KVG Crystal生产工艺简要概述
来源:http://www.jinluodz.com 作者:金洛鑫电子 2019年04月03
位于德国KVG晶振公司是一家非常注重频率元件技术的供应商,自1963年创办品牌至今已有56年多久,在这几十年的时间里,KVG集团专注于晶体和振荡器的生产制造工艺及技术。通过努力和钻研KVG Crystal公司已申请了多项技术专利,是业界里比较早从事石英水晶组件事业的厂家之一,自己研发的技术用于生产中,提高了晶体晶振的性能,寿命和精准度等。下面是金洛鑫电子整理的,部分KVG Crystal制造工艺的简单描述。
石英晶体,切角:
压电材料,特别是石英,具有将电能转换成机械能的性质,反之亦然。在技术应用中,通过施加交变电场来利用这种效应,这将导致材料振动并随后机械共振。这种电反应允许使用作为具有非常高的品质因数Q和低温度系数的电谐振器。 可以制造具有不同特性的不同石英晶体切割。切割由围绕晶轴的两个旋转角度phi和θ限定。大多数常见切割是单旋转AT切割(phi=0°)和双旋转SC切割(phi=22°)。两种情况下的θ角约为34°。其他双旋转切口如MSC-,IT-,FC-,LD-也适用于特殊应用。
图2:j和q切割角度
晶体谐振器的有源晶振是一个机械振动板(“晶体元件”),由单晶石英切割而成,具有与晶轴的精确定向。谐振器在高真空下用铝,银或金电极电镀,并通过冷焊或电阻焊接工艺气密密封到合适的外壳中。元件的物理尺寸及其与轴的方向将特别决定共振频率,其初始精度,电气特性和温度系数.KVG产生AT和SC切割晶体(和其他),这是最广泛使用的切割,提供800kHz至300MHz的频率范围和优异的频率-温度特性。
图3:晶体单元
晶体的频率与元素的厚度成反比。对于机械加工,这导致在基模上工作的石英晶体谐振器的频率上限约为50MHz。为了在基模中达到更高的频率,KVG还产生化学蚀刻的倒置台面晶体,其中谐振器的中心部分被蚀刻成具有厚度低至10微米。
许多不同的参数对最终的谐振器特性有影响。元件的厚度和直径,电极直径,电极材料以及支架,密封方法等。晶体元件可以平行或轮廓制造(斜面,平凸或双凸)。加工是必要的,以防止边缘效应。可以在晶体元件的一侧或两侧上制造曲率半径,以将能量捕获在谐振器的中心。诱捕也可以通过质量加载来进行。
图5:平凸谐振器中平面图中的振动幅度
基本模式和泛音模式高频晶体在厚度剪切振动中振动,可以在基本或奇数泛音模式下激发。泛音晶体的运动电容C1n随泛音的阶数n减小,近似由下式给出:
因此,泛音晶体的比率CO/C1比基本模式下的时钟晶体大得多,并且拉动范围减小了大约n3倍。在VCXO中使用的晶体,需要宽的拉动范围,因此在基本模式下工作。
不需要的响应和不和谐(伪模式):
所有石英晶体都为每个泛音产生一个主要模式,即厚度剪切振动和不需要的响应,这是在共振频率以上的非谐振厚度剪切模式。除了常用的厚度剪切C模式,另一种厚度剪切模式称为B模式存在。它具有比C模式更高的频率和通常更低的运动阻力,但具有更大的温度系数。有时需要过滤此模式以使振荡器在C模式下工作。
进一步不需要的模式是剪切,弯曲,厚度和扭曲振动,其可以出现在所需的共振频率之上和之下。通过正确的振荡器设计,不需要的模式很少会引接近谐振频率的不需要的模式会影响振荡器的启动行为,或导致在运行期间转换到错误的频率。
其他不希望的影响是由不需要的模式引起的频率和电阻随温度的下降。寄生模式通常被指定为非谐振模式的谐振电阻与主模式电阻的比率.KVG必须具有关于测试电路的详细信息(例如,pi网络)或测量电桥)和关于寄生模式的频率范围。 KVG晶振生产使用的原材料也是人工培育出来的石英和水晶,主要的切割方式是AT切割和SC切割,自主研发金属面封装技术,使KVG旗下的频率元件产品,拥有非常不错的耐冲击性,经过严格的自由落体实验。在交到客户手中之前,KVG工厂都会进行全面的检测,确保没问题才会出厂。
石英晶体,切角:
压电材料,特别是石英,具有将电能转换成机械能的性质,反之亦然。在技术应用中,通过施加交变电场来利用这种效应,这将导致材料振动并随后机械共振。这种电反应允许使用作为具有非常高的品质因数Q和低温度系数的电谐振器。 可以制造具有不同特性的不同石英晶体切割。切割由围绕晶轴的两个旋转角度phi和θ限定。大多数常见切割是单旋转AT切割(phi=0°)和双旋转SC切割(phi=22°)。两种情况下的θ角约为34°。其他双旋转切口如MSC-,IT-,FC-,LD-也适用于特殊应用。
图2:j和q切割角度
图3:晶体单元
图5:平凸谐振器中平面图中的振动幅度
因此,泛音晶体的比率CO/C1比基本模式下的时钟晶体大得多,并且拉动范围减小了大约n3倍。在VCXO中使用的晶体,需要宽的拉动范围,因此在基本模式下工作。
所有石英晶体都为每个泛音产生一个主要模式,即厚度剪切振动和不需要的响应,这是在共振频率以上的非谐振厚度剪切模式。除了常用的厚度剪切C模式,另一种厚度剪切模式称为B模式存在。它具有比C模式更高的频率和通常更低的运动阻力,但具有更大的温度系数。有时需要过滤此模式以使振荡器在C模式下工作。
进一步不需要的模式是剪切,弯曲,厚度和扭曲振动,其可以出现在所需的共振频率之上和之下。通过正确的振荡器设计,不需要的模式很少会引接近谐振频率的不需要的模式会影响振荡器的启动行为,或导致在运行期间转换到错误的频率。
其他不希望的影响是由不需要的模式引起的频率和电阻随温度的下降。寄生模式通常被指定为非谐振模式的谐振电阻与主模式电阻的比率.KVG必须具有关于测试电路的详细信息(例如,pi网络)或测量电桥)和关于寄生模式的频率范围。 KVG晶振生产使用的原材料也是人工培育出来的石英和水晶,主要的切割方式是AT切割和SC切割,自主研发金属面封装技术,使KVG旗下的频率元件产品,拥有非常不错的耐冲击性,经过严格的自由落体实验。在交到客户手中之前,KVG工厂都会进行全面的检测,确保没问题才会出厂。
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