晶振生产制造阶段的管理
1.晶振元件管理
石英晶振元件的可靠性对产品的可靠性有很大的影响,尽管产品有完美的设计,组成产品的元器件可靠性出现问题,也无法实现产品规定的可靠性。f="/Quartzcrystal.html" title="石英晶振" target="_blank">石英晶振元件的可靠性包括固有可靠性和使用可靠性两个方面,固有可靠性指的是元器件自身的可靠性状况,这是由供应商决定的,供应商生产的元器件好换坏直接决定了元器件的固有可靠性。使用可靠性指的是元器件在使用阶段的可靠性,它与元器件的使用环境、使用方法等有直接关系,在进行元器件可靠性管理,必须保证元器件的固有可靠性和使用靠性都在管控范围内,只有这样才能尽可能的保证元器件的可靠性不出问题。
为了保证石英晶振,f="/SMDcrystal.html" title="贴片晶振" target="_blank">贴片晶振元件的固有可靠性和使用可靠性,需要进行很多的管理工作。比如,在采购原材料时,需要对供应商进行管理,在交付阶段,需要进行来料检验工作,在生产阶段需要保证元器件的使用环境、方法等。结合W公司实际情况, 需要采取以下措施来保障元器件的可靠性。
(1)优化供应商管理制度
目前,市场对石英晶振的产品型号需求不一,Z公司的石英晶振产品型号非常多,组成石英晶振的元器件种类也很复杂,所有元器件的可靠性都可能会对最终的石英晶体,石英晶振可靠性带来影响。这样以来,对元器件的可靠性管控就必须严格进行,选择合适的供应商就显得尤为重要。供应商管理制度的合理性对采购的元器件的可靠性水平是成正比的,完善供应管理制度对提高元器件的固有可靠性大有裨益。
为了优化供应商管理制度,Z公司制定了《供应商准入制度》和《供应商考核制度》两个管理规程,来对供应商管理工作提供准则和要求。制度要求资材课、品管课以及技术课等多个部门联合对供应商进行评审,评审通过的供应商纳入合格供应商名录,接下来对进入名录的供应商的晶振样品进行检测,经技术部门确定合格后,最终成为合格供方。Z公司每季度还要对合格供方进行动态评价,以此来保证供方的质量。在每批元器件入库前,需要对元器件进行来料检验,按照来料检验规程严格进行筛选,经检验合格的元器件才能入库,进行生产。这样就能保证石英晶振,石英晶体振荡器的固有可靠性满足要求,Z公司供应商管理流程如图4-3所示。
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除此以外,如何根据实际情况,采用一定的策略来实现对供应商管理利益的最大化也是一门学问,Z公司目前所需原材料种类繁多,元器件的重要程度也千差万别,因此,Z公司针对不同的供应商可以采用不同的策略,对于那些直接影响f="/OSCillator.html" title="石英晶体振荡器" target="_blank">石英晶体振荡器,石英晶振可靠性的关键元器件,公司应采取与供应商合作共赢的模式,与供应商加强交流,分享实际生产需要经验,从而降低采购成本,提高元器件可靠性。对于那些非关键元器件供应商,公司应该采取多家供应商供货的方法,使供应商之间形成竞争关系,从未间接可以降低采购成本,提高采购质量。公司一定要重视对供应商的管理。
(2)完善元器件的选用制度
虽然元器件的供应商管理问题解决了,元器件的固有可靠性也有了保证,但为了保证石英晶振,贴片晶振的使用可靠性,需要对元器件的选用进行要求,具体的选用要求有以下几个方面:
(1)根据石英晶振的具体型号,来选取相应规格的元器件,而不是只根据型号来选取元器件,因为不同的石英晶振产品的可靠性标准不同,那么所需元器件的规格也会有所差别。
(2)根据元器件在使用过程所受应力的状况来选取元器件,不同产品的元器件所受极限应力不尽相同,按照降额设计的原则来选取元器件。
(3)简化元器件品类,尽量选取标准化元器件,因为标准化石英晶体振荡器.石英晶振,贴片晶振的成本低, 可靠性水平也高。
(4)对于新型元器件的选取,必须经过技术部门的可靠性评估后,没有问题才能投产。
(5)根据以往选取石英晶振,贴片晶振实际经验,制定元器件选取标准,规范元器件选取方法。
晶振广泛应用于生活中的各种机械智能化的产品中,那么装机过程中,若遇到f="/SMDcrystal.html" title="贴片晶振" target="_blank">贴片晶振,贴片晶振在如何安装,才不会导致晶振的损坏以及电路板的正常使用呢?
随着科技的发展,贴片晶振向尺寸小、重量轻的方向发展,还能进行高密度组装,使电子设备小型化、轻量化和薄型化,也不愧现在人们都追求超薄超轻巧.以下为CEOB2B晶振平台所提供的两脚贴片晶振的手工焊接方操作.
1,在凿子形(扁铲形)或刀口烙铁头处加适量的焊锡;用细毛笔蘸助焊剂或用助焊笔在两端焊盘上涂少量助焊剂,并在焊盘上镀上焊锡;一只手用镊子夹持贴片f="/Quartzcrystal.html" title="石英晶振" target="_blank">石英晶振,居中贴放在相应的焊盘上,对准后不要移动;另一只手拿起烙铁加热其中一个焊盘大约2秒左右,撤离烙铁;然后用同样的方法加热另一端焊盘大约2秒左右.注意焊接过程中保持贴片晶振始终紧贴焊盘放正,避免晶振一端翘起或焊歪.如果焊盘上的焊锡不足,可以一手拿烙铁一手拿焊锡丝进行补焊,时间1秒左右.
2,先在焊盘上镀上适量的焊锡;热风枪使用小嘴喷头,温度调到200℃~300℃,风速调至1~2挡,当温度和风速稳定后,一只手用镊子夹住元器件放置到焊接的位置上,注意要放正.另一只手拿稳热风枪,使喷头离待拆元器件保持垂直,距离1cm~3cm,均匀加热,待贴片石英晶振周围焊锡熔化后移走热风枪,焊锡冷却后移走镊子.工厂使用贴片晶振一般采取自动贴片机进行自动贴装,当然部分工厂也是手工焊接的.焊接时我们要注意几个问题
1,一般情况下烙铁头温度控制在300℃左右,热风枪控制在200℃~400℃;
2,焊接时不允许直接加热贴片石英晶振引脚的脚跟以上部位,以免损坏晶振内部电容;
3,需要使用∮0.3mm~∮0.5mm的焊锡丝;烙铁头始终保持光滑,无钩、无刺;烙铁头不得重触焊盘,不要反复长时间在一焊盘加热,常规晶振的工作温度一般在-40—+85℃.
f="/OSCillator.html" target="_blank">石英晶体振荡器电路设计要点:(1)在PCB设计是,晶振的外壳必须接地,可以防止晶振的向往辐射,也可以屏蔽外来的干扰.(2)晶振下面要铺地,可以防止干扰其他层.因为有些人在布多层板的时候,顶层和底层不铺地,但是建议晶振所在那一块铺上地. (3)f="/Quartzcrystal.html" target="_blank">石英晶振底下不要布线,周围5mm的范围内不要布线和其他元器件(有的书是建议300mil范围内,大家可以参考),主要是防止晶振干扰其他布线和器件.
石英晶振是采用石英晶片制成的,而不同频率的石英晶振对应的石英晶片的大小、厚薄是不一样的,一般来讲,石英晶振的频率越高,需要的石英晶片越薄.比如40MHZ的f="/Quartzcrystal.html" title="石英晶体" target="_blank">石英晶体所需的晶片厚度是41.75毫米,這樣的厚度還算可以做到,但100MHZ的石英晶体,所需的晶片厚度则是16.7毫米.即使厚度可做到但損耗非常高,製成成品後輕輕一跌晶片就碎裂.所以一般在高频的晶体就要采用三次泛音、五次泛音、七次泛音的技术来达到了.
比如基频为20MHZ的石英f="/SMDcrystal.html" title="贴片晶振" target="_blank">贴片晶振晶体,五次泛音之后就可以得到100MHZ的晶体.一般以经验来讲,40MHZ以下基本都是基频晶振,而40MHZ以上,则是泛音晶振了.
两者在用法上也是有一定的区别的,比如基频的晶体,只需要接入适当的电容就可以工作,而泛音晶体则需要电感与电容配合使用才可振出泛音频率,否则就只能振出基频了.
如下图所示晶振电路:
首先:因为每一种f="/Quartzcrystal.html" title="石英晶振" target="_blank">石英晶振都有各自的特性,所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件.石英晶体作为滤波、振荡元件已广泛应用在广播通讯、电子测量、航空、航天等方面.其发展历史只有短短几十年,美国是发展石英晶体最早的国家.最近一、二十年来,由于PCS、GSM、GPS、PDC、CDMA等诸多移动通讯技术的需求,石英晶体振荡器中的f="/Quartzcrystal.html" title="石英晶体谐振器" target="_blank">石英晶体谐振器不再是单一元件,它已发展成为组件,而且几乎全部以集成化、全集成化、全数字化形式展现出来,体积比过去缩小了数倍乃至数十倍.
石英晶体振荡器由晶体振荡电路和输出电路两部分构成.石英晶体振荡器电路分为并联晶体振荡电路和串联晶体振荡电路,常用并联晶体振荡电路.晶体工作在串联谐振频率ωS和并联谐振频率ωP之间,即呈现感抗.而振荡性能的优劣由晶体的品质、切割取向、振子结构及振荡电路共同决定.图1为AT切割和SC切割的频率温度特性曲线.可以看出,SC切割有高的静态和动态f-t稳定性、良好的老化率和相位噪声,但缺点是频率牵引灵敏度低、成本高.
最常用的振荡电路是集电极交流接地的考毕兹振荡电路(如图2所示).此电路的优点是电路简单、可靠、稳定.
输出电路的作用是对振荡获得的正弦信号进行缓冲、放大、整形,得到图3所示的标准输出电平,驱动负载或后级门电路.这里,还经常用到逻辑电平转换电路和分频、倍频电路.
其输出正弦波电平用Vp-p、VRMS或dBm表示,dBm的计算式为:
)1log(10mWPdBm?必要时,还须注明谐波抑制比.方波或矩形波输出电平应注明TTL、CMOS、HCMOS还是ECL、直流分量值,并且表示出占空比、上升时间、下降时间等其它相应参数.
标准输出负载为50Ω、1kΩ、10kΩ∥10pF或用驱动几个门电路表示,如驱动2个门,5个门电路.
对f="/OSCillator.html" title="石英晶体振荡器" target="_blank">石英晶体振荡器的噪声系数有特殊要求时,则应严格设计振荡、放大电路及电源.譬如主振选用低噪声管、低噪声压控电压并使振荡在低电压工作,各级电路必须匹配以保证无反射、辐射.
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其实平板电脑内部构造并不复杂,一块中控板,CPU处理器,,以及一堆的贴片电容电阻系列。不过随着平板电脑生产的企业越来越多高利润时代即将终结,接下来的将是平板电脑企业的寒冬!不过话又说回来,不管这平板电脑出来有没给大家带来生活上的便利不说,到是可以理解成平板电脑给一部分零配件商带来了一场商机,比如内部的使用的石英晶振就给晶振行业带来了不小的订单,一台小小的平板电脑内部最少使用3颗石英晶振,其中一颗是32.768K晶振,2颗是贴片晶振,16M3225mm贴片晶振,或者是32.0M3225mm体积的贴片晶振,目前就刚中国境内就有销售除2.5亿台平板电脑,2.5亿*3=7.5亿颗石英晶振,况且还有一系列的电容电阻类电子元件。
石英晶体与晶体振荡器统称为晶振,能够提供高精度和高稳定度的振荡信号,被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中,以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号.
晶振结构:晶振是用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本构成大致是:从一块f="/Quartzcrystal.html" title="石英晶体" target="_blank">石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振.其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的.
压电效应:若在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会产生机械变形.反之,若在晶片的两侧施加机械压力,则在晶片相应的方向上将产生电场,这种物理现象称为压电效应.如果在晶片的两极上加交变电压,晶片就会产生机械振动,同时晶片的机械振动又会产生交变电场.
在一般情况下,晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小,但当外加交变电压的频率为某一特定值时,振幅明显加大,比其他频率下的振幅大得多,这种现象称为压电谐振,它与LC回路的谐振现象十分相似.它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关.
石英晶振同时也分为无源晶振和有源晶振两种类型.无源晶振与f="/OscillatorCrystal.html" title="有源晶振" target="_blank">有源晶振(谐振)的英文名称不同,无源晶振为crystal(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,需要外接电路,所以“无源晶振”这个说法并不准确;有源晶振是一个完整的谐振振荡器,内含IC电路,加上电压就会振荡起来.谐振振荡器包括石英(或其晶体材料)晶体谐振器,陶瓷谐振器,LC 谐振器等.
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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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