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采用村田原始包装技术的粒子筛选技术的石英晶体

来源：http://www.hneyq.com 作者：亿金电子 2019年04月03

石英晶体是一种电子元件,由于Q因子①高,可以产生任意和稳定的频率水晶空白.但是,当粒子②坚持晶振晶体表面的空白,这种高Q因子导致CI③的显著增加因为颗粒阻碍了坯料的振动,这可归因于材料的压电性能.如果其CI特性增加并且其特定CI值变得不可用,则谐振器可能在某些情况下停止振荡.

在本文中,我们介绍了采用村田原始包装技术的粒子筛选技术的石英晶体.村田制作所的原始粒子筛选技术,村田晶振该技术可确保在生产过程中筛选出导致石英晶体特性劣化的颗粒附着的缺陷产品.

1.什么是石英晶体？

石英晶体是一种电子元件,它可以利用晶体材料的压电特性将精密频率信号传输到IC（微控制器）.对作为压电材料的晶体坯料两侧的溅射沉积电极施加电场会引起振动;在AT切割谐振器中,施加的电场引起厚度剪切振动.对于包装石英晶体,迄今为止通常使用气密密封技术,例如使用缝焊,玻璃焊接或焊接的技术.然而,我们已经开发出我们用于HCR的原始树脂密封包装技术,其中金属盖和陶瓷基板用树脂粘合剂密封（图1）.

图1.HCR的结构图

2.石英晶体中的粒子问题

当颗粒附着在石英晶体坯料的表面上时,坯料的振动受到阻碍,CI值增加,如图2所示,导致振荡停止.我们对颗粒对石英晶体影响的研究揭示了CI特征变化的三个因素：（1）颗粒在晶体空白上的粘附位置,（2）颗粒类型,（3）粘附性（颗粒的粘附状态或质量).

图2.颗粒附着力之前/之后的特性变化

（1）颗粒粘附位点对晶体空白的影响

将颗粒有意地粘附到晶体坯料上,并研究颗粒的粘附位置对CI特性的影响.结果表明,在晶体坯料中间有很大的效果,如图3所示.晶体坯料中间振动位移最大的事实表明,中间的振动容易受到质量的影响.如粒子.

图3.颗粒粘附位点对CI特性的影响

（2）颗粒类型的影响

有两种颗粒：有机颗粒和无机颗粒.有机颗粒的实例包括衍生自人体和纤维粉尘的那些.无机颗粒的实例是电极粉尘.在任何生产过程中,两种类型的颗粒都以不可忽略的量存在.将有机和无机颗粒沉积在石英晶体,贴片晶振坯料上,研究各自对CI特性的影响.图4显示了结果.在该实验中,由无机颗粒引起的CI值增加小于由有机颗粒引起的CI值增加.我们推测无机颗粒和晶体坯料之间的小接触表面区域阻碍了晶体驻波的传播.

图4.颗粒类型对CI特性的影响

（3）颗粒粘附的影响

当颗粒附着在晶体表面时,接触表面积和颗粒的附着力如何影响CI特性？我们调查了一下这个问题的答案.在以下两种情况下检查了对CI特性的影响：在一种情况下,完整的颗粒沉积在晶振晶体坯料上,而在另一种情况下,颗粒在沉积之前被压碎,即,颗粒的粘附被改变了.当颗粒被压碎并由此增加晶体坯料的接触表面积时,发现CI值显着增加（图5）.

图5.颗粒粘附对CI特性的影响

发现无机颗粒的CI值的变化小于有机颗粒的CI值的变化.这可以通过无机颗粒中粘合性的较小变化来解释,因为它们的结构抗变形性.CI值在无机颗粒中变化约10％.这可以通过在粘附到无机颗粒表面的痕量有机颗粒被破碎时可能发生的接触状态的微小变化来解释.有机颗粒的粘附性如图6所示.

图6.无机颗粒的表面分析

为了研究颗粒对晶振晶体坯料的粘合性的影响,通过改变颗粒与晶体坯料之间的接触表面的杨氏模量来进行模拟. .图7显示了杨氏模量和CI变化之间的关系.接触表面的杨氏模量越高,对CI值的影响越大.这种关系可以通过以下方式解释：粘合性越高,即,接触表面的杨氏模量越高,晶体振动传递到颗粒越容易.

图7.接触表面杨氏模量变化的影响

当晶体的振动传递到颗粒时,颗粒的阻尼项（1/Qm）开始主导其他项,从而阻碍振动并增加CI值.当杨氏模量超过一定水平时,几乎所有的振动都会传递给颗粒; 因此,CI值将接近取决于颗粒的阻尼项的恒定值.因为如上所述颗粒的影响很大,所以在我们的石英晶体生产过程中的封盖过程之前包括过激发过程,如图8所示.

图8.流程序列

过激发过程是通过向晶体坯料施加高功率信号从而迫使坯料振动来从石英晶体坯料中抖落颗粒的过程.过激发过程可有效地振掉坯料振动位移较大的晶体坯料中间的颗粒,但在振动位移较小的区域无效; 在后一区域,过激发过程不能充分地抖落颗粒.因此,为了将产物与剩余颗粒分离,过度激发过程未能除去,在盖密封过程之后对高温处理过程进行排序.

词汇表

Q因素：	表示振荡锐度的数字.它可以衡量频率稳定性.
粒子：	一分钟的异物.
CI：	晶体阻抗的缩写.它是石英晶体的特征.

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