

要生產(chǎn)出性能良好的石英晶體諧振器，除具有合理的設(shè)計(jì)及優(yōu)良的原材料外，生產(chǎn)工藝將起決定性作用。不同類(lèi)型的石英晶體振蕩器生產(chǎn)工藝不盡相同，通常可以概括起來(lái)下圖所示的流程。

具體步驟如下：

首先進(jìn)行毛片分選，因石英毛片切角誤差較大，因此在粗加工前要先用X光定向儀進(jìn)行角度分選。再根據(jù)需要選擇合適角度的毛片進(jìn)行加工，即粘條、切籽晶、改圓等。

然后進(jìn)行研磨工序，一般分為粗磨、中磨和細(xì)磨。粗磨主要是對(duì)晶片進(jìn)行角度和厚度切削，中磨和細(xì)磨是對(duì)晶片進(jìn)行精細(xì)的厚度調(diào)整。

研磨之后，為保證晶片表面質(zhì)量和晶體在使用時(shí)穩(wěn)定、可靠，對(duì)石英晶片進(jìn)行拋光、清洗工序。晶片愈厚對(duì)晶體的起振性能、電阻的影響愈大，因此清除晶片因研磨造成的表面松散層的深腐蝕方法較有效。

裝架點(diǎn)膠是將鍍好電極的石英片慢慢放入帶狀支架的兩金屬片之間，讓帶槽孔的兩金屬片緊緊夾住石英片，然后在電極和金屬片接觸處涂上一層導(dǎo)電膠，使電極膜通過(guò)邊緣上的導(dǎo)電膠與金屬片接觸而產(chǎn)生電連接囗。

調(diào)頻是晶振生產(chǎn)中的一步關(guān)鍵工藝，即調(diào)整晶振的諧振頻率以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)于不同類(lèi)型的晶振調(diào)頻方式各有差異，有采用真空鍍膜調(diào)頻、打磨晶片調(diào)頻等方法。對(duì)于技術(shù)附加值較小、成本要求比較高的晶振生產(chǎn)，多采用打磨晶片調(diào)頻工藝。

最后進(jìn)行外殼封裝、印字和成品測(cè)量工序。

總結(jié)

隨著各國(guó)信息產(chǎn)業(yè)與電子產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，晶振的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)張，帶動(dòng)其市場(chǎng)規(guī)模不斷增長(zhǎng)。目前市場(chǎng)對(duì)高精度、高頻化、高穩(wěn)定度、低功耗的晶振產(chǎn)品有很大的需求，而且隨著電子產(chǎn)品向超薄化、小型化、功能集成化方向發(fā)展，晶振產(chǎn)品也隨之向小型化、片式化、集成化方向升級(jí)，因此晶振行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)該還存在很大的進(jìn)步空間。

資料來(lái)源：

晶振生產(chǎn)自動(dòng)化工藝關(guān)鍵技術(shù)研究。韓孝龍。

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