石英晶振使用晶振从频率参数到测试老化,每一项都至关重要,那么有关石英晶振,贴片晶振的主要参数都有哪些呢?我们需要哪些事项呢?
负载电容:品振元件相当于电感,组成振荡电路时需配接外部电容,此电容目U负载电容。负载电容是与石英晶体一起决定负载谐振频率f的有效外界电容,通常用CL表示。设计电路时必须按产品手册巾规定的CL值,才能使振荡频率符合石英贴片晶振的fL。在应用石英晶体时,负载电容(C。)的值是卣接由厂家所提供的,无需冉去计算。常见的负载电容为8pF、12pF、15pF、20pF、30pF、50pF、lOOpF。』I要可能就应选lOpF、20pF、30pF、50pF、lOOpF这样的推荐值。
石英晶体振荡器是利用石英晶振的压电效应来起振,而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC共同作用来工作的.振荡器直接应用于电路中,谐振器工作时一般 需要提供3.3V电压来维持工作.振荡器比谐振器多了一个重要技术参数:谐振电阻(RR),谐振器没有电阻要求.RR的大小直接影响电路的性能,因此这是各商家竞争的一个重要参数.
石英晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型.无源晶振与有源晶振(谐振)的英文名称不同,无源晶振为crystal(石英晶体),而有源晶振则叫做oscillator(振荡器).无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法并不准确;有源晶振是一个完整的振荡器.石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件.
石英晶振的负载电容是什么?对于产品选用晶振负载应该如何匹配?石英晶振负载电容有哪些作用?晶振应用技术指标多,参数等问题是关键,CEOB2B晶振平台收集了海内外上百种晶振品牌,晶振型号规格千万种,每天更新晶振技术资料以及提供晶振原厂代码查询,下载等多种服务支持,欢迎登入或收藏官网以便需要时使用.
石英晶振的负载是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电路之和,可看做石英贴片晶振晶片在电路中串联电路.负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件.电路中不应没有负载而直接把电源两极相连,此连接称为短路.常用的负载有电阻、引擎和灯泡等可消耗功率的元件.不消耗功率的元件,如电容,也可接上去,但此情况为断路.
负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和,可看作晶振片在电路中串接电容.负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同.标称频率相同的晶振,负载电容不一定相同.因为石英晶体振荡器有两个谐振频率,一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振:另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振.所以,标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一致,不能冒然互换,否则会造成电器工作不正常.把电能转换成其他形式的能的装置叫做负载.电动机能把电能转换成机械能,电阻能把电能转换成热能,电灯泡能把电能转换成热能和光能,扬声器能把电能转换成声能.对负载最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率.
激光减薄工艺的优点在于,只减薄表面银层,并不伤及晶片本身;同时由于不改变电极有效面积,因而对石英晶体谐振器晶片本身电性能参数影响不大;刻蚀图形选择较灵活;刻蚀外形美观,肉眼几乎看不出痕迹.而其缺点在于可调的频率微调量小,真空中最大只能调节到500ppm左右,而大气中最大只能调节到100ppm左右.而在需要较大频率微调量的情况下,加在激光强度,很容易就会把中央膜层击穿,完全打光,而这样就会对贴片晶振晶片的电性能参数及频率曲线造成严重损害,并且刻蚀表面不美观.
在前面的文章中有介绍过石英晶体谐振器的基本结构、原理、应用,以及与石英晶振相关的一些电性能参数.也有讲到过多种石英晶振频率微调技术.但是现有的三种频率微调技术均有各自的缺陷,而采用激光频率微调技术就可以克服掉这些缺陷.
非直接接触式的激光频率微调并不会造成晶片表面温升过高,因而不会产生蒸发频率微调技术和溅射频率微调技术中的膜层易被氧化的问题.同时,非接触式加工方法,克服了溅射频率微调技术法中存在的晶振晶片表面电荷积累问题;并且,由于激光具有高度的方向性其光斑只有几平方毫米,最小可达微米数量级,因而移动方便,定位准确,可以用于多片同时频率微调,这就克服了离子束刻蚀频率微调的生产率低的问题。
此外,激光频率微调技术还具有许多其他方案不可代替的优点:结合成熟的激光加工工艺和频率检测工艺的新技术,拥有较高的频率微调精确度;并且生产效率高,经济效益好,有很大的实用价值.
激光加工的灵活性,允许加工成任意的图形,这就对其应用范围没有限制,可以应用于各种形状的石英晶振,贴片晶振。并且, 激光频率微调与计算机技术相结合,可实现自动控制,是现代化大生产的发展趋势。综合以上,本课题选用了代表未来发展趋势的激光频率微调技术来对石英晶振进行频率微调。
因而,论文的主要研究任务就在于:
(1)从理论和实验两个方面,证实激光用于石英晶振频率微调的可行性,并获取定量的刻蚀数据。
(2)从理论方面,研究激光刻蚀以及激光损伤的机理,从而尽可能的减小激光刻蚀对于石英晶振晶片可能存在的影响。
(3)通过反复实验,探索激光刻蚀工艺研究,寻找激光刻蚀参数、工艺与刻蚀结果之间的定性、定量关系,增强激光刻蚀的可操作性和可控制性。
(4)在以上研究的基础上,进行激光刻蚀系统的研究。包括采样系统、数据处理系统、控制系统等整个系统的设计。
石英晶振激光频率微调技术就是用激光照射或扫描石英晶振晶体表面电极膜层,使其气化的方法对石英晶体谐振频率进行微调。用高速频率动态采集系统对石英晶体谐振频率进行采集作为反馈信号,控制激光输出参数.
缺点:(1)激光频率微调之后,会对晶振电性能参数产生一定影响。(2)激光频率微调后石英晶振晶片表面并不是均匀一致的,而是凸凹不平的。
优点:(1)由于激光束聚焦激光微调精度高,如激光调阻精度可达0.01%0.002%,激光频率微调精度可达5ppm;
(2)激光束易于导向、聚焦,实现各方向变换,极易与计算机系统配合,因此它是一种极为灵活的自动化加工方法;
(3)激光频率微调过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,因此,其热影响区域小,工件热变形小,后续加工量小。
(4)同离子束刻蚀频率微调一样,石英贴片晶振激光频率微调也是形成洁净的单层膜,可以提高频率特性与结合力;
(5)还可以对多种金属、非金属加工,特别是加工微电子工业中的高硬度、高脆性及高熔点的材料
(6)激光束移动准确方便,可以实现多石英晶振片同时微调,生产效率高,加工质量稳定可靠、经济效益好;
如果将石英晶体置于交变电场中,则在电场的作用下,晶体的体积会发生周期性的压缩或拉伸的变化,这样就形成了晶体的机械振动,晶体的振动频率应等于交变电场的频率,在电路中也就是驱动电源的频率。当石英晶振晶体振动时,在它的两表面产生交变电荷,结果在电路中出现了交变电流,这样压电效应使得晶体具有了导电性,可以视之为一个电路元件。
石英晶体本身还具有固有振动频率,此振动频率决定于石英晶振晶体的几何尺寸、密度、弹性和泛音次数,当晶体的固有振动频率和加于其上的交变电场的频率相同时,晶体就会发生谐振,此时振动的幅值最大,同时压电效应在石英晶体表面产生的电荷数量和压电电导性也达最大,这样晶体的机械振动与外面的电场形成电压谐振,这就是石英晶体作为振荡器的理论基础。
石英晶振晶体的电气特性可用图中所示的等效电路图来表示,由等效电阻R1、等效电感L1和等效电容C1组成的串联谐振回路和静态电容Co并联组成,静态电容C0主要由贴片晶振,石英晶体的尺寸与电极确定,再加上支架电容组成。等效电感L1和等效电容C1由切型、石英晶体片和电极的尺寸形状来确定。等效电阻R1是决定石英晶振Q的主要因素,是直接影响石英谐振器工作效果的一个重要参数。R1不仅由切型、石英晶体片形状、尺寸、电极决定,而且加工条件、装架方法等对其影响也很大。因此,同一型号,同一频率的若干产品其Q值也相差很大。
在等效电路中,L1和C1组成串联谐振电路,谐振频率为:
通常石英晶体谐振器的阻抗频率特性可用图2.3表示。此处忽略了等效电阻R1的影响,由图可见,当工作频率f
接着前面的文章我们继续分析基于晶振的微力传感器的发展.有不懂的问题可以到CEOB2B晶振平台晶振技术资料中查看,有关石英晶振的各种型号,参数信息均可查到.
非接触模式是控制探针在样品表面上方扫描,始终不与晶振样品表面接触因而针尖不会对样品造成污染或产生破坏,避免了接触模式中遇到的一些问题。针尖和样品之间的作用力是很弱的长程作用力一范德华吸引力。非接触模式是测量长程力所采用的方法,其分辨率比接触模式的分辨率要低,由于针尖很容易被表面吸附气体的表面压吸附到样品表面,造成图像数据不稳定和对样品的破坏。因此非接触模式操作实际上较为困难,并且通常不适合在液体中成像。
轻敲模式介于接触模式和非接触模式之间(13l。其特点是扫描过程中微悬臂也是振荡的并具有比非接触更大的振幅(大于20nm),针尖在振荡时间断地与样品接触。由于针尖与晶振等样品接触,分辨率几乎和接触式扫描一样的好,但由于接触是短暂的,因此对样品的破坏几乎完全消失,克服了常规扫描模式的局限性。轻敲模式还具有大而且线性的操作范围,使得垂直反馈系统具有高度稳定性,可重复进行样品测量。对于软、粘和脆性样品的研究具有独到的优势但轻敲模式同样也增加了操作和设备的复杂性,在实际运用中存在着不易控制的缺点。
SFM技术的发展强烈依赖于带有特殊针尖的微悬臂制备技术的发展13-15。这种微悬臂和针尖必须是能够简便而快速制备的。在原子力显微镜发展之初,悬臂几何形状一般为L形。其主要是通过将一个很细的金属丝或线圈弯曲90°后,顶端经电化学腐蚀成一个针尖而制备得到的。这种制备方法完全依赖于实验技师的手工技能。第二种悬臂制备方法是微刻技术。第一代是简单的SiO2悬臂,形状为直角和三角,是从氧化硅片上刻蚀得到的。其同腐蚀金属针尖相比,不能很好的控制其尖锐程度。后来改用SiN4代替SiO2作为悬臂材料。Si3N4脆性较低,而且厚度可以从1.5降到0.3um。这一代悬臂具有完整针尖,而且曲率半径非常低。
美国斯坦福大学是在硅片上刻蚀出金字塔形的小片,可以得到曲率半径小于30nm的针尖。IBM公司则采用硅片(100)来制备具有完整针尖的硅悬臂,曲率半径低于100nm。这些通过微电子加工将针尖集成于一体的微悬臂方法有很好的可重复性,不需粘另外的针尖,便于大批量生产。所以一般商用的AFM都采用这种力传感器。但对于静电力显微镜和磁力显微镜来说,由于针尖材料具有特殊的要求,还是要采用在微悬臂上粘针尖的方法。
从以上可以看出,这些基于微悬臂的SFM它们都有一个共同的缺点;它们不仅需要一个结构复杂的微小悬臂作为力的传感器,而且还要一个激光干涉仪用于检测微悬臂的微小位移来获得表面变化信息。因而结构较为复杂,成本也很高,操作难度增大,也就造成其在应用中的局限性。所以必须采用其他的传感器和非光学的检测方法。
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石英晶体振荡器的压电效应以及等效电路原理
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