基于应力处理的工艺探索下的温补晶振研究

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1、硕士学位论文＿画摩基于应力处理的工艺探索下的温补晶振研究｜作者姓名张艺学校导师姓名、职称于建国、白丽娜教授企业导师姓名、职称方明研究员申请学位类别工程硕士基于应力处理的工艺探索下的温补晶振研究作者姓名张艺学校导师姓名、职称于建国、白丽娜教授企业导师姓名、职称方明研究员申请学位类别工程硕士学校代码10701学号1504122125分类号TN752.2密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于应力处理的工艺探索下的温补晶振研究作者姓名：张艺领域：控制工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：于

2、建国、白丽娜教授企业导师姓名、职称：方明研究员学院：机电工程学院提交日期：2018年6月AResearchonTechnologyExploringofTCXOBasedonStressProcessAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinControlEngineeringByZhangYiSupervisor:YuJianguo、BaiLinaTitle:Profes

3、sorSupervisor:FangMingTitle:ResearchFellowJune2018西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并

4、表示了谢意。一学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任。本人签名日期：２０！Ｓ，ＬＨ：张ｔ西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影。印、缩印或其它复制手段保存论文同时本人保证，结合学位论文研宄成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。

5、本人签名：导师签名：ｍ日期Ｉ：加乂？日期：摘要摘要随着科技的进步，温度补偿晶体振荡器在通讯和国防方面的需求量明显增多，市场对其成本、体积以及各类关键性能提出了更为严格的要求。传统的模拟补偿和数字补偿分别是通过热敏电阻网络和温度传感器等器件输出反馈控制电压，从而实现对晶体频率偏移的补偿。这些方法的器件组成和调试过程复杂，产品成本、体积和功耗等也比较高，因此寻找更有效的补偿方法非常重要。要突破传统补偿方法，进一步提高晶振的性能指标，就需要加强对晶体谐振器的基础研究，了解晶振的振动模态及各项因

6、素对其频率的影响，有针对性地进行研究。在此背景下，本文将有限元应用在晶体谐振器的振动模态仿真研究中，并根据晶体自身的两个物理特性--温-频特性和力-频特性，提出了基于应力稳频补偿方法的设计过程和实现方案。本课题源于国家自然科学基金基于晶体力-频传感特性的高性能温度补偿泛音晶体振荡器的基础研究。论文的主要贡献如下：1.通过ANSYS仿真探索了振动模态分析在晶体谐振器设计中的应用。本文首先根据压电耦合有限元方程和动力学方程构建了AT切晶体谐振器的仿真模型，对其不同边界条件下对应的振动模态进行求解计算，全面了解了谐振器内

7、部的厚度剪切振动和各种寄生振动的分布模式，并仿真得出晶体谐振器尺寸与其振动模态之间的关系，该结果对晶体实际生产工艺中的尺寸设计提供了很重要的参考作用；接着对受不同角度预应力作用时的晶体谐振器进行了仿真分析，得到其振动模态及振动位移的变化情况。振动直接影响频率，因此根据该仿真结果得出频率补偿效果最明显的应力处理镀膜方向应沿晶体的X轴，支架固定的角度应沿晶体的Y轴方向，这样可以最大程度地减小工艺设计对晶体性能的影响。2.在仿真的基础上，本文提出基于应力稳频补偿方法的设计思路和实现方案，将晶体自身的力频特性和温频特性相结

8、合，利用随温度变化产生的应力来补偿温度对频率的影响。并通过ANSYS对不同应力处理方案下对应的晶体谐振器进行了仿真，比对其内部等效应力的大小，得出应力稳频方法效果最明显的方案，即在晶体表面镀一层沿X轴方向的条形金属薄膜。最后用实验结果验证了该应力处理方法的可行性，不仅能使频率稳定度在-50℃~85℃宽温度范围内达到10-7量级，而且相对于传统补偿方法的可操作