石英晶体的疵病
石英晶体无论是天然的还是人造的,都不同程度地存在一些疵病(缺陷)。它们不仅是由于在石英晶振晶体生长过程中受到种种条件的影响而产生,就是在已形成的晶体中和生长完成后,外界条件的变化(主要是温度)产生的缺陷。这些缺陷会影响其可用程度和石英晶体元件的性能,以下简要介绍几种常见的缺陷。
一、双晶
双晶是指两个以上的同种晶体,按一定规律相互连生在一起。即在同块贴片晶振晶体中,同时存在两个方位不同的左旋部分(或右旋部分)。其中一部分绕Z轴转180°后方与另一部分连生在一起,这两部分的z轴彼此平行,所以两部分的光学性能相同,而电轴两部分相差180°,故它们的极性相反(见图1.4.1)。
光双晶是异旋晶体的连生,即在一块晶体中,同时存在左旋和右旋两个部分,它们连生在一起,左旋和右旋的光轴彼此平行,但旋光性相反,此外电轴极性也相反(见图1.4.2)。
(a)左旋石英晶体的极性;(b)绕光轴转180°°后左旋石英晶体的极性C)电双晶的极性;
图1.4.1电双晶极性示意图
(a)左旋石英晶体的极性;(b)右旋石英晶体的极性;(c)光双晶的极性;
图1.4.2光双晶极性示意图
电双晶又称道芬双晶;光双晶又称巴西双晶。双晶的边界可用氢氟酸腐蚀显示出来(见图1.4.3)。
双晶多出现在天然石英晶体振荡器,石英晶体中,但在石英晶片加工中也会诱发出双晶。例如:石英晶片加热温度超过573℃,或虽然不超过573°C,但石英片内部温度梯度太大,都可能产生电双晶;又如:晶片研磨时,由于机械应力的作用,可能产生微小的道芬双晶。
(a)电双晶腐蚀图像(b)光双晶腐蚀图像
图1.4.3电双晶、光双晶在z平面上的腐蚀图像
在压电石英晶体元件中,一般不允许含有双晶,若要利用含有双晶的石英晶片时,则对双晶的位置和比例要严加限制,因此在石英晶片加工中,要力求避免双晶的出现
二、包裹体
石英晶体中往往含有固体、胶体和气—一液体三种包裹体。
固体包裹体是混杂在晶体内部的其它矿物质,天然石英晶振,压电水晶振荡子,石英晶体中固体包裹体大部分是围岩碎屑和黄铁矿、金红石等。人造石英晶体的固体包裹体主要是硅酸铁钠( NaFesi2O6.2H2O),它是由高压釜内壁被腐蚀脱落的亚铁离子和其它离子,与NaOH或Na2CO3溶液和SiO2等产生化学反应而形成的。
胶体包裹体是含钾(K)、钠(Na)硅酸盐胶体所组成。它是由于石英贴片晶振,温补晶振,石英晶体生长过程中,温度发生波动时溶液中的二氧化碳达到超饱和状态,来不及结晶而形成胶体包裹体。
气一液包裹体中的液体主要是水溶液、碳酸和其它混合液,气体是二氧化碳及挥发性化合物等,气一液包裹体多集中在晶体底部包裹体是石英晶振晶体的一种主要缺陷,实验表明,如果晶片中含有大的针状包裹体时,对石英晶体元件的电性能影响很大。
石英晶体的包裹体可用显微镜观察法或油槽观察法等进行检查
三、蓝针
石英晶体中蓝色针状的缺陷称为蓝针。
蓝针形成的原因很多,有人认为蓝针内部包含有铁、锰、铜、锌等金属氧化物,在这些氧化物外部还有密集的小气泡或小水珠,当光线通过它们时,除蓝色光线外,其它光都被吸收掉,因此在晶体内部呈现蓝色针状缺陷。还有人研究发现,存在蓝针的地方有很细的裂缝,它与石英晶振,有源晶振晶体原有宏观裂隙平行生长,说明蓝针是属于晶体内部机械破坏的结果。
对一般应用的压电石英晶片可以存在蓝针,但用于制造稳定度高的和频率比较高的石英晶体元件时,不允许其石英晶片有蓝针存在。
四、其它疵病
在一些晶体中,可隐隐看出数个晶体的影子,这叫幻影或称魔幻。它是由于晶体生长中断了一段时间,后来又在晶面上继续结晶而形成的。幻影破坏了晶体格架的完整性,影响晶体的弹性,属晶体内部深处的缺陷。
裂隙是存在于晶体内部的小裂缝。它的形成可能是由于生长区中二氧化硅供应不足,杂质分布不均匀,籽晶不完善,机械应力和温度变化不均匀等缘故节瘤是由许多小晶块构成的镶嵌结构,其形状像是很小的晶体镶嵌到大晶体的表面。这种镶嵌结构是受温度、压力、溶液饱和程度和混合物数量等生长条件影响而形成。在石英晶振,差分晶振等石英晶体内部某处有集中的许多微小气泡和小裂隙,呈现白色如棉花状,这种缺陷俗称为棉。
32.768K晶振类型有很多DIP插件晶振类的,SMD贴片晶振类的,常用的32.768K音叉晶振是圆柱形的,体积以3*8mm和2*6mm使用的居多,这类音叉晶体也叫圆柱晶振或者表晶。贴片型32.768KHZ石英晶振尺寸就更多了,从大体积8030晶振到超小体积1610石英晶体谐振器,这些贴片时钟晶振有几款还被誉为智能手机专用晶振,它们分别是EPSON晶振的MC-146晶振和精工晶振的SSP-T7-F晶振。
石英晶体俗称水晶,成份是SiO2,它不但是较好的光学材料,而且是重要的压电材料。石英晶振在常压下不同温度时,石英晶体的结构是不同的。温度低于573℃时,是a石英晶体;温度在573℃~870℃时,是B石英晶体;温度在870℃~1470℃时,是磷石英,温度达1470℃时,就转变成方石英,它的熔点是1750℃。用于制造压电晶体元件的为a石英晶体,石英晶振.
§1-1石英晶体的结晶形态和坐标系
固体可以分为结晶体(晶体)与非结晶体(非晶体)两大类。晶体中有外形高度对称的单晶体(如石英晶体)和由许多微细晶体组成的多晶体(如各种金属)。石英贴片晶振的主要特性是原子和分子的有规则排列,这种排列反映在宏观上是外形的对称性,而非晶体就不具备这种特性,例如石英玻璃,它的成份与石英晶体一样是SiO2,但不属于晶体。
晶体可以是天然的,也可以由人工培养。晶态物质在适当条件下,能自发地发展成为一个凸多面体形的单晶体。围成这样一个多面体的面称为晶面;晶面的交线称为晶棱;晶棱的会集点称为顶点。发育良好的单晶体,外形上最显著的特征是晶面有规则的配置,属于同一品种的石英晶振晶体,两个对应晶面(或晶棱)间的夹角恒定不变。图1.1.1给出了理想石英晶体的外形。石英晶体的晶面共30个,分为五组,六个m面(柱面),六个R面(大棱面),六个r面(小棱面)六个s面(三方双锥面),六个x面(三方偏方面),相邻m面的夹角为60°相邻m面和R面的夹角与相邻m面和r面的夹角都等于38°13,相邻s面与x面的夹角等于25°57。由于外界条件能使某一个或某一组晶面相对地变小或完全隐没,所以实际见到的石英晶体很少如图1.1.1所示,就是人造石英晶振,石英晶体振荡器,石英晶体的外形也只是接近理想情况。
(a)右旋石英晶体 (b)左旋石英晶体
图1.1.1石英晶体的理想外形
晶体内部结构的规律性,造成了它在外形上的对称性。例如:晶体可以有对称轴、对称中心、对称面等对称元素。石英晶振晶体存在一个三次对称轴(或三次轴即晶体绕该轴旋360°3后能够复原)和三个互成120°的二次轴,如图1.1.2中的a、b、d轴
图1.1.2石英晶体的对称轴和直角坐标系
在结晶学中,晶体的内部结构可以概括为是由一些“点子”在空间有规则地作周期的无限分布:“点子”代表原子、离子、分子或其集团的重心。这些“点子”的总体称为点阵,构成石英晶振,有源晶振,石英晶体的是二氧化硅分子,而二氧化硅分子的重心又正好与硅离子重合,因此硅离子的点阵就可以反映出石英晶体的内部结构。石英晶体的各层硅离子若按右手螺旋规则分布,则称为右旋石英晶体;若按左手螺旋规则分布,称为左旋石英晶体。从外形上看,右旋石英晶体的s面在R面的右下方或m面的左上方,左旋石英晶体的s面在R面的左下方或m面的右上方(见图1.1.1),它们互为镜象对称。
石英晶振晶体物理性质的各向异性和晶体外形的对称性有关,因此讨论石英晶体的物理性质时,采用为图1.1.2所示的直角坐标系较为方便。选c轴为z轴,a(或b、d)轴为x轴,与x轴、z轴垂直的轴为y轴。其指向按1949年IRE标准规定对左、右旋石英晶体均采用右手直角坐标系。
车载晶振的特殊在于以下几点:
1、AEC-Q200所代表的高信赖性
2、广范围的动作温度(-40~+125℃、根据场合不同也可达到+150℃)
3、焊接过程中温度在特殊变化下可以达到零缺陷要求
车载用有源晶振从最初直插式产品向贴片:8045-7050-5032-3225,到现在2520小型化系列转变,这是由于晶体产品整体的包装都在往小型化方向转变,加上汽车特殊的高温动作(+150℃)的要求,大大提高了焊接过程的特殊要求,特别是为了提高ECU的处理性能,动作频率趋于高频化,可以预见小型化的需求将更加激烈。
对于石英晶振而言我们总是这样开始接触它的,从有源晶振、无源晶振、石英晶体振荡器、石英晶体谐振器、插件晶振、贴片晶振这几大类开始具体详细的了解石英晶振。对于贴片晶振和插件晶振可以说是我们最不会弄出的晶振两种分类,这种从外观上就能直接明了的区分出来即使是从未接触处过晶振行业的人,你与他简单解说一番他也可以弄明白的。但对于石英晶体振荡器和石英晶体谐振器这两者的区分就做不到直接简单了,这种从定义上区分的晶振分类即使资深老手有时也是要纠结纠结的。
很多人可能会对有源时钟晶振感到好奇,通常我们说的32.768K时钟晶振都是无源晶振,并且这些32.768K晶振的进口晶振中精准度可是已经达到+-5PPM这样高了,同样耐高温耐低温表晶也有,那为什么还需要进一步研发32.768K石英晶体振荡器呢?并且一般32.768K音叉晶振都是用在消费类电子产品上,如果遇到要求高一些的完全选用进口品牌就能满足的,对于这个疑问下面就来具体解说一下有源32.768K晶振的不同之处以及必要之处。
但是无论是电子“黄牛”还是我们自己网上购票一定都需要一台给力的电脑才能事半功倍,而电脑强不强大性能好不好又需要靠什么呢?这个答案是显然的,这就要看你电脑的主板性能好不好了。在这样一群人蜂拥到一个网站平台抢票的情况下,如果你的电脑性能不好肯定是抢不过别人的,稍微懂点电脑的人都知道电脑的主要性能在它的CPU和主板上。
石英晶振俗称水晶,成分为二氧化硅,具有"压电效应"和极高的品质因数,被应用于各种振荡电路,其频率稳定度一般可以达到10-6~10-8数量级,甚至更高。然而其频率精度受到石英晶体自身所固有的两个特性影响:频率牵引量(TS)和温漂。频率牵引量是描述石英晶体频率精度随着负载电容变化而变化的物理量,单位为PPM/PF.温漂是描述晶体频率精度随着温度的变化而变化的物理量,为石英晶体谐振器所固有的特性,其频率温度曲线与石英晶片的切型和切角有关。从用户使用角度讲,用户没法改变晶片的切角切型,却很容易改变振荡回流的负载,也正因此原因,客户在使用晶体谐振器时,容易出现因负载不匹配造成的频率漂移现象。
在石英晶振匹配和晶振电路设计中我们听到的最多的就是电容的匹配或匹配电容负载电容,就是在大家向晶振厂家采购石英晶振是负载电容也是重要的采购参数之一,晶振供应商常会问道的石英晶振参数有尺寸,频率,精准度PPM,负载电容,型号,品牌等。你可能从来没有听过谁在采购的时候说自己要多大阻抗的,或是石英晶体供应商问你要多大阻抗呢,那是不是说明在石英晶振的运用中阻抗其实是个不足为道的参数呢?但是你又会发现在所有石英晶振标签上,除了型号负载频率出厂日期等的说明,阻抗也是上面不可或缺的一项参数,因此今天CEOB2B晶振平台特意与大家一同去探索一下这个阻抗的秘密,一起学习一下什么是抗阻匹配!
而智能手机不断革新有直接给电子元器件带来了不可抗拒的机遇和挑战,并不断的淘汰那些老旧的一成不变的晶振产品。就像日本进口村田MURATA晶振品牌那样,旧晶振不断被停产的同时又不断有更优秀的晶振取而代之。
到今天为止不管是直插式晶体或者贴片式晶体都越来越精确,越小型化。就拿手机来说一个小小的东西只要有频率信号输出就可以听到千里之外朋友的声音,这是电子信息化的魅力所在,本来之前晶振是大个的为了迎合小型产品需求,现在的贴片晶振是越做越小型化,像2.0*1.6这款体积的晶体来说,已经是超薄的晶体了。还有贴片晶振的几个主要特点1.高精度和高稳定度、2.低噪声,低抖动,高频化、3.低作用,快速启动,低电压工作。
TEL: 0755-27876201- CELL: 13728742863
主营 :石英晶振,贴片晶振,有源晶振,陶瓷谐振器,32.768K晶振,声表面谐振器,爱普生晶振,KDS晶振,西铁城晶振,TXC晶振等进口晶振
TEL: 0755-27837162- CELL: 13510569637
主营 :晶振,进口晶振,石英晶振,陶瓷晶振,贴片晶振,圆柱晶振,无源晶振,有源晶振,温补晶振,压控晶振,压控温补晶振,恒温晶振,差分晶振,雾化片,滤波器.