SMD表面貼裝晶體單元是目前石英水晶市場上,最常用的一種封裝,常規的尺寸從大到小有7050mm,5032mm,3225mm,2520mm,2016mm和1612mm等,在業界里晶體通常是泛指無源的石英晶體諧振器.由于性價比高且應用范圍廣泛,每年用量至少有幾十億顆,基本上每個領域的產品都會用到貼片晶振.雖然是批量生產的,但廠家在出貨前都會進行一系列的檢查和測量,并且都是根據國際與業內的高標準,今天金洛鑫電子,就為大家細細講解下,貼片晶體測量的工具及其通用標準規格.

本標準采用IEC60444-4和IEC60444-5中規定的零相位測量方法,基于IEC61837(QIAJ-B-001)中所示的表面貼裝SMD晶體單元(帶溫度傳感器的晶體單元)該測量工具可確保精確測量串聯諧振頻率,串聯諧振電阻和電氣等效電路常數.

該標準描述了兩種測量工具.

a)使用IEC60444-1中描述的電氣等效電路測量工具,用于高達500MHz的傳輸模式下的測量.根據IEC60444-4,在負載電容測量負載諧振參數高達30MHz的條件下包括測量工具.對于負載電容(CL),適用范圍為5pF或更大,并且稍后將描述測量儀器和負載電容(CL)適配器板的校準.b)基于適用于高達1200MHz頻率范圍的反射方法的測量工具.無需添加物理負載容量.負載共振參數可以根據IEC60444-11測量.

引用標準

以下標準構成本標準引用標準的一部分.對于這些引用的標準,如果有年份的描述,則僅應用版本,如果沒有年份的描述,則應用最新版本.IEC60444-5:1995,石英晶體單元參數的測量-第5部分:使用自動網絡分析儀技術和誤差校正確定等效電參數的方法QIAJ-B-013:2019,容量校準方法.

規范測量合同

測量晶體諧振器和測量工具的串聯諧振頻率,串聯諧振電阻,電氣等效電路常數等的方法取決于制造商和客戶之間的協議.當需要確定無引線晶體單元的負載諧振參數時,需要特別考慮.

無鉛表面貼裝晶體單元

晶體單元的外形尺寸:對于表面貼裝型(SMD)時鐘晶體單元,IEC61240中規定的外部尺寸或符合它的SMD外部結構(QIAJ-B-001等).

泛音和頻率范圍

在增加負載電容的情況下,待測晶體單元的頻率范圍應在1MHz至30MHz的范圍內,在沒有負載電容的情況下,在1MHz至500MHz的范圍內.此外,它可以應用于基波和諧波晶體諧振器.反射測量工具的頻率范圍應高達1,200MHz.

測量方法和測量工具

測量方法:基本測量方法基于IEC60444-5.IEC60122-1中顯示了晶體單元等效電路的模型.在幾百MHz或更高的高頻范圍內,需要高質量和高精度的諧振器單元.對于金屬蓋SMD封裝,接地和不接地之間的負載諧振參數測量可能存在差異.當晶體單元接地時,工作頻率可能取決于電路中晶體單元的方向.因此,在根據IEC60444-5將振蕩器的工作頻率與負載諧振的測量值相關聯時,建議使用晶體單元的方向標記(例如焊盤1).傳輸測試夾具的規格測量工具的等效電路和電氣值基于IEC60444-1標準.諧振器的結構和尺寸是SMD型晶體諧振器.測量工具的配置如圖2和3所示.

圖1無負載容量的測量工具等效電路(CL)(頻率范圍:1MHz500MHz)

圖2負載能力測量工具的等效電路(頻率范圍:1MHz30MHz)

圖3示出了測量工具的三維結構圖,圖4示出了尺寸的輪廓.測量工具需要向待測量的晶體諧振器的上表面施加1.96N的壓力,以確保通過表面安裝晶體諧振器的端電極與測量端子之間的接觸進行連接.此外,測量工具設計用于保持測量精度并便于測量工作,但測量端子處的接觸故障仍然導致晶振的電等效電路常數的測量誤差,需要確認和關注.

圖3測量工具的三維視圖

圖4測量工具的尺寸圖

圖5測量工具的結構

使用反射方法的測量(反射測試夾具的規格)圖6顯示了可以測量1MHz至1,200MHz頻率的反射測量工具的結構[2].這是IEC60444-5中所示的1端口反射計的SMD版本.

圖6反射測量工具的設計

測量工具通過高質量的同軸電纜連接到網絡分析儀的S11端口,該電纜在測量工具側配備有APC3.5精密同軸連接器.如果頻率很高,建議使用半剛性或剛性同軸電纜.被測器件(DUT)固定在測量適配器上.

如圖7所示.用于固定DUT的導板必須根據DUT的IN-OUT端子進行設計.

圖7反射測量工具的結構

連接銷插入DUT側的同軸連接器的中心導體.插入時必須小心,以避免因過大的力量而變形.保持夾用螺釘固定在基座上.根據機器的狀況調節螺釘的擰緊程度.過緊夾具會損壞同軸連接器或DUT.調整M5螺釘,使其不會進入測量單元太遠.

測量設備

該設備包括矢量網絡分析儀,包括反射特性測量儀和S參數測量儀,以及測試夾具.矢量網絡分析儀具有基于測量值的數值計算處理的內部誤差校準.它具有正功能,可以有效去除測量儀器和連接的測試夾具引起的誤差因素.測試夾具用于單端口,因此可以測量反射特性.反射特征測量儀器通過校準三個誤差參數來確定連接到端口的待測物體的反射特性.

測量工具的校準

測量需要三種類型的標準阻抗,例如短元件(0),開放元件(=開路),以及用作校準標準的25或50元件標準電阻.在1MHz至500MHz的Quartz Crystal頻率范圍內規定了25或50個標準電阻的精度.如果在低于150MHz的低頻率下頻率小于50±5％且相位誤差在0.2°以內,則滿足要求.當確定測量工具的測量端子之間存在雜散電容問題時,需要開路校準.如果頻率很高,請用等效電路描述校準元件(詳見IEC60444-5,附錄A).

負載能力(CL)適配器板的校準

負載能力(CL)適配器板的校準方法基于IEC60444-4,使用電容計.測量在1MHz下進行,公差必須小于±0.02pF.校準方法的細節在QIAJ-B-0013負載校準適配器電容校準方法中規定,用于無鉛晶體諧振器.

反射測量系統的校準

在將測量工具連接到同軸電纜之前,測量系統使用三種不同的元件進行校準.使用精確的APC3.5校準設備(開放元件,短元件,50Ω元件),其特性在測量頻帶中得到保證.如果將電纜連接到測量工具并且在不插入晶體諧振器的情況下執行測量,則發生相位誤差.為了補償該相位誤差,增加了電長度(電長度).

圖8顯示了測量工具結構的細節.

圖8反射測量工具校準技術

通過以上的介紹和講解,可以發現用于無源貼片諧振器測量的工具和標準,是比較嚴格仔細的,才能保證品質和性能.SMD型的石英晶體用量非常巨大,近20年來封裝尺寸不斷縮小化,如今最小的已經可以做到1.0*0.8mm,只是還沒有大面積生產供應,但兆赫茲的1.6*1.2mm和千赫茲的1.6*1.0mm已經面世,并早已被廣泛應用到各種小型穩定設備里,相信未來會有更驚艷的貼片晶體技術和產品造福用戶.