一百多年來科學家與工程師們對晶振的研究從未停止過，為了提高晶體和振蕩器的性能，做了無數次的實驗，相關的理論知識更是無法預料的多，而且大多數都是在美國，德國，英國，日本等地方被提出。現在可以很輕易的查到晶體的結構，和制造流程，但關于晶振仍有許多秘密等待我們挖掘，例如晶體的加速度靈敏度優化方法和目的，接下來金洛鑫電子帶大家看一下。
石英晶體諧振器的加速度靈敏度的優化幾十年來一直是諧振器設計者的一個挑戰性問題。諧振器和安裝組合的結構對稱性已經在過去的工作中得到證明，無論是理論上的還是實際的，都對加速度靈敏度有很大的影響，并且已經開發了專門的結構。改善了表現。然而，對于諸如機載雷達系統的應用，存在對進一步改進的持續需求。
Haskell等介紹了專利的Quad Relief Mount產品或QRM。這使用平面安裝設計配置，其定位與諧振器元件的中心平面重合，如圖1所示。外環是剛性陶瓷結構，牢固地附著在晶體基座上以及環和空白之間是一種基本上平面的陣列結構，它還可以減小諧振器的靜態應力。這種設計方法取得了優異的性能，在某些情況下g靈敏度結果低于10-10/g，同時Q和相位噪聲仍然表現良好。然而，正如晶體參數的情況一樣，在每個制造組中通常存在g-靈敏度性能分布，這導致產量問題以及生產調度中的不可預測性。這里報道的工作旨在找到這些異常結果的根本原因，重點是輪廓同心度。

圖1QRM安裝結構

許多需要良好加速度靈敏度的實用高穩定性諧振器產品的設計也受到其他屬性的限制，例如高品質因數，并且這些約束通常導致具有完全輪廓諧振器的低頻諧波器件元素設計。在本文中，考慮了輪廓形狀在輪廓諧振器中的石英盤上的同心度的影響，并且給出了結果，其表明從空白中心的輪廓偏移與諧振器的加速度靈敏度之間的強相關性。還描述了用于測量相對于盤的周邊的輪廓位置的方法。
在過去的幾十年中，晶體諧振器的加速度靈敏度（有時稱為g靈敏度）已被廣泛討論。該參數在需要良好相位噪聲的應用中最為重要，但在器件暴露于高振動場的情況下。一個很好的例子是直升機雷達系統的頻率參考。Tiersten和Zhou等人的理論工作基本上得出結論，在諧振器元件和安裝結構中具有完美空間對稱性的石英諧振器將表現出零g靈敏度。
Eernisse及其同事的理論和實踐工作提出并實施了實際的安裝設計，以近似對稱結構，目的是實現低加速度引起的頻移。他們還研究了沉積在坯料表面上的精心定位的物質的使用，以改變共振模式的位置，從而提高g-靈敏度。這種技術對于平面，高頻貼片石英晶振設計可能非常有用，但在典型的低頻，低相位噪聲設計中，空白幾何形狀必然具有輪廓，在這些情況下，電極表面上的增量質量負載變化影響很小在模式形狀上。許多其他作者已經討論了實現低加速度靈敏度的實際和理論考慮因素，包括Kosinsky和Lee。從20世紀70年代開始，法國還開發了實用的設計，采用高度復雜的BVA結構，在諧振器元件中使用石英橋以及多個石英元件和導電結構，為諧振器提供對稱支撐。
實驗方法：
這項工作的重點是目前制造的典型QRM諧振器類型：用于恒溫振蕩器應用的10MHz三次諧波SC切割。該設計采用平凸空白幾何形狀，凸面上的輪廓約為1.5屈光度。不是故意制造具有已知不對稱性的單元然后測量它們的加速度靈敏度，而是使用的方法是從具有一系列性能的過去組中選擇部件。重新測量這些單元以驗證g-靈敏度結果，然后檢查制造異常。最后，從支架上取下坯料，剝去電極，以便分析輪廓。
輪廓偏移測量方法：
球形輪廓表面的幾何形狀如圖2所示。從歷史上看，由于石英晶體制造中的加工過程是從光學透鏡行業中使用的方法得出的，因此曲率半徑通常以屈光度來指定。嚴格地說，該參數僅針對具有已知折射率的介質定義，并且如稍后所述，對于結晶石英，折射率沒有很好地定義，因此冠狀玻璃的指數通常被替換為1.525，這導致關系525/其中R以mm為單位測量，D是屈光度值。

圖2輪廓幾何

了在偏移半徑r處導出曲率半徑R和增量厚度變化ε之間的關系，存在各種用于測量坯料周邊和輪廓表面之間的同心度的可行方法，其確定共振的模式位置。根據觀察到的幾何形狀，每種技術都有利弊，因此對本產品中使用的特定毛坯幾何形狀進行了評估。
A.預電
用于測量坯料的輪廓偏移的一種可能的選擇是基于電極位置相對于坯料幾何形狀與所得到的諧振器的運動參數之間的關系。為了確定輪廓中心位置與諧振器產生的運動電容C1之間的關系，使用Comsol Multiphysics的結構力學模塊創建了一個模型。顯示本研究中使用的10MHz三次諧波SC切割諧振器的位移強度的3D圖的示例如圖3所示。該模型設置有不同的輪廓偏移，并且C1和輪廓偏移之間的結果關系顯示在圖4是各種電極直徑。很明顯，這種關系也可以通過分析得出，但Comsol已被證明是一種非常有用的工具，可用于此類計算。

圖3具有偏移輪廓的諧振器的輪廓圖

為了使用這種方法對一組輪廓空白進行排序，首先要檢查它們的輪廓半徑，因為這顯然也是一個強烈影響C1的參數。然后，它們將在坯料的中心準確地鍍有小圓形電極，優選地具有易于移除的電極材料，然后插入臨時安裝件中。電極的最佳尺寸取決于所分析的設計。然后，簡單的運動參數檢查將提供工具以選擇良好的輪廓同心度，之后將電極移除然后將石英晶體諧振器重新加工成最終產品。

圖4各種電極直徑的C1與輪廓偏移

B.輪廓測量
可以考慮測量輪廓同心度的另一種方法是1D或2D輪廓測量，優選地使用非接觸方法。各種方法已用于坯料的非接觸輪廓測量，例如激光三角測量或共焦型深度計。圖5中示出了來自這種系統的典型輸出圖，貼片晶振在這種情況下包括與圓弧的最小二乘擬合。在標準過程中，該擬合曲線用于計算輪廓半徑。該圖表示坯料也在輪廓側傾斜。

圖5具有擬合曲線的輪廓儀圖

在這里所示的測量中，將坯料插入具有平坦上表面和精確加工的袋的夾具中，石英盤放置在該袋中。平坦表面在圖中提供參考線，以及指示毛坯周長的參考邊。在數學上補償參考表面的斜率之后，擬合曲線相對于凹槽邊緣的中心應表示輪廓偏移。在實踐中，該方法不能區分輪廓偏移和坯料的物理傾斜（例如由于盤下一側的顆粒），識別空白邊緣是困難的，并且為了完全表征空白，需要多次掃描。因此，雖然它是一種潛在有用的方法，但需要考慮固有的不準確來源。
C.使用石英的光學特性-雙折射
在整個SMD晶振制造中可用于各種測量技術的石英的性質是其雙折射的各向異性光學特性，這是由具有非立方晶體結構的所有透明介質在不同程度上表現出的性質。雙折射的特征在于折射率取決于穿過它的光的傳播方向或偏振方向。最簡單的雙折射形式被描述為單軸，這意味著圍繞一個軸的旋轉不會影響穿過介質的光的通過。該單軸稱為光軸，偏振方向垂直于光軸的光稱為普通光線，其折射率為。具有平行于光軸的偏振方向的光被稱為非常光，并且其折射率被表示。石英有三個雙重對稱軸和一個三重對稱軸;這種形式的晶體結構被歸類為具有三角對稱性，并且具有這種形式的諸如石英的材料表現出單軸雙折射。三重對稱軸通常表示為Z軸，這是石英的光軸。表1顯示了在可見光范圍之內和之外的各種波長的兩個離散折射率值。

表1不同波長下石英的折射率

測量方法在通過樣品的透射中使用全光譜白光，并且在被測量的坯料的上方和下方放置兩個線性偏振濾光器。設置偏振濾光器，使偏振方向彼此成直角，使背景變暗。通常用作石英水晶振子的任何旋轉切口的板取向具有沿光軸和垂直于其的分量，因此穿過石英的光將經歷兩個不同的速度，如兩個折射率所定義的。產生的效果是光的偏振旋轉，其是光的厚度和光的波長的函數，并且這導致在透射光中觀察到一系列顏色。
每一個階段的晶振設計都不一樣，上個世紀90年代，是電視機，電話機，大哥大，廣播，游戲機流行的年代，那個時候基本都是使用陶瓷晶振比較多，例如3.58M，4M，8M之類的。然后是21世紀初，移動手提電話的出現使1*4，1*5，2*6，3*8mm尺寸的圓柱晶振供不應求。到了現在，貼片晶振的重要性比當初的陶瓷諧振器和圓柱音叉晶體要重得多。

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晶振加速靈敏度會被等高線同心度影響嗎

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