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石英晶振的结构及典型失效模式、机理

嘉峪亚博老虎机网页版--任意三数字加yabo.com直达官网网????????2019-09-12 10:34

一、石英晶振的定义及分类

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1、定义:

石英晶振为石英晶体经过精密切割、研磨、镀膜、封装等工序加工而成,为电路提供基准频率的电子元器件。

晶振在数字电路中至关重要,如果石英晶振无法起振,整个系统将陷入瘫痪,晶振因此也被称为数字电路的“心脏”。

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2、分类:

1)从功能上可分为有源晶振和无源晶振,有源晶振即为石英晶体振荡器,无源晶振即为石英晶体谐振器。

? ? 有源晶振内部包含石英晶体片,以及由电容、芯片等组成的起振电路,外部一般引出四个管脚,包括电源、地、输出和空置脚。使用时只需外接电源即可输出稳定振荡波形,无需再额外设计起振电路,具有精度高、输出稳定等优点。

? ? 无源晶振内部只包含石英晶体片,外部一般只有两个管脚,使用时不需要电源,需搭配起振电路才能正常工作。

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2)从封装形式上可分为直插型(PTH)和表面贴装型(SMD)。常见的直插型封装有HC-49、TC-38、CSA-310等;常见的表贴封装有SM-49、CPX-49、MM-39等。

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二、石英晶体谐振器的结构及生产工艺流程

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1、结构:

石英晶体谐振器有石英晶片、电极、基座、上盖、导电胶组成,其中石英晶片为关键部分。电极覆盖在石英晶片的上下表面,基底及上盖形成器件的内部腔体,导电胶起到固定石英晶片以及导电作用。常见的石英晶体谐振器内部形貌见下图。

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2、生产工艺流程

1)晶片切割:石英晶振中最重要的材料是石英晶片,在石英晶片的制作工艺中首先要对石英晶棒原材料进行切割研磨处理,有一道很重要的工序就是定角,由于晶片的取向不同,其压电特性、强度特性、弹性特性均有所不同,用它来制作的石英晶振的性能也就不一样。

2)晶片清洗:使用超声机对晶片进行清洗,目的是去除晶片表面杂物,为下一步的镀膜做准备。

3)镀膜:在洁净的晶片表面上蒸镀薄银层,形成电极。在蒸镀前,须将石英晶体放入到模具中,此模具将需蒸镀的区域暴露出来,遮挡无需蒸镀的区域。

4)点胶:将镀上电极的晶片装在基座上,点上导电胶,并高温固化。

5)微调:采用离子轰击的方式调整晶片表面电极的厚度,使谐振器的振荡频率符合要求。

6)封焊:将基座和上盖在充满氮气的环境中进行封焊。

7)密封性检查:检查封焊后的产品密封性能是否符合要求。

粗检漏:检查较大的漏气现象(压差方式);

细检漏:检查较小的漏气现象(压He方式)。

8)老化及模拟回流焊:对产品加以高温长时间老化,释放应力;以及模拟焊接环境,暴露制造缺陷,以提高出货产品的可靠性。

9)打标:在晶振外壳打上logo,如型号、额定频率等。

10)测试包装:对成品进行电性能指标测试,确保产品质量。

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三、石英晶体谐振器的主要失效模式及失效机理

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1、失效模式:

石英晶体谐振器的主要失效模式为不起振、参数漂移和频率不稳定。

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2、失效机理或原因:

1)机械损伤:受到机械应力作用导致内部出现石英晶体开裂、支架脱落、导电胶脱开等现象,从而导致器件不起振。

2)腐蚀:内部水汽超标,或本身密封不良导致漏气,造成内部电极发生腐蚀,从而导致器件参数漂移,甚至不起振。

3)制造缺陷:晶片表面不平整,或未清洗干净,导致镀层存在斑痕或不连续,从而使器件出现参数漂移或振荡频率不稳定现象;点胶工艺控制异常,使导电胶与晶片之间粘接强度差,在后续使用中导电胶脱开,等等。

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来源:赛宝谢振锋