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神奇的Quartz Crystal角度之AT切割
石英水晶的英文名稱叫做Quartz Crystal,這是自然界中一種礦物結晶體,外表晶瑩剔透是一種”顏值”比較高的物體,同時也是用來制造石英晶體的主要原材料.石英水晶和石英晶體的英譯是一樣的,是電子元器件中罕見的使用材料名做為產品的名字,晶體通常呈菱形狀,而且體積不算很小,用來制造晶體的第一步,就是要將切割成一塊塊極小的晶片.Quartz Crystal的切割方式有許多種,AT切割是最常見的一種.
無論是醫療技術,電信還是消費類電子產品,音叉晶體都已成為所有行業中精確的頻率發生器.通電時,薄石英盤以穩定的速率振蕩,從而確定應用的心跳.雖然這聽起來很簡單,但問題非常復雜,因為石英空白并不完全相同.石英坯料不僅厚度不同,而且溫度系數和振動特性也不同.例如,如果周圍溫度稍微變化,則石英產生的頻率的穩定性會受到負面影響.溫度變化越大,與所需頻率的偏差越大.
石英晶體的振動方式也不同.’縱向振蕩器’沿其縱軸伸展;就像橡皮筋被拉伸一樣.另一方面,’彎曲U形管’石英晶體主要在坯料的中間振蕩.它們的行為就像一個交替拉緊和釋放的弓弦.然而,最常見的晶振振蕩類型是’厚度剪切振蕩器’.如圖所示,坯料的上側和下側沿相反方向移動,而石英盤同時改變其厚度.
AT Cut定義振動類型和溫度系數
在生產過程中可以特別地影響石英的特性,溫度系數和振蕩類型.決定性因素是石英盤從晶體上移除的切割角度.石英晶體根據數學計算切割成尺寸,任何變化都可能對零件質量產生嚴重影響.最常見的角度切割之一是AT切割,用于生產所有Jauch晶振.該切割是在距離石英晶體的Z軸35度處進行的,并且是最常選擇的切割角度之一.以這種方式生產的石英坯料具有良好的溫度系數.在-40到85攝氏度的溫度范圍內,由于AT切割,可以產生精確的頻率,偏差僅為±15ppm(ppm=百萬分之一).
厚度剪切振蕩器
石英的枕形
采用AT切割生產的所有石英晶體都是厚度剪切振蕩器-這是進一步加工的一大優勢.石英晶體是無源元件,沒有外部電壓它們完全沒用.必須將精細電極連接到石英上以使其通電并使其振蕩.然而,根據振蕩的類型,這些電極的連接被證明是一個巨大的挑戰.理想情況下,電極應連接到石英晶體上的一個點,即使在電壓下,它也只能最小程度地變形.使用厚度剪切振蕩器比使用開頭提到的彎曲或縱向振蕩器容易得多.
然而,壓電晶體的進一步加工步驟也是必要的.在一臺特殊的研磨機中,將坯料研磨至呈墊形狀-中間稍厚,向外逐漸變細.石英支架連接到錐形端部.以這種方式固定,薄金屬電極最終蒸發到坯料的較厚中間部分上.因此,AT切割在石英生產中實現了雙重功能.首先,它確保在-40到85攝氏度的溫度范圍內的高頻穩定性,其次,它將坯料的形狀定義為厚度剪切振蕩器.
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