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何謂石英晶體

來源://www.efuez.icu 作者:康比電子 2019年03月04
    這幾年攜帶型電子產品對於表面黏著型(SMD型)零件的市場需求始終要求能做到更精密且輕,薄,短,小.即使在電器用品市場上,攜帶型電器也以輕薄短小為競爭利器,製造商紛紛致力研發世界小,輕的石英晶振產品.石英製品方面,行動電話使用的溫度補償型石英振盪器或石英晶體,以及數位相機,筆記型電腦使用的石英晶體,鐘錶型石英振盪器的輕薄短小化速度也一日千里.民生用電器方面,家用產品也從以往的插件系列石英製品走向可以帶著走的攜帶型產品.其中SMD型的石英產品更成為今日主流.目前市面上是以價格取向的DipType以及具有輕薄短小優勢的SMD型為主,形成兩極化的現象.石英晶體業者正在努力開發更為輕薄短小的SMD型石英產品.
何謂石英晶體?
    水晶是SiO2的單晶,在電力與物理方面則是具有安定性的壓電物質.利用水晶安定的壓電效應與逆壓電效應來控制頻率的元件就稱為石英晶體.水晶的壓電效應是在1880年由法國的居禮兄弟發現的,而1881年水晶的逆壓電效應更從實驗上得到確認.石英晶體就是利用水晶的「壓電效應」(在結晶板上施壓而在兩面生出逆極性的電荷)與「逆壓電效應」(在結晶板加上電極會產生機械性的歪曲並產生力量)的元件.
    水晶依照切割方向的不同,會得到各種不同的振動模式.圖一為各種切斷圖.在各種的切割之中,ATCUT在高頻上的利用具有獨佔性的地位.理由說明如下;
    1.溫度安定性較他種切割方法優異(兩軸迴轉之切割方法除外).圖二為各種切斷的溫度特性圖.ATCUT的溫度特性為三次曲線,其他的切斷則為二次曲線.在人類生存環境溫度範圍之內以ATCUT的溫度特性較佳.
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    2.可以做到小型化SMD晶振.ATCUT為厚度振盪,振動頻率由晶片的厚度決定,因此晶片外型尺寸可以縮小.其他的切斷法由於是輪廓或Bending振動,長邊由振動頻率決定,因此要做到小型化是很困難的.圖三為各種振動模式圖.ATCUT的厚度與頻率關係可由下列公式求得.
T(mm)=1670/f(kHz)
    3.等價串聯抵抗比其他切割法低.表一為各種切割與阻抗的比較表.等價串聯抵抗低與振盪起動時間短都可能影響間歇動作.
    4.溫度特性的管理較易.ATCUT依據切割角度的不同會影響三国全面战争最强将卫溫度特性.從角度上加以控制,就可得到預期的溫度特性.輪廓與Bending必須要求切割角度以及晶片外型尺寸的邊比管理,在處理上則較為繁雜.圖四為切斷角度與溫度特性圖.
    5.可以做到高頻化.ATCUT的振動頻率由厚度決定,因此加工技術的進步可以使厚度更薄,也能使振動的石英晶體諧振器頻率提高.現在已經知道基本波動可以達到600MHz.由剛剛提到的厚度公式計算,可以得到約2.8µm.圖五為InvertMesa型高頻化概念圖.
    6.機械性強度優異.由於ATCUT是厚度振動,因此晶片的外緣可堅固地加以固定.外型與Bending在外緣部份會振動,因此晶片的中心部份(Node)須以細線支撐,要堅固的加以固定是困難的.圖六為SMD石英晶體構造圖.
    7.電容較小.將石英晶體連接在振盪迴路上,在可變電量可使頻率變動的情況下,石英晶體的電容雖小,但少量的電容變化就能得到極大的頻率改變.表二為切斷與容量比的比較表.溫補晶振,VCXO就是這種利用較小的容量比得到的應用製品.
    
市場上目前對於攜帶型電子產品所使用的表面黏著型電子零件,越來越期待能夠開發出更輕薄短小的製品.只為能夠進一步的滿足對市場的要求,頻率控制元件之一的石英晶體也同樣進入輕薄短小的競爭紀元.石英晶體發展成表面黏著型之後,其耐熱性與衝擊性也更加提升.這都可以歸功於ATCUT技術的突破.在高頻化製程上居獨佔地位的ATCUT之特徵與樣貌.康比電子一如既往的投入到研發小型薄型的晶振行列之中.給市場提供更大驚喜.
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