影响at切型石英晶体谐振器频率温度特性要素探析

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1、影响AT切型石英晶体谐振器频率温度特性要素探析　　【摘要】本文根据实践数据，总结归纳了对AT切型SMD石英晶体谐振器频率温度特性有明显影响的几个要素，就相关性作了简单的定量或定性分析。【关键词】RBA；（RelativeBenchmanAngle）1.引言AT切型晶片的尺寸合适，便于加工，在较宽的温度范围内具有良好的频率温度特性，并有较高压电活性等优点，从而得到最广泛的应用。AT切型石英晶体谐振器的频率vs.温度，Benchman给出的特性方程式是：其中?i是基准角，可视同零温度系数切角（a0=0），?是晶片实际ZZ’切角，而RBA=⊿?=?-?i。图1给出了

2、使用方程（1）输入不同RBA得到的的石英晶体谐振器的频率vs.温度曲线族：图1从图1可以看出：AT切型石英晶体谐振器的频率vs.温度特性对RBA极为敏感，?变化1’就会引起曲线明显变化。同时，不同温度范围要求同样温度频差或同样温度范围要求不同温度频差，对RBA中心或偏差范围要求也是不一样的。7因此，为满足AT切型石英晶体谐振器产品频率vs.温度特性设计指标，实践中必须精确控制影响RBA的要素。尽管RBA主要受晶片ZZ’切角影响，但试验发现并证明晶片外形等和成品装配设计等对RBA也有相当影响，不容忽视。2.除ZZ’切角外其它影响RBA的部分要素介绍2.1晶片设计

3、参数vs.RBA2.1.1镀膜返回频率试验发现并证实，在同等条件下，RBA随晶片镀膜返回频率的增大而增大，两者基本呈强正相关关系。表1是用晶片腐蚀频率分别是40500KHz、41000KHz、42000KHz三组ATFund.型5032SMD晶片，制成40MHz产品后，用S&A之W2200测试得出RBA统计结果：表1图2显示了RBA中心随镀膜返回频率变化：图2依据实验数据估算，镀膜返回频率每增加或减少0.3*f0（MHz），RBA即随之增加或减少60”。2.1.2倒边量中低频率段的AT切型石英晶体谐振器，为改善晶片振动活力，一般通过倒边加工，现在常用滚筒倒边

4、机来实现，而晶片倒边加工量的大小（倒边量）对RBA有较明显影响。7表2、表3是用三组不同倒边量的ATFund.型3225SMD16MHz晶片，制成产品后用S&A之W2200测试得出RBA统计结果（每组测试30个）：表2表3比较后可发现，随着倒边量的增加，RBA随着变大，且散差随之变大。2.2晶体装配制造vs.RBA2.2.1镀膜材料为改善产品频率老化率技术指标，采用金替代银作为镀膜电极材料是常用的设计，对同规格晶片，两种电极材料做出的产品，其RBA有明显不同。以ATFund.型5032SMD20.950MHz晶片为例，制成产品后用S&A之W2200测试得出RB

5、A统计结果如表4：表4图3显示了采用金做电极材料相比用银做电极材料，RBA变小。图32.2.2点胶方式随着一些产品可靠性要求的提高，AT型SMD7石英晶体谐振器常用的一端点胶有时不能保证一些可靠性指标苛刻认证要求。为“加固”晶片，使用了一些新的点胶方式，图4（A、B、C）给出了3225型SMD石英晶体谐振器三种点胶产品照片。点胶方式的变更，除可靠性和常温性能参数有差异外，不同点胶的产品，其频率温度特性也有明显差异，如：A型点胶产品其频率vs.温度曲线之拐点温度基本在28℃±3℃；而B型和C型点胶产品其频率vs.温度曲线之拐点较高，甚至超过35℃，且一致性差。频

6、率vs.温度曲线之拐点温度偏离25℃（此温度常为温度特性测试参考温度）越多、一致性差，都会对频率vs.温度控制增加困难，甚至在一些特殊产品（如TCXO）使用该类型石英晶体谐振器时增加困难。图4-A图4-B图4-C3.测试方式与RBA3.1测试参数vs.RBA3.1.1负载电容（CL）值取20只ATFund.型3225SMD32MHz石英晶体谐振器32MHz产品，用S&A之W2200在CL=8.0pF、12.0pF、16.0pF、20.0pF和Series设置下分别测试测试，计算每次测试后20只产品的RBA平均值，发现RBA与CL有相关性，结果见图5：图57可见

7、，随着CL增大，RBA也相应增大，尤其是加负载CL测FL与不加负载（Series：CL=∞）测FR，RBA差异更明显，本例中CL=8.0pF与CL=∞，RBA相差达0.36’，这在小公差晶体制造中是不能不考虑的数值。因此，无论是设计晶片、晶片选用、产品频率温度特性测试或检验，甚至是客户使用和确认等，必须明确CL取值，否则会导致测试结果差异。3.1.2激励功率（drivelevel）试验发现，同一只AT切型石英晶体谐振器，在不同的激励功率下测试其频率温度特性，其RBA值并无明显变化，但dip会随激励功率不同而出现差异。例如：ATFund.型5032SMD40MH

8、z石英晶体谐振器在100uw测试其频率