晶振知识培训

美国S&A公司测试设备
• 250A • 350A • 350B • 250B
香港科研公司测试设备
• KH1200 • KH1102 • KH3020 • KH3288
石英晶体应用过程中应注意的问题
• 防止对晶体破坏
石英晶体的心脏部件为石英晶片，它随晶体频率的增加而变
薄，因此对于中、高频晶体在使用、运输过程中应避免发生剧烈 冲击和碰撞。以防因晶片破裂而造成产品失效。
技术员知识培训
晶片
电极 导电胶
外壳
基座 玻璃珠
HC-49U 结构图
晶片
导电胶 基座
外壳
玻璃珠
电极 HC-49S结构图
长条片
粗磨
8M
以下
粘蜡
切子晶
平磨
化蜡、清洗
细磨
精磨
粘蜡 X 向磨坨
说明：
进料检验 工序自检 关键工序 入库
13.5M 以下
多刀 Z 向加工
化蜡、清洗 分频 倒边 分频 腐蚀 分频
Ƶ ÂÊ · ¶ Χ(±10PPM)
3.2MHz 3.579MHz 4.00M¡Ü F£¼ 4.9152M 5.00M¡Ü F£¼ 13.00M 14.00M¡Ü F£¼ 36.00M
Ƶ ÂÊ · ¶ Χ
24.00M¡Ü F£¼ 26.00M 27.00M¡Ü F£¼ 60.00M
µç × è
• 品质因数（Q）
品质因数又称机械Q值，它是反映谐振器性能好坏的重要参 数，它与L1和C1有如下关系
Q=wL1/Rr=1/wRrC1 如上式，R1越大，Q值越低，功率耗散越大，而且还会导致频率 不稳定。反之Q值越高，频率越稳定。
• 相对负载频率偏置（DL）
晶体负载谐振频率相对于串联谐振频率的变化量DL=(FL-Fr)/Fr， 可由下式近似计算：
• 标称频率 晶体元件规范所指定的频率。
• 调整频差 基准温度时，工作频率相对于标称频率的最大允许偏离。常
用ppm（1/106）表示。 • 温度频差
在整个温度范围内工作频率相对于基准温度时工作频率的允 许偏离。常用ppm（1/106）表示。 • 谐振电阻（Rr）
晶体元件在串联谐振频率Fr时的电阻值。 • 负载电容（CL）
µç × è
80¦¸ 70¦¸
-10~60¡æ ¡À 5MIN ¡À 5MIN
FUND Π¶È · ¶ Χ/Π¶È Ƶ ²î
-20~70¡æ -30~80¡æ ¡À 10MIN ¡À 15MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN
Ƶ ÂÊ · ¶ Χ
33.00M¡Ü F£¼ 48.00M 48.00M¡Ü F£¼ 60.00M 60.00M¡Ü F
SMD 5*7
µç × è 70¦¸
-10~60¡æ ¡À 5MIN
FUND Π¶È · ¶ Χ/Π¶È Ƶ ²î
-20~70¡æ -30~80¡æ ¡À 10MIN ¡À 15MIN
0~50¡æ
Π¶È · ¶ Χ/Π¶È Ƶ ²î -10~60¡æ -20~70¡æ -30~80¡æ -40~85¡æ
80¦¸ ¡À 5MIN ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN
Ƶ ÂÊ · ¶ Χ
8.00M¡Ü F£¼ 10.00M 10.00M¡Ü F£¼ 11.00M 11.00M¡Ü F£¼ 13.00M 13.00M¡Ü F£¼ 18.00M 18.00M¡Ü F£¼ 20.00M 20.00M¡Ü F
180¦¸ 120¦¸ 100¦¸ 70¦¸ 30¦¸
µç × è
100¦¸ 80¦¸
HC-49U/S FUND Π¶È · ¶ Χ/Π¶È Ƶ ²î
0~50¡æ -10~60¡æ -20~70¡æ -30~80¡æ -40~85¡æ ¡À 15MIN ¡À 30MIN ¡À 50MIN ¡À 100MIN ¡À 100MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN ¡À 15MIN ¡À 30MIN ¡À 30MIN ¡À 10MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN ¡À 30MIN ¡À 30MIN ¡À 5MIN ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN ¡À 15MIN ¡À 5MIN ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN ¡À 15MIN
µç × è
0~50¡æ
Π¶È · ¶ Χ/Π¶È Ƶ ²î -10~60¡æ -20~70¡æ -30~80¡æ -40~85¡æ
40¦¸ ¡À 10MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN À¡ 20MIN À¡ 20MIN 30¦¸ ¡À 5IN ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN 25¦¸ ¡À 3MIN ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN
Ƶ ÂÊ · ¶ Χ(±5PPM) UM-1 5.00M~9.00M 10.00M¡Ü F£¼ 18.00M 19.00M¡Ü F£¼ 46.00M
Ƶ ÂÊ · ¶ Χ 24.00M¡Ü F£¼ 105.00M
Ƶ ÂÊ · ¶ Χ 105.00M¡Ü F¡Ü 155.00M
UM-1\UM-5 FUND
SMD 5*7
µç × è 80¦¸
-10~60¡æ ¡À 5MIN
3RD Π¶È · ¶ Χ/Π¶È Ƶ ²î
-20~70¡æ -30~80¡æ ¡À 10MIN ¡À 15MIN
70¦¸ ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN 60¦¸ ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN
加工难度大的指标
• 调整频差小于 +/-5 PPM。 • 温度范围宽频差窄的。 • 有Q值要求的。 • 49S晶体矮壳的。 • 有C0、C1、TS的。
晶体测量设备
• 目前晶体测试仪组成方式多为网络分析仪（或 厂家自制网络分析卡）加专用软件。
• 测试功能强,几乎所有的晶体参数全能测出。
• 目前世界晶体行业公认的设备厂商有美国S&A 公司、香港科研公司，他们的设备准确度高、 稳定性好、应用面广。
-40~85¡æ ¡À 20MIN ¡À 20MIN ¡À 20MIN ¡À 20MIN ¡À 20MIN ¡À 20MIN
-40~85¡æ ¡À 20MIN ¡À 20MIN ¡À 20MIN
Ƶ ÂÊ · ¶ Χ
10.00M¡Ü F¡Ü 11.00M 11.00M£¼ F£¼ 12.00M 12.00M¡Ü F£¼ 16.00M 16.00M¡Ü F¡Ü 24.00M 24.00M£¼ F¡Ü 30.00M 30.00M£¼ F
Ƶ ÂÊ · ¶ Χ
48.00M¡Ü F£¼ 60.00M 60.00M¡Ü F
SMD 3.5*6
µç × è -10~60¡æ
80¦¸ ¡À 5MIN 70¦¸ ¡À 5MIN 50¦¸ ¡À 5MIN 40¦¸ ¡À 5MIN 35¦¸ ¡À 5MIN 25¦¸ ¡À 5MIN
SMD 3.5*6
入中间库
工序名称 专职检验
质量控制点
合格晶片 清洗 镀膜
上架、点胶 固化 外壳
微调
封焊 老化 检漏 印字（油墨或激光） 测试
说明：
进料检验 工序自检 关键工序 入库
（SMD 加工图）
包装（包括编带） 成品入库
剪腿、压扁 浸锡、套垫量控制点
石英晶体常规技术指标
由于压电效应，激励电平强迫谐振子产生机械振荡，在这个 过程中，加速度功转化为动能和弹性能，功耗转化为热。后者的 转换是由于石英谐振子的内部和外部的摩擦所造成的。
摩擦损耗与振动质点的速度有关，当震荡不再是线性的，或 当石英振子内部或其表面及安装点的拉伸或应变、位移或加速度
达到临界时，摩擦损耗将增加。因而引起频率和电阻的变化。
与晶体元件一起决定负载谐振频率FL的有效外界电容
• 静态电容（C0） 等效电路静态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积、
晶片厚度和晶片加工工艺。它的常用计算公式为： C0=KC0×Ae×F0＋C常数
KC0——电容常数，其取值与装架形 式、晶片形状有关;
Ae——电极面积，单位mm2； F0——标称频率，单位KHz； C常数——常数，单位PF; • 动态电容（C1）
60¦¸ ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN 50¦¸ ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN
40¦¸ ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN 30¦¸ ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN 25¦¸ ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN
等效电路中动态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积， 另外还和晶片平行度、微调量的大小有关。它的常用公式为：
C1=KC1×Ae×F0＋C常数 KC1——电容常数；
Ae——电极面积，单位mm2; F0——标称频率，单位KHz; C常数——常数，单位PF; • 动态电感（L1）
等效电路中动态臂里的电感。动态电感与动态电容是一对相 关量，它的常用公式为：
•
规定整个工作范围内频差的基本方法有两种：
HC-49U/S 3RD Π¶È · ¶ Χ/Π¶È Ƶ ²î
0~50¡æ -10~60¡æ -20~70¡æ -30~80¡æ -40~85¡æ ¡À 5MIN ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN ¡À 15MIN ¡À 5MIN ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN ¡À 15MIN
UM-1\UM-5 3RD
µç × è
0~50¡æ
Π¶È · ¶ Χ/Π¶È Ƶ ²î -10~60¡æ -20~70¡æ -30~80¡æ -40~85¡æ
40¦¸ ¡À 5MIN ¡À 5MIN ¡À 10MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN
UM-1\UM-5 5RD
µç × è
3RD Π¶È · ¶ Χ/Π¶È Ƶ ²î
-20~70¡æ -30~80¡æ ¡À 10MIN ¡À 15MIN ¡À 10MIN ¡À 15MIN
-40~85¡æ ¡À 20MIN ¡À 20MIN ¡À 20MIN ¡À 20MIN ¡À 20MIN ¡À 20MIN
-40~85¡æ ¡À 20MIN ¡À 20MIN
L1=1/(2πF0）2C1 • 串联谐振频率（Fr）
(mh)
晶体元件电气阻抗为电阻性的两个频率中较低的一个。
Fr 1
2 L1C1
• 负载谐振频率（FL）
晶体元件与一负载电容串联或并联，其组合阻抗为电阻性的 两个频率中的一个频率。
FL
2
1
L1C1(C0 CL ) C1 C0 CL
加工过程中造成DLD不良的主要原因 ——谐振子表面存在微粒污染。主要产生原因为生产环境不洁净 或非法接触晶片表面；
——谐振子的机械损伤。主要产生原因为研磨过程中产生的划痕。 ——电极中存在微粒或银球。主要产生原因为真空室不洁净和镀 膜速率不合适。
——装架是电极接触不良； ——支架、电极和石英片之间存在机械应力。 • 寄生响应
所有晶体元件除了主响应（需要的频率）之外，还有其它的
频率响应。减弱寄生响应的办法是改变晶片的几何尺寸、电极， 以及晶片加工工艺，但是同时会改变晶体的动、静态参数。
• 寄生响应的测量 ⑴SPDB 用DB表示Fr的幅度与最大寄生幅度的差值；
⑵SPUR 在最大寄生处的电阻； ⑶SPFR 最小电阻寄生与谐振频率的距离，用Hz或ppm表示。
DL≈C1/2（C0＋CL） • 相对频率牵引范围 （ DL1,L2）
晶体在两个固定负载间的频率变化量。
D(L1,L2)=│(FL1-FL2)/Fr│=│C1(CL2-CL1)/2(C0+CL1)(C0+CL2)│ • 牵引灵敏度（TS）
晶体频率在一固定负载下的变化率 。
TS≈-C1 *1000/ 2*（C0+CL）2 • 激励电平相关性（DLD）
石英晶体是靠导电胶连接基座和晶片的。导电胶的主要成分
是银粉和环氧树脂。环氧树脂在高温下会失效。因此建议石英晶 体应避免在150℃以上长时间存放。
• 规定工作温度范围及频率允许偏差
•
工程师可能只规定室温下的频差。对于在整个工作温度范围
内要求给定频差的应用，还应该规定整个工作温度范围的频差，
规定这种频差时，应该考虑设备引起温升的容限。