不知道大家有沒有發現，生活中使用的一些工具和設備體積越來越小，好讓人方便攜帶不占太大的空間，實際上是因為這些產品內部使用的電子元件越做越小了，例如貼片晶振，電阻電容，芯片，電感器之類的，為了實現產品小型化生產，各大生產廠商都在研發新的技術，臺灣的TXC晶振公司是其中比較具有代表性的一家。TXC公司量產的2520晶振，在國內外銷量都非常不錯，品質與服務都受到用戶的認可，接下來為大家提供TXC公司關于小型化，2520貼片晶振加速老化模型驅動水平，及其活化能關系的研究報告。

抽象-老化性能作為長期穩定性是石英諧振器最重要的特性之一。通常使用較高溫度加速老化實驗結果和Arrhenius加速老化模型來估計產品壽命。在本文中，表觀熱EaΦ（激活能量）的近似數學表達式可以描述考慮到小尺寸石英諧振器的驅動電平和溫度的老化模型。在100μW下，表觀熱EaΦ值為0.730eV，當驅動電平高于1000μW時，表觀熱EaΦ變小至0.233eV并呈現飽和趨勢。我們的工作確保驅動水平確實有助于老化加速并且不可忽視，特別是小尺寸石英諧振器的估計壽命。

激活能量值對壽命估算至關重要，有些研究發表了SMD接縫型石英晶體諧振器。當晶體尺寸變小時，驅動電平效應不容忽視，并將影響老化行為。這意味著加速老化模型需要包含驅動級別效果。對于石英諧振器的Ea研究，20多年前進行的一些經典早期研究，但都忽略了非熱性項目的影響，如電流，電壓和功率。然而，Ea與驅動水平效應之間的關系仍缺乏已發表的研究。本文試圖通過加速老化實驗，控制驅動水平和溫度條件來建立這種關系。本文中石英諧振器的尺寸為2.5x2.0mm。

A.驅動級別定義：

推導水平定義眾所周知。振蕩電路的構造如圖1所示。通過改變電阻Rd并使用電流計測量前面電流A，為Cg和Cd固定相同的電容器。最后，如表I所示，可以計算導出電平。

圖1.振蕩器電路和驅動電平定義的結構

表I.2.5mmX2.0mm26MHZ基礎型石英共振器的驅動水平計算

B.有偏見的老化條件：

老化設備使用商業QAS-2000，由臺灣晶技(寧波)和QTS公司共同開發。QAS-2000使用八個獨立的受控烘箱，并帶有獨立的振蕩電路和石英諧振器。這種設計不僅克服了舊的一爐設計最高125℃的溫度限制，而且保證了溫度只影響石英諧振器，從而使振蕩電路的溫度噪聲最小。

有三種溫度條件包括85℃，125℃和150℃，三個定義的驅動電平100μW，200μW和1000μW，共有九種組合用于本研究。金屬接縫密封2520小尺寸諧振器，基頻為26MHz。老化頻移使用每個條件評估的30個樣本的平均值，并且每天測量頻率500小時（大約21天）。老化頻移結果如圖2所示。

圖2.不同驅動電平和溫度下2.5mmx2.0mmSeam石英諧振器的老化頻移。

通過ARRHENIUS加速老化模式的激活能量估算：

A.驅動電平的老化頻移效應

為了清楚地看到驅動水平和溫度如何影響石英晶體老化行為，圖3，圖4和圖5分別是100μW，200μW和1000μW的單個圖。很明顯，老化的頻率偏移不僅會隨著溫度的變化而變化，還會受到驅動電平的影響，即使老化的頻率偏移也會顯示驅動電平，其影響大于溫度。

圖3.在100μW驅動電平下的2.5mmx2.0mmSeam低損耗貼片晶振的老化頻移與不同溫度的關系。

圖4.在200μW驅動電平下的2.5mmx2.0mmSeam石英諧振器的老化頻率偏移與不同的溫度。

圖5.在1000μW驅動電平下的2.5mmx2.0mmSeam石英水晶振動子的老化頻率偏移與不同的溫度。

B.考慮溫度和驅動水平的老化模型

像普通的微電子器件一樣，老化頻率變化的函數可以表示為（1），它與非熱，熱和時間有關

其中R（i）是非熱項，并進一步組合Arrhenius加速模型，熱項R（T）可表示為（2），并且在指定時間內R（t）可表示為（3），頻率變化與非熱和熱的關系變為（4）。

其中C和b是常數，KB是玻爾茲曼常數=8.616×10-5（eV/K），Ea是激活能（eV），本文提出了一個表觀熱EaΦ來表示非熱項如電流，電壓，甚至對衰老模型的功效，表示為（5）。

當A和B恒定時，EaΦ是活化能（eV）

通過實驗結果可以計算出近似的數學表觀熱EaΦ與驅動水平，并進一步表示為（6）。不同驅動水平的表觀熱EaΦ總結為表П。它揭示了小尺寸晶振不能忽視高驅動功率效應，特別是當驅動電平超過100μW時，激活能量將從0.730eV急劇下降到0.355eV，這直接降低了石英諧振器的估計壽命。圖6甚至顯示當驅動電平超過1000μW時，表觀熱EaΦ表現出飽和趨勢，最小值為0.233eV。

表II.2.5MMX2.0MM縫式石英諧振器的近似數學EA表達式

圖6.表觀熱EaΦ與驅動水平的關系

對于小尺寸晶體諧振器，壽命估算的驅動電平效應不可忽略，并將影響經典Arrhenius加速老化模型中的激活能Ea值。本文提供了TXC晶振關于Ea與驅動水平之間關系研究的初步步驟。需要對機制和更多條件進行更多研究，以便更清楚地了解未來石英諧振器的驅動電平效應。當驅動電平足夠高時，看起來驅動電平對Ea的相對貢獻將會飽和。可以解釋為驅動水平也有助于老化加速，當驅動水平變高時，Ea的相對熱貢獻會降低。