小型BVA石英谐振器的研制
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关键 词 ＢＶＡ 石英谐振器 非接触电极 抗振 中 图分 类号 ：ＴＮ７５１．２ 文献标 识 码 ：Ａ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｍａｌｌ ＢＶＡ Ｑｕａｒｔｚ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ
ＣＵＩ Ｗ ｅｉ Ｗ ＡＮＧ Ｚｕｏ’。ｙｕ ＳＵＩ Ｊｉａｎ。。ｐｉｎｇ ＬＩＵ Ｘｉａｏ。。ｇｕａｎｇ Ｗ ＡＮＧ Ｌｉ ＺＨＡＮＧ Ｌｅｉ ＨＡＳＩ Ｔｕ。。ｙａ ＬＩ Ｇｕｏ‘‘ｑｉａｎｇ
２０１８年 １月 第 ３８卷 第 １期
宇航 计测技 术
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃ Ｍｅｔｒｏｌｏ￣ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
Ｊａｎ．，２０１８ Ｖｏ１．３８．Ｎｏ．１
文章编 号 ：１０００－７２０２（２０１８）０１－００１２—０４
ＤＯＩ：１０．１２０６００．ｉｓｓｎ．１０００－７２０２．２０１８．０１．１２
２ 整体方案
极 与石 英 晶 片之 间有 微 小 的空 隙 ，形 成 电极悬 离 结 构 ，既能 起 到 施 加 电场 的作 用 ，同时 避 免 了电 极 应 力 和 吸 附效应Leabharlann Baidu带来 的频率 老化 随］。
ＢＶＡ石英谐 振器 的上下 电容片如 图 １所示 ，在新 的 电容片设 计 中 ，为 了减小 尺寸 ，将支撑 环去 除 ，直接 在 电容片 上加工 出定 位槽 ，将石 英 晶片的支撑点 直接 安装 在 电容片 的定位槽 中 ，通过 定位槽将 石英 晶片精 确 固定在 电容片 中问 ，形 成 电极 悬离结构 。
（Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｒａｄｉｏ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＢＶＡ ｑｕａ￣ｚ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｏｗ ａｇｉｎｇ ａｎｄ ｈｉｇｈ Ｑ，ｂｕｔ ｔｈｅ
用三次泛音 ｓｃ切晶片的 ５ＭＨｚ ＢＶＡ石英谐振器，基 于该谐振器制作 的振荡器在短期频率稳定度 、长期 频 率 老化 和频 率 一温度 稳 定性 方 面 的性 能均 达 到较 高 水 平 ，日漂 移 指 标 达 到 ２ｘ １０ ，短 期频 率 稳 定性 指 标达 到 ｌｘｌ０ ／ｓ，相位 噪 声 达到 一１２０ｄＢｃ＠ｌＨｚ，可
小 型 ＢＶＡ石 英谐 振器的研制
崔 巍 王作 羽 睢建平 刘小光 王 莉 张 磊 哈斯 图亚 李 国强
（北京 无线 电计 量测 试研 究所 ，北 京 １０００３９）
摘 要 传统的ＢＶＡ石英谐振器在老化率和Ｑ值方面具有优 良的性能，但其体积大，抗振可靠性较差 ，限制 了其推广 和应 用 。本文介 绍了一种新结 构 的ＢＶＡ石英谐 振器 ，通过优化 电容 片和石英 晶片 的结 构设 计 ，研 制 出更 小 尺寸 的异 型石英晶片和 电容 片 ，整个小型 ＢＶＡ谐振器 的尺寸减小到 ＨＣ一４０／Ｕ，性能指标与传统 ＢＶＡ石英谐 振器 相 当 ，同时具有较 高的抗振 可靠性 。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ＢＶＡ Ｑｕａ￣ｚ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｌｅｓｓ Ａｎｔｉ——ｖｉｂｒａｔｉｏｎ
１ 引 言
ＢＶＡ（Ｂｅｓｓｏｎ Ｖｉｅｉｌｌｉｓｓｅｍｅｎｔ Ａｍｅｌｉｏｒ６）石英 谐 振 器 由于其无接触电极和低应力安装结构 ，具有 良好 的 Ｑ值 和老化特性ｎ ，我们所在 ２０１０年研 制 出采
收稿 日期 ：２０１７一Ｉｌ一１５，修 回 日期 ：２０１８—０１—０７ 作者简介 ：崔巍（１９７９．０２一），男 ，高级工程师 ，本科 ，主要 研究方向 ：石英晶体元器件研制技术 。
· ６０ ·
宇航 计 测技 术
用 于 低 老化 、长 寿命 频 率 源 。但 当 时研 制 的 ＢＶＡ石 英 谐振 器 尺 寸较 大 ，达到 ￣３６ｍｉ ｎＸ１６ｒ ａｍ，重 量较 大 ， 而且 结 构 过 于复 杂 ，工 艺难 度 大 ，抗 振 可靠 性 不 高 ， 只 能 承 受 ５ｇｒｍｓ的 随 机 振 动 ，限制 了 其 推 广 和 应 用 。为拓宽 ＢＶＡ石英谐振器的应用领域 ，开展了小 型化 、高可靠 ＢＶＡ石英谐振器的研制。
ｗｅａｋｎｅｓｓ ｉｎ ｓｉｚｅ ａｎｄ ａｎｔｉ－ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔｓ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｎｅｗ ＢＶＡ ｑｕａ￣ｚ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ．Ｂｙ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｃｈｉｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｒｔｚ ｂｌａｎｋ，ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａ￣ｚ ｃｒｙｓｔａｌ ｃｈｉｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｃｈｉｐ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｓｍａ ｌｌ ＢＶＡ ｑｕａｒｔｚ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｏ ＨＣ－４０／Ｕ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ． ｉｔｓ ｏｔｈｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉＳ ｃｏｍｐａｒａｂｌｅ ｔｏ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＢＶＡ ｑｕａ￣ｚ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ．
针 对 上 一 代 ＢＶＡ石 英 谐 振 器 存 在 的 问题 ，研 制 新 型 ＢＶＡ石 英谐 振器 ，减 小外形 尺 寸 、提 高性 能 ，满 足 超 稳 晶 振 在 相 噪 、短 稳 、老 化 和 抗 振 性 方 面 的 需 求 。整 体 研 制 方 案 为 ：以 ｓＣ切 厚 度 剪 切 振 动模式为基础 ，重新设计非接触 电极 、振子安装结 构 ，并全面提升可靠性 ，同时优化 ＢＶＡ石英谐振器 制作方法 ，最终实现减小 ＢＶＡ石英谐振器 的尺寸和 重量 ，降低工 艺加工难度 ，提高稳 定性和一 致性 。 研 制 的小 型 ＢＶＡ石 英谐 振 器通 过 测 试 和 典 型 环 境 试 验验 证 ，进 行 性 能 和 可靠 性 检测 ，同 时 ，基 于小 型 ＢＶＡ石英谐振器制作晶体振荡器进行性能测试 ，验 证 小型 ＢＶＡ石 英谐 振器 的各项 性能 指标 ］。
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｍａｌｌ ＢＶＡ Ｑｕａｒｔｚ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ
ＣＵＩ Ｗ ｅｉ Ｗ ＡＮＧ Ｚｕｏ’。ｙｕ ＳＵＩ Ｊｉａｎ。。ｐｉｎｇ ＬＩＵ Ｘｉａｏ。。ｇｕａｎｇ Ｗ ＡＮＧ Ｌｉ ＺＨＡＮＧ Ｌｅｉ ＨＡＳＩ Ｔｕ。。ｙａ ＬＩ Ｇｕｏ‘‘ｑｉａｎｇ
２０１８年 １月 第 ３８卷 第 １期
宇航 计测技 术
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃ Ｍｅｔｒｏｌｏ￣ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
Ｊａｎ．，２０１８ Ｖｏ１．３８．Ｎｏ．１
文章编 号 ：１０００－７２０２（２０１８）０１－００１２—０４
ＤＯＩ：１０．１２０６００．ｉｓｓｎ．１０００－７２０２．２０１８．０１．１２
２ 整体方案
极 与石 英 晶 片之 间有 微 小 的空 隙 ，形 成 电极悬 离 结 构 ，既能 起 到 施 加 电场 的作 用 ，同时 避 免 了电 极 应 力 和 吸 附效应Leabharlann Baidu带来 的频率 老化 随］。
ＢＶＡ石英谐 振器 的上下 电容片如 图 １所示 ，在新 的 电容片设 计 中 ，为 了减小 尺寸 ，将支撑 环去 除 ，直接 在 电容片 上加工 出定 位槽 ，将石 英 晶片的支撑点 直接 安装 在 电容片 的定位槽 中 ，通过 定位槽将 石英 晶片精 确 固定在 电容片 中问 ，形 成 电极 悬离结构 。
（Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｒａｄｉｏ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＢＶＡ ｑｕａ￣ｚ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｏｗ ａｇｉｎｇ ａｎｄ ｈｉｇｈ Ｑ，ｂｕｔ ｔｈｅ
用三次泛音 ｓｃ切晶片的 ５ＭＨｚ ＢＶＡ石英谐振器，基 于该谐振器制作 的振荡器在短期频率稳定度 、长期 频 率 老化 和频 率 一温度 稳 定性 方 面 的性 能均 达 到较 高 水 平 ，日漂 移 指 标 达 到 ２ｘ １０ ，短 期频 率 稳 定性 指 标达 到 ｌｘｌ０ ／ｓ，相位 噪 声 达到 一１２０ｄＢｃ＠ｌＨｚ，可
小 型 ＢＶＡ石 英谐 振器的研制
崔 巍 王作 羽 睢建平 刘小光 王 莉 张 磊 哈斯 图亚 李 国强
（北京 无线 电计 量测 试研 究所 ，北 京 １０００３９）
摘 要 传统的ＢＶＡ石英谐振器在老化率和Ｑ值方面具有优 良的性能，但其体积大，抗振可靠性较差 ，限制 了其推广 和应 用 。本文介 绍了一种新结 构 的ＢＶＡ石英谐 振器 ，通过优化 电容 片和石英 晶片 的结 构设 计 ，研 制 出更 小 尺寸 的异 型石英晶片和 电容 片 ，整个小型 ＢＶＡ谐振器 的尺寸减小到 ＨＣ一４０／Ｕ，性能指标与传统 ＢＶＡ石英谐 振器 相 当 ，同时具有较 高的抗振 可靠性 。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ＢＶＡ Ｑｕａ￣ｚ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｌｅｓｓ Ａｎｔｉ——ｖｉｂｒａｔｉｏｎ
１ 引 言
ＢＶＡ（Ｂｅｓｓｏｎ Ｖｉｅｉｌｌｉｓｓｅｍｅｎｔ Ａｍｅｌｉｏｒ６）石英 谐 振 器 由于其无接触电极和低应力安装结构 ，具有 良好 的 Ｑ值 和老化特性ｎ ，我们所在 ２０１０年研 制 出采
收稿 日期 ：２０１７一Ｉｌ一１５，修 回 日期 ：２０１８—０１—０７ 作者简介 ：崔巍（１９７９．０２一），男 ，高级工程师 ，本科 ，主要 研究方向 ：石英晶体元器件研制技术 。
· ６０ ·
宇航 计 测技 术
用 于 低 老化 、长 寿命 频 率 源 。但 当 时研 制 的 ＢＶＡ石 英 谐振 器 尺 寸较 大 ，达到 ￣３６ｍｉ ｎＸ１６ｒ ａｍ，重 量较 大 ， 而且 结 构 过 于复 杂 ，工 艺难 度 大 ，抗 振 可靠 性 不 高 ， 只 能 承 受 ５ｇｒｍｓ的 随 机 振 动 ，限制 了 其 推 广 和 应 用 。为拓宽 ＢＶＡ石英谐振器的应用领域 ，开展了小 型化 、高可靠 ＢＶＡ石英谐振器的研制。
ｗｅａｋｎｅｓｓ ｉｎ ｓｉｚｅ ａｎｄ ａｎｔｉ－ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔｓ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｎｅｗ ＢＶＡ ｑｕａ￣ｚ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ．Ｂｙ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｃｈｉｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｒｔｚ ｂｌａｎｋ，ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａ￣ｚ ｃｒｙｓｔａｌ ｃｈｉｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｃｈｉｐ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｓｍａ ｌｌ ＢＶＡ ｑｕａｒｔｚ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｏ ＨＣ－４０／Ｕ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ． ｉｔｓ ｏｔｈｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉＳ ｃｏｍｐａｒａｂｌｅ ｔｏ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＢＶＡ ｑｕａ￣ｚ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ．
针 对 上 一 代 ＢＶＡ石 英 谐 振 器 存 在 的 问题 ，研 制 新 型 ＢＶＡ石 英谐 振器 ，减 小外形 尺 寸 、提 高性 能 ，满 足 超 稳 晶 振 在 相 噪 、短 稳 、老 化 和 抗 振 性 方 面 的 需 求 。整 体 研 制 方 案 为 ：以 ｓＣ切 厚 度 剪 切 振 动模式为基础 ，重新设计非接触 电极 、振子安装结 构 ，并全面提升可靠性 ，同时优化 ＢＶＡ石英谐振器 制作方法 ，最终实现减小 ＢＶＡ石英谐振器 的尺寸和 重量 ，降低工 艺加工难度 ，提高稳 定性和一 致性 。 研 制 的小 型 ＢＶＡ石 英谐 振 器通 过 测 试 和 典 型 环 境 试 验验 证 ，进 行 性 能 和 可靠 性 检测 ，同 时 ，基 于小 型 ＢＶＡ石英谐振器制作晶体振荡器进行性能测试 ，验 证 小型 ＢＶＡ石 英谐 振器 的各项 性能 指标 ］。