影响AT切型石英晶体谐振器频率温度特性的要素探讨

　　1.引言

　　AT切型晶片的尺寸合适，便于加工，在较宽的温度范围内具有良好的频率温度特性，并有较高压电活性等优点，从而得到最广泛的应用。

　　AT切型石英晶体谐振器的频率vs.温度，Benchman给出的特性方程式是：

　　其中?i是基准角，可视同零温度系数切角（a0=0），?是晶片实际ZZ'切角，而RBA=⊿?=?-?i。

　　图1给出了使用方程（1）输入不同RBA得到的的石英晶体谐振器的频率vs.温度曲线族：

　　图1

　　从图1可以看出：AT切型石英晶体谐振器的频率vs.温度特性对RBA极为敏感，?变化1'就会引起曲线明显变化。同时，不同温度范围要求同样温度频差或同样温度范围要求不同温度频差，对RBA中心或偏差范围要求也是不一样的。

　　因此，为满足AT切型石英晶体谐振器产品频率vs.温度特性设计指标，实践中必须精确控制影响RBA的要素。尽管RBA主要受晶片ZZ'切角影响，但试验发现并证明晶片外形等和成品装配设计等对RBA也有相当影响，不容忽视。

　　2.除ZZ'切角外其它影响RBA的部分要素介绍

　　2.1晶片设计参数vs.RBA

　　2.1.1镀膜返回频率

　　试验发现并证实，在同等条件下，RBA随晶片镀膜返回频率的增大而增大，

　　两者基本呈强正相关关系。

　　表1是用晶片腐蚀频率分别是40500KHz、41000KHz、42000KHz三组ATFund.型5032SMD晶片，制成40MHz产品后，用S&A之W2200测试得出RBA统计结果：

　　表1

　　图2显示了RBA中心随镀膜返回频率变化：

　　图2

　　依据实验数据估算，镀膜返回频率每增加或减少0.3*f0^2（MHz），RBA即随之增加或减少60"。

　　2.1.2倒边量

　　中低频率段的AT切型石英晶体谐振器，为改善晶片振动活力，一般通过倒边加工，现在常用滚筒倒边机来实现，而晶片倒边加工量的大小（倒边量）对RBA有较明显影响。

　　表2、表3是用三组不同倒边量的ATFund.型3225SMD16MHz晶片，制成产品后用S&A之W2200测试得出RBA统计结果（每组测试30个）：

　　表2

　　表3

　　比较后可发现，随着倒边量的增加，RBA随着变大，且散差随之变大。

　　2.2晶体装配制造vs.RBA

　　2.2.1镀膜材料

　　为改善产品频率老化率技术指标，采用金替代银作为镀膜电极材料是常用的设计，对同规格晶片，两种电极材料做出的产品，其RBA有明显不同。以ATFund.型5032SMD20.950MHz晶片为例，制成产品后用S&A之W2200测试得出RBA统计结果如表4：

　　表4

　　图3显示了采用金做电极材料相比用银做电极材料，RBA变小。

　　图3

　　2.2.2点胶方式

　　随着一些产品可靠性要求的提高，AT型SMD石英晶体谐振器常用的一端点胶有时不能保证一些可靠性指标苛刻认证要求。为"加固"晶片，使用了一些新的点胶方式，图4（A、B、C）给出了3225型SMD石英晶体谐振器三种点胶产品照片。点胶方式的变更，除可靠性和常温性能参数有差异外，不同点胶的产品，其频率温度特性也有明显差异，如：A型点胶产品其频率vs.温度曲线之拐点温度基本在28℃±3℃；而B型和C型点胶产品其频率vs.温度曲线之拐点较高，甚至超过35℃，且一致性差。频率vs.温度曲线之拐点温度偏离25℃（此温度常为温度特性测试参考温度）越多、一致性差，都会对频率vs.温度控制增加困难，甚至在一些特殊产品（如TCXO）使用该类型石英晶体谐振器时增加困难。

　　图4-A图4-B图4-C

　　3.测试方式与RBA

　　3.1测试参数vs.RBA

　　3.1.1负载电容（CL）值