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【序文】

前面的文章中我们介绍了使用倍频电路和锁相环电路，或者使用弹性表面波SAW（Surface Acoustic Wave）谐振器获得高频输出的方法。使用这些方法虽然可以获得稳定的高频，但各具弱点。例如，锁相环电路能够提供灵活性的同时，振荡电路设计较为复杂，从而导致相位噪音特性恶化；使用SAW的方法电路设计较为简单且相位噪音特性较好，但元件自身具有频率随温度的变化量大的特点。

通常，石英晶体制造商更多使用AT型石英晶振，理由如下：①在常温范围内有拐点，频率在较宽的温度范围内保持稳定；②覆盖的高频范围较宽；③与石英片的长宽尺寸无关，只需控制石英片厚度就能获得所需高频，因此适于小型化；④只需旋转Z轴就能进行石英片切割，便于生产。但是，若要从AT型石英晶体直接起振高频，则需将石英片加工得很薄。这在加工方法和机械性强度等方面存在着制约。这次，我们将介绍应用爱普生的“QMEMS”技术，生产出只将振荡部分加工变薄的反向台形AT型石英晶体，由此产生高频、稳定的基准信号的方法。

【1】关于反向台形AT型石英晶体

英语名称中的“Mesa”这个词起源于西班牙语，意思是“周围是悬崖峭壁的台形地貌”，通常把截面加工成台形的半导体晶体管等称为“台形结构”。反向台形AT型石英晶体指把AT切割石英片的一部分（振荡部分）切割成凹陷的台形的结构（与台形结构相反）。反向台形AT型石英晶体的结构如图1所示。

AT型石英晶体的石英片越薄，所起振的频率越高。但是，通常机械性研磨实现批量、稳定生产的频率限度为以基波起振50MHz左右（石英片厚度为约30μm）。如果需要使用AT型石英晶体获得大于上述限度的频率，经常使用高次振动的振动模式（三次谐波）达到50MHz至150MHz。因此，为了获得高频，就需要使用复杂的电路控制三次谐波等振动模式。爱普生晶振集团应用进行光刻加工的QMEMS技术，生产出只将激励部分加工成几微米的反向台结构，既保证了芯片的强度又能以基波起振高频，以此解决上述问题。

【2】关于QMEMS技术

“QMEMS”是具有高稳定、高精度等优越性能的石英材料“QUARTZ”和“MEMS（Micro Electro MechanicalSystem，精密加工技术）”组合成的造词。与以硅为材料的“MEMS”相对应，以石英为原料进行精密加工（光刻加工）而提供的小型化、高性能晶体元器件被称为“QMEMS”。应用QMEMS技术的产品除了本次介绍的反向台形AT型石英晶体以外，还应用于32.768K音叉型晶体单元振动槽的精密加工和AT型石英晶体的台形结构加工等方面。本次，我们以AT型石英晶体的台形结构加工为例，说明QMEMS技术。

AT型石英晶体的振荡是典型的厚度变形振荡，其理想的振荡状态是只在中央部分振荡，而周围部分不产生振荡。对于MHz频带中较低频带的AT型石英晶体，大多使用倒角加工，使石英片的中央部分与周围的厚度不同，从而获得该效果。

图2表示原来的机械加工方式和使用了光刻加工的QMEMS方式的概略。由于机械加工利用石英芯片自身重量进行加工，所以石英芯片越小，加工难度越大，晶振偏差也随之增加并影响特性。与此相比，QMEMS技术的光刻加工不受石英芯片大小的影响，可使石英片的形状保持均一，即便是超小型的石英芯片，也能达到比机械加工更小的偏差，从而实现图3所示的优越的温度特性。

综上所述，在高频晶振领域，也能够使用爱普生晶振的QMEMS技术生产出图1所示的反向台结构，既保持石英芯片的强度，又能以基波起振高频，以此提供具有稳定性能的产品。