石英晶体的基本常识

1、(一)、石英晶體的基本常識 (1)、 石英晶體俗稱水晶，成分是Sio2，是良好 的光學材料，而且也是最重要的壓電材料 在長溫下不同的溫度時，石英晶體的結構是不同 的，溫度低於573是a石英晶體，溫度在 573 870時是石英晶體，溫度在870 1470 時是磷石英，溫度超過1470時變成方石英 2)、晶體可以是自然的，也可以是人工培養的3)、培育良好的單晶體，外型上最大的特徵是晶 面有規則的配置4)、石英晶體的晶面共30個，分成五組 六個m面(柱面)，六個R面(大凌面)， 六個r面(小凌面)，六個s面(三方雙堆面)， 六個x面(三方偏方面) (二)、石英晶體的一般性質1)、石英晶體的密度為2.

2、65g/cm3，硬度為莫氏硬度7 2)、石英是一種良好的絕緣材料3)、膨脹係數很小4)、在溫度超作573時，石英晶體內部產生 較強的機械應力，可能造成劣縫或雙晶壓電效應：電介質由於外界的機械作用，(如壓縮伸拉)而在其內部產生極化，產生表面電荷的現象，叫壓電效應壓電效應如果將具有壓電效應的介質至於外電場中，由於電場的作用，會引起介質內部正負電荷中心位移，而這一位移產生效應為逆壓電效應逆壓電效應然由於其結構的特殊性，不是任何方向都存在壓電效應然由於其結構的特殊性，不是任何方向都存在壓電效應例如： 當石英受到沿x方向的利作用時，x方向產生壓電效應，y、z方向不產生 當石英受到沿y方向的利作用時，x方

3、向產生壓電效應，y、z方向不產生 當石英受到沿z方向的利作用時，則不產生壓電效應 因此又稱因此又稱x軸為電軸，軸為電軸，y軸為機械軸軸為機械軸三)、培育石英晶體的關鍵設備人工水晶是在特殊剛製的長桶型壓力鍋中，以高溫高壓環境的水熱合成法，由種子水晶培養而成的，其品質依溶解液的種類濃度充填量，培養溫度，生長域與溶解之溫度差等條件而異設計壓力：1000 1500atm設計溫度：一般結晶溫度都採用300 350之間，培養區的溫 度在380左右人工水晶的品質是決定石英晶體性能最基本的要素，對於人工水晶Q值得要求：1)、民生用石英晶體150萬以上2)、通信用石英晶體180萬以上 3)、高穩定用石英晶體22

4、0萬以上四四) )、石英晶體的機械振動、石英晶體的機械振動1)、伸縮振動2)、厚度伸縮振動長度伸縮振動：晶片的長度大於寬度和厚度，由於電極面與X軸垂 直，所以只有X方向的電廠E1的作用3)、彎曲振動4)、面切變振動(五)、石英晶片的製造石英晶體製造的流程為：石英晶體的原料選擇石英晶體的原料選擇 定向線切定向線切切割切割研磨研磨( (拋光拋光) )流程簡介如下所示流程簡介如下所示 晶棒選擇晶棒選擇(倒角倒角)晶棒貼付晶棒貼付(X-RAY角度角度)隔片厚度檢查隔片厚度檢查刀片組立刀片組立刀架組立刀架組立切斷切斷切斷完成切斷完成中間切斷中間切斷(半晶片半晶片)粗磨粗磨晶片貼附晶片貼附晶片角度選別晶片

5、角度選別半晶片入庫半晶片入庫半晶片排盤半晶片排盤半晶片貼附半晶片貼附粗磨頻率粗磨頻率(GC#2000)頻率選別頻率選別精研頻率精研頻率(GC#4000)頻率選別頻率選別半晶片倒角半晶片倒角(4邊邊)精磨精磨L寸法研磨寸法研磨W寸法研磨寸法研磨週邊研磨週邊研磨外觀檢查外觀檢查完成完成六六) )、振動模式的偶合：、振動模式的偶合：我們再討論長度伸縮石英晶片時，忽瑞了其寬度與厚度，認為只有E1通過d12產生長度伸縮振動，而實際上當沿X方向施加電場時，可能產生三種應變，及X與Y的伸縮應變，YZ面上的切應變。雖然我們設計時長度大於寬度和厚度，助陣洞視長度方向的伸縮振動，而其他兩種振動卻也是實際上存在的，

6、那些不需要的震動模式，我們通常稱為寄生振動長度伸縮振動石英晶片，當邊比為W/L = 0.23時，會出現依強的彎曲振動偶合七七) )、石英晶片質量對石英諧振器性能的影響、石英晶片質量對石英諧振器性能的影響7-1)、石英晶體含有缺陷影響頻率，頻率溫度曲線和電阻7-2)、石 英晶片表面光潔度影響老化率和等效電阻造成平面度不好的主要原因是機械加工不當1)，壓力過大、砂號過粗都會使石英晶片表層含有較深的裂痕，以致在後面的加 工很難去除2)、磨料使用不合理，加工量留的不充分3)、磨盤不平，磨料本身不純，粒度不均勻等都會造成光潔度不好的表面4)、腐蝕時間過長也會造成石英晶體潔度不好，甚至有貫穿性的裂痕7-3)、石英晶片表面平行度和平面度影響活力 石英晶片表面不平使電阻值增大，活力