论文部分内容阅读
【摘 要】本文介绍了AT切80～150M频率范围内甚高频微型滤波晶体的设计及制造过程，给出了该产品的参数，并与同类型49/u产品的参数进行了比较。
一、引言
随着技术的发展，整机对各种元器件的要求不仅仅只局限在电气性能和抗振强度方面，而且对元器件的体积和重量都要求尽量减少，由于集成电路的发展迅速，以及工艺水平的提高，使得众多元器件都实行了小型化，这样极大地减小了整机的重量和体积，然而石英晶体作为一种不可替代的高稳定频率源，它的体积和重量要比集成电路大得多，它的小型化是人们十分关心的问题，尤其是在甚高频滤波这一方面尤为突出。目前的工艺水平，已经能够将振荡器及温控、压控振荡器同集成电路封装在一起实行小型化，但滤波晶体却不能，本次试制就是最大限度地用um-5封装，生产90MHZ滤波晶体，以满足整机小型化的要求。
二、设计过程
我们都知道um-5外型的内部体积很小，通常只有49/u的1/4左右，因此在设计90MHZ石英晶片的外型尺寸时，就必须考虑怎样设计石英晶片的规格，才能使得90MHZ甚高频滤波晶体具有较好的电气性能满足滤波条件，这是一个很重要的问题，所以必须充分选择外壳内腔所能容纳石英晶片的外形尺寸。
在选择石英晶体的外形尺寸时，应尽量减少石英晶片的直径与厚度比来减少AT切石英晶体的阻尼损耗或者是边缘效应，石英晶片的直径大小对石英晶体的活力及寄生振动有非常大的影响，AT切型的寄生振动主要包括xy’弯曲振动、面切变和伸缩等三种振动，如果主振动频率与上述三种振动之一的高次泛音频率接近时，就会出现强耦合作用，引起活力突变或频率跳跃现象，考虑到上述因素，我们将石英晶片设计成φ5.5×4.5，也就是φ5.5改圆，再在两边倒边成4.5mm。
当然不是随便地进行4.5mm倒边，考虑到AT切振动方向在x轴方向，因此在改圆前给晶片定向，使倒边面与x轴面平行，也就是将引耳方向设计在x方向，以确保晶片的最大活力。
考虑到晶体抗振性及活力，我们都知道晶片的基频活力好，但晶片太薄、易碎、泛音次数越高，晶片越厚抗振好，但活力越差，综合考虑我们选择3次泛音晶片。
晶片厚度与频率关系t=n·k/f
其中t→晶片的厚度 k→常数 n→泛音次数 f→频率
一般对于石英晶片的直径与厚度比很小的情况下，采用修外形的方法进一步提高晶片的活力，如φ5.5mm频率10MHZ的石英晶片，其边比为30左右，石英晶片的活力较低；采用修外形的方法，活力能明显提高。修外形的方法很多，其最终目的就是降低晶片本身的电阻，这是为了减小石英晶片振荡时的表面阻尼损耗，对石英晶片采用表面抛光（当然在改圆时也要特别注意表面光洁，不能有崩边现象），同时在镀膜前严格清洗以避免石英晶片表面附着的灰尘微粒或其它任何疏松材料和油膜、油脂等带来的表面损耗。
电极材料的选择，对于通常的晶体电极一般采用银，返回量在0.5～1.0f?m，同时确保它的静电容小于7PF即可，但滤波晶体不行，突出考虑它的滤波带宽以及插入衰耗，还要充分提高晶体的活力，就要严格控制它的返回量及电极质量，同时确保电极膜的厚度，我们选用纯铝做电极，同时能满足以上要求，且铝氧化后形成氧化铝保护膜，稳定性很好。
电极面积的选择，我们知道电极面积的大小也影响晶体的活力，面积越大，活力越高，考虑到滤波晶体不同于普通晶体，考虑到静电容对滤波性能及线路的影响，通过理论计算及实际经验，最终确定了被银面积的大小。
计算石英晶体静电容的公式为
式中，A—石英晶片电极面积 t—晶片厚度
—与y’方向有关的介电常数
最终确定石英晶片的电极直径为
晶片的抛光频率为90.230—90.280MHZ
晶片切角：AT35°23’ ±0.5’
支架的选择，石英晶体在外力的作用下，尤其是机械力的作用会使石英晶体的电气性能变坏，机械性能的影响主要是它的装架结构及边缘效应；引线的导电性能，我们选用镀金的弹片支架，弹片的缝宽t=0.15mm
三、加工制作
加工制作与普通晶体并无多大区别，注意以下几个问题
（一）由于电极是纯铝材料，铝易氧化，所以电极表面切忌有划伤现象，影响它的稳定性
（二）调频方式与普通银电极不同，是采用阳极氧化方式调频
（三）点胶时银胶不能太稀，防止荫胶现象，且点一个小圆点，以减小边缘效应
（四）支架外壳使用时也要严格清洗，生产环境确保卫生，封装时工作室内的湿度要在10%以下
四、产品结果
产品封装后在100℃，烘箱老化48小时后测试：
①调整频差（25°±2°） ≦15PPM， （250B测试）
②温度频差（-25°～+70°） ≦10PPM （温度箱测试）
③等效阻抗 ≦40Ω （250B测试）
④DLD2 ≦5
⑤接入线路满足预先的滤波要求
五、结束语
随着尖端技术的发展对滤波晶体的要求越来越高，频率也越来越高，我们将继续努力生产更好的产品来满足客户与市场的需求。
作者简介：
许鸽，（1962--8），籍贯：连云港市，研究方向：电气自动化，学历：大学专科 。
一、引言
随着技术的发展，整机对各种元器件的要求不仅仅只局限在电气性能和抗振强度方面，而且对元器件的体积和重量都要求尽量减少，由于集成电路的发展迅速，以及工艺水平的提高，使得众多元器件都实行了小型化，这样极大地减小了整机的重量和体积，然而石英晶体作为一种不可替代的高稳定频率源，它的体积和重量要比集成电路大得多，它的小型化是人们十分关心的问题，尤其是在甚高频滤波这一方面尤为突出。目前的工艺水平，已经能够将振荡器及温控、压控振荡器同集成电路封装在一起实行小型化，但滤波晶体却不能，本次试制就是最大限度地用um-5封装，生产90MHZ滤波晶体，以满足整机小型化的要求。
二、设计过程
我们都知道um-5外型的内部体积很小，通常只有49/u的1/4左右，因此在设计90MHZ石英晶片的外型尺寸时，就必须考虑怎样设计石英晶片的规格，才能使得90MHZ甚高频滤波晶体具有较好的电气性能满足滤波条件，这是一个很重要的问题，所以必须充分选择外壳内腔所能容纳石英晶片的外形尺寸。
在选择石英晶体的外形尺寸时，应尽量减少石英晶片的直径与厚度比来减少AT切石英晶体的阻尼损耗或者是边缘效应，石英晶片的直径大小对石英晶体的活力及寄生振动有非常大的影响，AT切型的寄生振动主要包括xy’弯曲振动、面切变和伸缩等三种振动，如果主振动频率与上述三种振动之一的高次泛音频率接近时，就会出现强耦合作用，引起活力突变或频率跳跃现象，考虑到上述因素，我们将石英晶片设计成φ5.5×4.5，也就是φ5.5改圆，再在两边倒边成4.5mm。
当然不是随便地进行4.5mm倒边，考虑到AT切振动方向在x轴方向，因此在改圆前给晶片定向，使倒边面与x轴面平行，也就是将引耳方向设计在x方向，以确保晶片的最大活力。
考虑到晶体抗振性及活力，我们都知道晶片的基频活力好，但晶片太薄、易碎、泛音次数越高，晶片越厚抗振好，但活力越差，综合考虑我们选择3次泛音晶片。
晶片厚度与频率关系t=n·k/f
其中t→晶片的厚度 k→常数 n→泛音次数 f→频率
一般对于石英晶片的直径与厚度比很小的情况下，采用修外形的方法进一步提高晶片的活力，如φ5.5mm频率10MHZ的石英晶片，其边比为30左右，石英晶片的活力较低；采用修外形的方法，活力能明显提高。修外形的方法很多，其最终目的就是降低晶片本身的电阻，这是为了减小石英晶片振荡时的表面阻尼损耗，对石英晶片采用表面抛光（当然在改圆时也要特别注意表面光洁，不能有崩边现象），同时在镀膜前严格清洗以避免石英晶片表面附着的灰尘微粒或其它任何疏松材料和油膜、油脂等带来的表面损耗。
电极材料的选择，对于通常的晶体电极一般采用银，返回量在0.5～1.0f?m，同时确保它的静电容小于7PF即可，但滤波晶体不行，突出考虑它的滤波带宽以及插入衰耗，还要充分提高晶体的活力，就要严格控制它的返回量及电极质量，同时确保电极膜的厚度，我们选用纯铝做电极，同时能满足以上要求，且铝氧化后形成氧化铝保护膜，稳定性很好。
电极面积的选择，我们知道电极面积的大小也影响晶体的活力，面积越大，活力越高，考虑到滤波晶体不同于普通晶体，考虑到静电容对滤波性能及线路的影响，通过理论计算及实际经验，最终确定了被银面积的大小。
计算石英晶体静电容的公式为
式中，A—石英晶片电极面积 t—晶片厚度
—与y’方向有关的介电常数
最终确定石英晶片的电极直径为
晶片的抛光频率为90.230—90.280MHZ
晶片切角：AT35°23’ ±0.5’
支架的选择，石英晶体在外力的作用下，尤其是机械力的作用会使石英晶体的电气性能变坏，机械性能的影响主要是它的装架结构及边缘效应；引线的导电性能，我们选用镀金的弹片支架，弹片的缝宽t=0.15mm
三、加工制作
加工制作与普通晶体并无多大区别，注意以下几个问题
（一）由于电极是纯铝材料，铝易氧化，所以电极表面切忌有划伤现象，影响它的稳定性
（二）调频方式与普通银电极不同，是采用阳极氧化方式调频
（三）点胶时银胶不能太稀，防止荫胶现象，且点一个小圆点，以减小边缘效应
（四）支架外壳使用时也要严格清洗，生产环境确保卫生，封装时工作室内的湿度要在10%以下
四、产品结果
产品封装后在100℃，烘箱老化48小时后测试：
①调整频差（25°±2°） ≦15PPM， （250B测试）
②温度频差（-25°～+70°） ≦10PPM （温度箱测试）
③等效阻抗 ≦40Ω （250B测试）
④DLD2 ≦5
⑤接入线路满足预先的滤波要求
五、结束语
随着尖端技术的发展对滤波晶体的要求越来越高，频率也越来越高，我们将继续努力生产更好的产品来满足客户与市场的需求。
作者简介：
许鸽，（1962--8），籍贯：连云港市，研究方向：电气自动化，学历：大学专科 。