一百多年来科学家与工程师们对晶振的研究从未停止过，为了提高晶体和振荡器的性能，做了无数次的实验，相关的理论知识更是无法预料的多，而且大多数都是在美国，德国，英国，日本等地方被提出。现在可以很轻易的查到晶体的结构，和制造流程，但关于晶振仍有许多秘密等待我们挖掘，例如晶体的加速度灵敏度优化方法和目的，接下来金洛鑫电子带大家看一下。
石英晶体谐振器的加速度灵敏度的优化几十年来一直是谐振器设计者的一个挑战性问题。谐振器和安装组合的结构对称性已经在过去的工作中得到证明，无论是理论上的还是实际的，都对加速度灵敏度有很大的影响，并且已经开发了专门的结构。改善了表现。然而，对于诸如机载雷达系统的应用，存在对进一步改进的持续需求。
Haskell等介绍了专利的Quad Relief Mount产品或QRM。这使用平面安装设计配置，其定位与谐振器元件的中心平面重合，如图1所示。外环是刚性陶瓷结构，牢固地附着在晶体基座上以及环和空白之间是一种基本上平面的阵列结构，它还可以减小谐振器的静态应力。这种设计方法取得了优异的性能，在某些情况下g灵敏度结果低于10-10/g，同时Q和相位噪声仍然表现良好。然而，正如晶体参数的情况一样，在每个制造组中通常存在g-灵敏度性能分布，这导致产量问题以及生产调度中的不可预测性。这里报道的工作旨在找到这些异常结果的根本原因，重点是轮廓同心度。

图1QRM安装结构

许多需要良好加速度灵敏度的实用高稳定性谐振器产品的设计也受到其他属性的限制，例如高品质因数，并且这些约束通常导致具有完全轮廓谐振器的低频谐波器件元素设计。在本文中，考虑了轮廓形状在轮廓谐振器中的石英盘上的同心度的影响，并且给出了结果，其表明从空白中心的轮廓偏移与谐振器的加速度灵敏度之间的强相关性。还描述了用于测量相对于盘的周边的轮廓位置的方法。
在过去的几十年中，晶体谐振器的加速度灵敏度（有时称为g灵敏度）已被广泛讨论。该参数在需要良好相位噪声的应用中最为重要，但在器件暴露于高振动场的情况下。一个很好的例子是直升机雷达系统的频率参考。Tiersten和Zhou等人的理论工作基本上得出结论，在谐振器元件和安装结构中具有完美空间对称性的石英谐振器将表现出零g灵敏度。
Eernisse及其同事的理论和实践工作提出并实施了实际的安装设计，以近似对称结构，目的是实现低加速度引起的频移。他们还研究了沉积在坯料表面上的精心定位的物质的使用，以改变共振模式的位置，从而提高g-灵敏度。这种技术对于平面，高频贴片石英晶振设计可能非常有用，但在典型的低频，低相位噪声设计中，空白几何形状必然具有轮廓，在这些情况下，电极表面上的增量质量负载变化影响很小在模式形状上。许多其他作者已经讨论了实现低加速度灵敏度的实际和理论考虑因素，包括Kosinsky和Lee。从20世纪70年代开始，法国还开发了实用的设计，采用高度复杂的BVA结构，在谐振器元件中使用石英桥以及多个石英元件和导电结构，为谐振器提供对称支撑。
实验方法：
这项工作的重点是目前制造的典型QRM谐振器类型：用于恒温振荡器应用的10MHz三次谐波SC切割。该设计采用平凸空白几何形状，凸面上的轮廓约为1.5屈光度。不是故意制造具有已知不对称性的单元然后测量它们的加速度灵敏度，而是使用的方法是从具有一系列性能的过去组中选择部件。重新测量这些单元以验证g-灵敏度结果，然后检查制造异常。最后，从支架上取下坯料，剥去电极，以便分析轮廓。
轮廓偏移测量方法：
球形轮廓表面的几何形状如图2所示。从历史上看，由于石英晶体制造中的加工过程是从光学透镜行业中使用的方法得出的，因此曲率半径通常以屈光度来指定。严格地说，该参数仅针对具有已知折射率的介质定义，并且如稍后所述，对于结晶石英，折射率没有很好地定义，因此冠状玻璃的指数通常被替换为1.525，这导致关系525/其中R以mm为单位测量，D是屈光度值。

图2轮廓几何

了在偏移半径r处导出曲率半径R和增量厚度变化ε之间的关系，存在各种用于测量坯料周边和轮廓表面之间的同心度的可行方法，其确定共振的模式位置。根据观察到的几何形状，每种技术都有利弊，因此对本产品中使用的特定毛坯几何形状进行了评估。
A.预电
用于测量坯料的轮廓偏移的一种可能的选择是基于电极位置相对于坯料几何形状与所得到的谐振器的运动参数之间的关系。为了确定轮廓中心位置与谐振器产生的运动电容C1之间的关系，使用Comsol Multiphysics的结构力学模块创建了一个模型。显示本研究中使用的10MHz三次谐波SC切割谐振器的位移强度的3D图的示例如图3所示。该模型设置有不同的轮廓偏移，并且C1和轮廓偏移之间的结果关系显示在图4是各种电极直径。很明显，这种关系也可以通过分析得出，但Comsol已被证明是一种非常有用的工具，可用于此类计算。

图3具有偏移轮廓的谐振器的轮廓图

为了使用这种方法对一组轮廓空白进行排序，首先要检查它们的轮廓半径，因为这显然也是一个强烈影响C1的参数。然后，它们将在坯料的中心准确地镀有小圆形电极，优选地具有易于移除的电极材料，然后插入临时安装件中。电极的最佳尺寸取决于所分析的设计。然后，简单的运动参数检查将提供工具以选择良好的轮廓同心度，之后将电极移除然后将石英晶体谐振器重新加工成最终产品。

图4各种电极直径的C1与轮廓偏移

B.轮廓测量
可以考虑测量轮廓同心度的另一种方法是1D或2D轮廓测量，优选地使用非接触方法。各种方法已用于坯料的非接触轮廓测量，例如激光三角测量或共焦型深度计。图5中示出了来自这种系统的典型输出图，贴片晶振在这种情况下包括与圆弧的最小二乘拟合。在标准过程中，该拟合曲线用于计算轮廓半径。该图表示坯料也在轮廓侧倾斜。

图5具有拟合曲线的轮廓仪图

在这里所示的测量中，将坯料插入具有平坦上表面和精确加工的袋的夹具中，石英盘放置在该袋中。平坦表面在图中提供参考线，以及指示毛坯周长的参考边。在数学上补偿参考表面的斜率之后，拟合曲线相对于凹槽边缘的中心应表示轮廓偏移。在实践中，该方法不能区分轮廓偏移和坯料的物理倾斜（例如由于盘下一侧的颗粒），识别空白边缘是困难的，并且为了完全表征空白，需要多次扫描。因此，虽然它是一种潜在有用的方法，但需要考虑固有的不准确来源。
C.使用石英的光学特性-双折射
在整个SMD晶振制造中可用于各种测量技术的石英的性质是其双折射的各向异性光学特性，这是由具有非立方晶体结构的所有透明介质在不同程度上表现出的性质。双折射的特征在于折射率取决于穿过它的光的传播方向或偏振方向。最简单的双折射形式被描述为单轴，这意味着围绕一个轴的旋转不会影响穿过介质的光的通过。该单轴称为光轴，偏振方向垂直于光轴的光称为普通光线，其折射率为。具有平行于光轴的偏振方向的光被称为非常光，并且其折射率被表示。石英有三个双重对称轴和一个三重对称轴;这种形式的晶体结构被归类为具有三角对称性，并且具有这种形式的诸如石英的材料表现出单轴双折射。三重对称轴通常表示为Z轴，这是石英的光轴。表1显示了在可见光范围之内和之外的各种波长的两个离散折射率值。

表1不同波长下石英的折射率

测量方法在通过样品的透射中使用全光谱白光，并且在被测量的坯料的上方和下方放置两个线性偏振滤光器。设置偏振滤光器，使偏振方向彼此成直角，使背景变暗。通常用作石英水晶振子的任何旋转切口的板取向具有沿光轴和垂直于其的分量，因此穿过石英的光将经历两个不同的速度，如两个折射率所定义的。产生的效果是光的偏振旋转，其是光的厚度和光的波长的函数，并且这导致在透射光中观察到一系列颜色。
每一个阶段的晶振设计都不一样，上个世纪90年代，是电视机，电话机，大哥大，广播，游戏机流行的年代，那个时候基本都是使用陶瓷晶振比较多，例如3.58M，4M，8M之类的。然后是21世纪初，移动手提电话的出现使1*4，1*5，2*6，3*8mm尺寸的圆柱晶振供不应求。到了现在，贴片晶振的重要性比当初的陶瓷谐振器和圆柱音叉晶体要重得多。

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