臺(tái)灣TXC公司對(duì)晶體老化與頻漂機(jī)理的研究報(bào)告
來(lái)源：http://m.cbjur26.cn 作者：康華爾電子 2019年09月21
目前在石英水晶組件領(lǐng)域里,晶體老化和頻率漂移是比較常見(jiàn)的兩大問(wèn)題,品質(zhì)高的晶體晶振一般不會(huì)發(fā)生這兩種現(xiàn)象,但是有時(shí)候因?yàn)椴徽_的操作或者匹配,也有可能導(dǎo)致石英晶振的老化和頻率發(fā)生變化.TXC晶振公司是行業(yè)里的佼佼者,多年來(lái)一直重點(diǎn)研究和改善晶體頻漂和老化的機(jī)理,以及處理解決的方法,以下內(nèi)容是TXC公司的研究成果與報(bào)告.
隨著石英晶體諧振器在移動(dòng)電話和汽車中的廣泛應(yīng)用,甚至伴隨著尺寸的小型化,石英晶體諧振器的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性被認(rèn)為是最重要的特性,這一特性已經(jīng)研究了數(shù)十年.通常將老化定義為頻率漂移的時(shí)間函數(shù),它可能受到許多因素的影響,例如應(yīng)力,從包裝和導(dǎo)電膠中逸出的氣體,污染物,石英缺陷.尤其是應(yīng)力消除和污染被認(rèn)為是最重要的.
作為長(zhǎng)期穩(wěn)定性的老化是石英晶體諧振器的最重要特征之一,應(yīng)力和廢氣起著重要作用.本文分析了不同安裝類型和老化溫度條件下的老化頻率漂移機(jī)理.結(jié)果表明,兩點(diǎn)和四點(diǎn)安裝的石英芯片在85℃老化下的頻率漂移相似;但是,兩點(diǎn)安裝的諧振器在150℃老化下的穩(wěn)定性要比四點(diǎn)安裝的石英晶體諧振器好得多.主要原因是兩點(diǎn)安裝諧振器的老化曲線是綜合的老化曲線,因?yàn)榕艢夂蛻?yīng)力的影響得到了很好的平衡,這一點(diǎn)得到了IVA測(cè)試的支持.
對(duì)于諧振器,通常使用25ppm的商業(yè)應(yīng)用中每年2ppm至5ppm的汽車,以及25°C的汽車中每年3ppm的汽車.因此,研究了許多相關(guān)主題,例如,安裝點(diǎn)的幾何變化對(duì)老化的影響[2]和AT切諧振器的老化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.在此,J.R.Vig和T.R.Meeker的研究提出了三種典型的老化類型:以應(yīng)力為主的正向老化,以質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)為主的負(fù)老化和以應(yīng)力和質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)為主的綜合老化.如今,無(wú)法使用有效的方法或設(shè)備直接檢測(cè)壓力,但是可以通過(guò)內(nèi)部蒸氣分析(IVA測(cè)試)來(lái)評(píng)估廢氣,這可以幫助確保廢氣如何影響老化.圖1顯示了150℃時(shí)的頻率漂移趨勢(shì).
TXC 3.2mm×2.5mm石英晶振,共有四個(gè)安裝點(diǎn),在500小時(shí)后偏差接近4ppm.
圖1.150℃下的常見(jiàn)頻率漂移趨勢(shì)
通常會(huì)看到如上所述的負(fù)老化現(xiàn)象,即頻率不斷下降,其原因通常被認(rèn)為是導(dǎo)電膠排出的氣體.從理論上講,當(dāng)應(yīng)力的正作用等于排氣的負(fù)作用時(shí),頻率將保持穩(wěn)定,換句話說(shuō),當(dāng)減弱質(zhì)量加載作用時(shí),正作用將顯示出來(lái),從而應(yīng)力將主導(dǎo)頻率漂移.本文將研究不同安裝類型在不同老化溫度下的老化頻率漂移機(jī)理.實(shí)驗(yàn)
在我們的研究中,實(shí)驗(yàn)中使用的TXC3.2mm×2.5mmSeam型X'諧振器的頻率為AT截止頻率40MHz,其中較軟(tanδ?0.2)和正常生產(chǎn)過(guò)程的有機(jī)硅基導(dǎo)電膠是另外,使用導(dǎo)電膠的安裝位置如圖2至圖4所示,安裝直徑全部控制為250μm.實(shí)驗(yàn)中添加了一種吸氣劑樹脂,以吸收廢氣,然后降低質(zhì)量負(fù)荷效應(yīng),其作用是不可逆的吸氣劑,吸收CO2和H2O.如上所述設(shè)置材料和參數(shù)可以客觀地反映不同安裝類型的老化行為.
為了證明什么是頻率漂移機(jī)制,在老化測(cè)試中使用了兩種安裝類型和兩種溫度,并測(cè)量和分析了兩種貼片晶振安裝類型的頻率偏差和頻率漂移趨勢(shì).實(shí)驗(yàn)條件列于表1.共有6個(gè)實(shí)驗(yàn),每個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)量30個(gè)樣品.平均數(shù)據(jù)將用于獲得頻率漂移趨勢(shì).
圖2,圖3和圖4顯示了樣本的照片,包括正視圖和側(cè)視圖.前視圖通過(guò)光學(xué)顯微鏡獲得,而側(cè)視圖通過(guò)丹東奧龍X射線儀捕獲.很明顯,圖2(a)和圖3(a)幾乎相同,因?yàn)槲鼩鈩┱鐖D2(b)那樣安裝在坯料下方,因此從正視圖中看不到.
老化結(jié)果
通過(guò)比較實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,在5℃的三種水晶振子安裝類型下,頻率漂移如圖5所示,其中500小時(shí)后的頻率偏差在2ppm以內(nèi).圖6顯示了在150℃下不同安裝類型的頻率偏差是不同的,其中500小時(shí)后四個(gè)安裝點(diǎn)的頻率偏差接近5ppm,而兩個(gè)安裝點(diǎn)的頻率偏差仍在2ppm以內(nèi).尤其是在85℃和150℃老化條件下添加吸氣劑的頻移在兩個(gè)安裝點(diǎn)上沒(méi)有差異.
圖5.85℃時(shí)的老化頻率漂移趨勢(shì)
圖6.150℃下的老化頻率漂移趨勢(shì)
在本文中,應(yīng)力和廢氣都被認(rèn)為同時(shí)存在,并共同影響諧振器的老化穩(wěn)定性.從85℃的老化結(jié)果可以推斷出,不同安裝類型的氣體幾乎沒(méi)有逸出,因此質(zhì)量加載效果沒(méi)有明顯差異,因此頻率穩(wěn)定性相似.當(dāng)溫度升至150℃時(shí),從四個(gè)安裝點(diǎn)逸出的氣體更多,會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,因此很容易發(fā)生負(fù)老化,頻率會(huì)嚴(yán)重下降.相比之下,具有兩個(gè)安裝點(diǎn)的石英諧振器通過(guò)消除在坯料上的安裝粘合劑來(lái)降低質(zhì)量負(fù)載效應(yīng),并使應(yīng)力的正效應(yīng)在老化中起主導(dǎo)作用,因此其頻率相對(duì)穩(wěn)定,并且老化曲線趨向于綜合老化.為什么添加吸氣劑的老化行為表現(xiàn)得像兩個(gè)安裝點(diǎn)一樣,可以推斷出IVA測(cè)試結(jié)果.
IVA結(jié)果
IVA測(cè)試是一種材料除氣特性分析方法,廣泛用于密封設(shè)備中,用于測(cè)量蒸氣狀態(tài)下?lián)]發(fā)性有機(jī)物和其他物質(zhì)的相對(duì)體積濃度.IVA測(cè)試只能提供內(nèi)容物的相對(duì)體積比,其準(zhǔn)確度以ppm為單位.此外,假設(shè)3.2mm×2.5mmX'諧振器具有相同的密封體積,并且在真空環(huán)境下焊接,則可以將相對(duì)體積比轉(zhuǎn)換為相對(duì)質(zhì)量比,以分析質(zhì)量加載效果.實(shí)際上,諧振器中使用的所有材料都可能脫氣,并且還可能影響長(zhǎng)期的頻率穩(wěn)定性,例如,可以從陶瓷封裝,金屬蓋和導(dǎo)電膠中對(duì)N2,H2,H2O和CO2進(jìn)行脫氣.在本文中,假定IVA含量是由導(dǎo)電膠貢獻(xiàn)的,因?yàn)槠浣M成的主要部分是有機(jī)樹脂.
在本文中,我們研究了不同安裝設(shè)計(jì)下的頻率漂移行為.與四個(gè)安裝點(diǎn)相比,兩個(gè)安裝點(diǎn)的頻率漂移趨勢(shì)接近于綜合老化.兩個(gè)安裝點(diǎn)的IVA結(jié)果顯示,在150℃的老化過(guò)程中,最大的逸氣逸出量對(duì)質(zhì)量負(fù)載產(chǎn)生負(fù)面影響,但是兩個(gè)安裝點(diǎn)的應(yīng)力控制作用比質(zhì)量負(fù)載強(qiáng),因此,高頻穩(wěn)定性可以控制在2ppm以下150℃老化.相反,由于CO2在質(zhì)量負(fù)載的負(fù)面影響中占主導(dǎo)地位,因此四個(gè)安裝點(diǎn)大于應(yīng)力的正面影響,因此,頻率漂移頻率在老化開(kāi)始時(shí)就連續(xù)下降.本文通過(guò)兩個(gè)應(yīng)力點(diǎn)控制TXC3.2mm×2.5mmSeam型石英晶體的頻率偏差,在85℃時(shí)的老化能力與四個(gè)應(yīng)力點(diǎn)相同,滿足了廣泛的商業(yè)應(yīng)用,并有望達(dá)到150℃的汽車應(yīng)用甚至不需要添加吸氣劑即可節(jié)省材料成本.
隨著石英晶體諧振器在移動(dòng)電話和汽車中的廣泛應(yīng)用,甚至伴隨著尺寸的小型化,石英晶體諧振器的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性被認(rèn)為是最重要的特性,這一特性已經(jīng)研究了數(shù)十年.通常將老化定義為頻率漂移的時(shí)間函數(shù),它可能受到許多因素的影響,例如應(yīng)力,從包裝和導(dǎo)電膠中逸出的氣體,污染物,石英缺陷.尤其是應(yīng)力消除和污染被認(rèn)為是最重要的.
作為長(zhǎng)期穩(wěn)定性的老化是石英晶體諧振器的最重要特征之一,應(yīng)力和廢氣起著重要作用.本文分析了不同安裝類型和老化溫度條件下的老化頻率漂移機(jī)理.結(jié)果表明,兩點(diǎn)和四點(diǎn)安裝的石英芯片在85℃老化下的頻率漂移相似;但是,兩點(diǎn)安裝的諧振器在150℃老化下的穩(wěn)定性要比四點(diǎn)安裝的石英晶體諧振器好得多.主要原因是兩點(diǎn)安裝諧振器的老化曲線是綜合的老化曲線,因?yàn)榕艢夂蛻?yīng)力的影響得到了很好的平衡,這一點(diǎn)得到了IVA測(cè)試的支持.
對(duì)于諧振器,通常使用25ppm的商業(yè)應(yīng)用中每年2ppm至5ppm的汽車,以及25°C的汽車中每年3ppm的汽車.因此,研究了許多相關(guān)主題,例如,安裝點(diǎn)的幾何變化對(duì)老化的影響[2]和AT切諧振器的老化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.在此,J.R.Vig和T.R.Meeker的研究提出了三種典型的老化類型:以應(yīng)力為主的正向老化,以質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)為主的負(fù)老化和以應(yīng)力和質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)為主的綜合老化.如今,無(wú)法使用有效的方法或設(shè)備直接檢測(cè)壓力,但是可以通過(guò)內(nèi)部蒸氣分析(IVA測(cè)試)來(lái)評(píng)估廢氣,這可以幫助確保廢氣如何影響老化.圖1顯示了150℃時(shí)的頻率漂移趨勢(shì).
TXC 3.2mm×2.5mm石英晶振,共有四個(gè)安裝點(diǎn),在500小時(shí)后偏差接近4ppm.
圖1.150℃下的常見(jiàn)頻率漂移趨勢(shì)
在我們的研究中,實(shí)驗(yàn)中使用的TXC3.2mm×2.5mmSeam型X'諧振器的頻率為AT截止頻率40MHz,其中較軟(tanδ?0.2)和正常生產(chǎn)過(guò)程的有機(jī)硅基導(dǎo)電膠是另外,使用導(dǎo)電膠的安裝位置如圖2至圖4所示,安裝直徑全部控制為250μm.實(shí)驗(yàn)中添加了一種吸氣劑樹脂,以吸收廢氣,然后降低質(zhì)量負(fù)荷效應(yīng),其作用是不可逆的吸氣劑,吸收CO2和H2O.如上所述設(shè)置材料和參數(shù)可以客觀地反映不同安裝類型的老化行為.
為了證明什么是頻率漂移機(jī)制,在老化測(cè)試中使用了兩種安裝類型和兩種溫度,并測(cè)量和分析了兩種貼片晶振安裝類型的頻率偏差和頻率漂移趨勢(shì).實(shí)驗(yàn)條件列于表1.共有6個(gè)實(shí)驗(yàn),每個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)量30個(gè)樣品.平均數(shù)據(jù)將用于獲得頻率漂移趨勢(shì).
表1.實(shí)驗(yàn)條件
| 安裝類型 | 時(shí)效溫度 |
| 2個(gè)帶吸氣劑的安裝點(diǎn) | 85℃/150℃ |
| 2個(gè)安裝點(diǎn) | 85℃/150℃ |
| 4個(gè)安裝點(diǎn) | 85℃/150℃ |
老化結(jié)果
通過(guò)比較實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,在5℃的三種水晶振子安裝類型下,頻率漂移如圖5所示,其中500小時(shí)后的頻率偏差在2ppm以內(nèi).圖6顯示了在150℃下不同安裝類型的頻率偏差是不同的,其中500小時(shí)后四個(gè)安裝點(diǎn)的頻率偏差接近5ppm,而兩個(gè)安裝點(diǎn)的頻率偏差仍在2ppm以內(nèi).尤其是在85℃和150℃老化條件下添加吸氣劑的頻移在兩個(gè)安裝點(diǎn)上沒(méi)有差異.
圖5.85℃時(shí)的老化頻率漂移趨勢(shì)
圖6.150℃下的老化頻率漂移趨勢(shì)
IVA結(jié)果
IVA測(cè)試是一種材料除氣特性分析方法,廣泛用于密封設(shè)備中,用于測(cè)量蒸氣狀態(tài)下?lián)]發(fā)性有機(jī)物和其他物質(zhì)的相對(duì)體積濃度.IVA測(cè)試只能提供內(nèi)容物的相對(duì)體積比,其準(zhǔn)確度以ppm為單位.此外,假設(shè)3.2mm×2.5mmX'諧振器具有相同的密封體積,并且在真空環(huán)境下焊接,則可以將相對(duì)體積比轉(zhuǎn)換為相對(duì)質(zhì)量比,以分析質(zhì)量加載效果.實(shí)際上,諧振器中使用的所有材料都可能脫氣,并且還可能影響長(zhǎng)期的頻率穩(wěn)定性,例如,可以從陶瓷封裝,金屬蓋和導(dǎo)電膠中對(duì)N2,H2,H2O和CO2進(jìn)行脫氣.在本文中,假定IVA含量是由導(dǎo)電膠貢獻(xiàn)的,因?yàn)槠浣M成的主要部分是有機(jī)樹脂.
在本文中,我們研究了不同安裝設(shè)計(jì)下的頻率漂移行為.與四個(gè)安裝點(diǎn)相比,兩個(gè)安裝點(diǎn)的頻率漂移趨勢(shì)接近于綜合老化.兩個(gè)安裝點(diǎn)的IVA結(jié)果顯示,在150℃的老化過(guò)程中,最大的逸氣逸出量對(duì)質(zhì)量負(fù)載產(chǎn)生負(fù)面影響,但是兩個(gè)安裝點(diǎn)的應(yīng)力控制作用比質(zhì)量負(fù)載強(qiáng),因此,高頻穩(wěn)定性可以控制在2ppm以下150℃老化.相反,由于CO2在質(zhì)量負(fù)載的負(fù)面影響中占主導(dǎo)地位,因此四個(gè)安裝點(diǎn)大于應(yīng)力的正面影響,因此,頻率漂移頻率在老化開(kāi)始時(shí)就連續(xù)下降.本文通過(guò)兩個(gè)應(yīng)力點(diǎn)控制TXC3.2mm×2.5mmSeam型石英晶體的頻率偏差,在85℃時(shí)的老化能力與四個(gè)應(yīng)力點(diǎn)相同,滿足了廣泛的商業(yè)應(yīng)用,并有望達(dá)到150℃的汽車應(yīng)用甚至不需要添加吸氣劑即可節(jié)省材料成本.
正在載入評(píng)論數(shù)據(jù)...
相關(guān)資訊
- [2024-02-18]CTS汽車級(jí)CA系列時(shí)鐘振蕩器
- [2024-01-20]TXC晶技5G通信專用小型7050mm恒...
- [2024-01-20]TXC恒溫晶體振蕩器新產(chǎn)品方案發(fā)...
- [2023-12-28]關(guān)于GEYER格耶品牌產(chǎn)品設(shè)計(jì)與支...
- [2023-12-28]GEYER格耶電子晶振公司的制品詳...
- [2023-11-06]Wi2Wi品牌發(fā)布其新的SN系列晶體...
- [2023-10-13]美國(guó)GED高質(zhì)量時(shí)鐘晶體振蕩器
- [2023-09-25]H.ELE從原始石英晶體到精密晶體...
業(yè)務(wù)經(jīng)理
.jpg)