晶振工作原理及制程
晶振系统工作原理
晶振系统工作原理
晶振系统是一种常用的时钟系统，用于产生稳定且精确的时钟信号。
晶振系统的工作原理包括以下几个步骤：
1. 晶体的机械振动：晶振系统的核心部分是晶体，通常是由石英或陶瓷等材料制成。
当电压施加在晶体上时，它会产生机械振动，将电能转化为机械能。
2. 机械振动的反馈效应：晶体振动的频率由晶体的尺寸和材料决定，这个频率通常非常稳定。
晶振系统通过将晶体的振动信号反馈给晶体。
如果晶体的振动频率与输入信号的频率一致，晶体将继续振动；如果频率不匹配，则振动将被抑制。
3. 输出的时钟信号：晶振系统从晶体中获取稳定的振动信号，并通过放大、滤波等电路处理后输出，形成高精度的时钟信号。
这个时钟信号可以用于计时、同步和驱动其他电子设备。
总之，晶振系统的工作原理是通过利用晶体的机械振动特性，实现稳定且精确的时钟信号的产生。
晶振的工作原理
晶振的工作原理
晶振（Oscillator）是一种用来生成稳定的时钟信号的电子元件。
其工作原理主要基于谐振现象。
晶振通常由晶体和驱动电路组成。
晶体是晶振的核心部件，一般使用石英晶体。
晶振驱动电路提供激励信号，激励晶体产生振荡。
该电路一般由几个主要组成部分组成：放大电路、反馈电路和调谐电路。
具体工作原理如下：
1. 激励信号：由驱动电路通过提供适当的激励信号来引发晶体振荡。
这个激励信号可以是电压脉冲、电流脉冲或连续信号，其频率通常在晶体的共振频率附近。
2. 晶体共振：晶体共振是指在特定频率下，晶体的振荡达到最大幅度的状态。
晶体的共振频率是由晶体的物理特性决定的，例如晶体的尺寸、形状和材料等。
晶振的频率通常设计为晶体的共振频率。
3. 反馈电路：晶体振荡产生的信号经过放大电路被反馈到晶体上，使晶体持续振荡。
放大电路可以将晶体输出的微弱信号放大到足够的幅度，以供后续电路使用。
4. 调谐电路：调谐电路用来微调晶振的频率，以使其与所需的时钟频率完全匹配。
调谐电路通常由电容和电感等元件组成，通过改变这些元件的数值，可以微调晶振的频率。
通过以上过程，晶振能够产生一个稳定、精确的时钟信号，用于驱动各种电子设备的工作。
这些设备需要准确的时钟信号来同步各个部件的操作。
晶振的工作原理
晶振的工作原理晶振（Crystal Oscillator）是一种常见的电子元件，广泛应用于各种电子设备中，如计算机、手机、电视等。
它的主要功能是产生稳定的电信号，用于驱动其他电子元件的工作。
晶振的工作原理基于压电效应和谐振现象。
压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷分布的变化，而谐振现象是指在特定频率下，系统对外界激励的响应最大。
晶振通常由一个晶体片和与之相连的电路组成。
晶体片是由石英或类似材料制成的，具有稳定的物理特性。
电路部分包括放大器、反馈电路和输出电路等。
晶振的工作过程如下：1. 激励信号：外部电路向晶体片提供激励信号，通常是一个交流电压信号。
2. 压电效应：晶体片受到激励信号的作用，产生压电效应。
这会导致晶体片内部的晶格结构发生微小变化，进而产生电荷分布的变化。
3. 反馈电路：晶体片输出的电荷变化信号被放大器接收，并通过反馈电路送回晶体片。
反馈电路的作用是保持晶体片的振荡频率稳定。
4. 谐振现象：反馈电路的作用使晶体片在特定频率下达到谐振。
这个频率称为谐振频率，是晶体片的固有特性。
5. 输出信号：晶体片在谐振频率下不断振荡，产生稳定的输出信号。
这个输出信号可以作为其他电子元件的时钟信号或频率参考信号。
晶振的工作原理可以简单总结为：外界激励引起晶体片的压电效应，通过反馈电路使晶体片达到谐振频率，产生稳定的输出信号。
晶振的工作频率取决于晶体片的物理特性和电路的设计。
常见的晶振频率有几十kHz到几百MHz不等。
选用不同频率的晶振可以满足不同电子设备的需求。
总之，晶振是一种基于压电效应和谐振现象的电子元件，用于产生稳定的电信号。
它在各种电子设备中起着重要的作用，确保设备的正常工作。
晶振的工作原理
晶振的工作原理晶振是一种常见的电子元件，广泛应用于各种电子设备中，如计算机、手机、电视等。
它的主要作用是提供稳定的时钟信号，用于同步各个电路的工作。
本文将详细介绍晶振的工作原理。
一、晶振的结构和组成晶振由晶体谐振器和驱动电路两部分组成。
1. 晶体谐振器：晶体谐振器是晶振的核心部件，通常由石英晶体制成。
石英晶体具有压电效应，当施加外力或电场时，晶体会发生形变，产生电荷。
在晶体的特定方向上，电荷的积累和释放会形成特定频率的振荡。
晶体谐振器通常由两块石英晶体片组成，中间夹有金属电极，形成一个电容器，称为谐振腔。
当外加电场频率等于晶体的谐振频率时，晶体谐振器就会开始振荡。
2. 驱动电路：驱动电路是晶振的控制部分，主要包括晶振激励电路和放大电路。
晶振激励电路会向晶体谐振器提供一定的激励电压，使晶体开始振荡。
放大电路会放大晶振输出的信号，以便其他电路可以正常工作。
二、晶振的工作原理可以分为激励和振荡两个阶段。
1. 激励阶段：当外加电压施加到晶体谐振器上时，电场会使晶体发生形变，产生电荷。
当电场的频率等于晶体的谐振频率时，晶体谐振器开始振荡。
晶体谐振器的振荡频率由晶体的物理特性和谐振腔的尺寸决定。
2. 振荡阶段：一旦晶体谐振器开始振荡，它会在谐振频率上产生稳定的振荡信号。
这个振荡信号被放大电路放大后输出，供其他电路使用。
晶振的输出信号通常是一个方波信号，频率非常稳定，可以作为时钟信号来同步其他电路的工作。
三、晶振的特点和应用晶振具有以下特点：1. 高稳定性：晶振的振荡频率非常稳定，受温度和供电电压变化的影响较小。
这使得晶振非常适合用作时钟信号源，确保电子设备的稳定运行。
2. 高精度：晶振的频率精度通常在几个百万分之一或更高，可以满足大多数电子设备对时钟信号精度的要求。
3. 小型化：晶振的体积小，重量轻，适合集成到各种小型电子设备中。
4. 易于使用：晶振只需要外加电压即可工作，使用方便。
晶振广泛应用于各种电子设备中，包括但不限于：1. 计算机：晶振作为计算机的时钟源，提供稳定的时钟信号，确保计算机各个部件的协调工作。
晶振的工作原理
晶振的工作原理晶振（Crystal Oscillator）是一种电子元件，用于产生稳定的高频振荡信号。
它广泛应用于各种电子设备中，包括计算机、通信设备、无线电设备等。
晶振的工作原理是基于压电效应和谐振原理。
晶振通常由晶体谐振器和振荡电路组成。
晶体谐振器是晶振的核心部件，它由一个压电晶体片和两个金属电极组成。
压电晶体片通常采用石英晶体，因为石英具有稳定性好、温度特性好等优点。
金属电极则用于提供电场，使晶体产生压电效应。
晶振的工作原理如下：1. 振荡电路提供反馈：晶振的振荡电路包含一个放大器和一个反馈网络。
放大器将晶体谐振器输出的信号放大，然后将放大后的信号送回晶体谐振器，形成一个正反馈回路。
2. 压电效应产生振荡：当电场施加到晶体上时，晶体味发生压电效应，即晶体味产生机械变形。
这种机械变形会导致晶体的厚度发生弱小的变化，从而改变晶体的谐振频率。
3. 谐振频率确定：晶体的谐振频率由晶体的物理尺寸和材料特性决定。
通过精确控制晶体的尺寸和材料，可以实现特定的谐振频率。
常见的谐振频率有4MHz、8MHz、16MHz等。
4. 反馈调整振荡频率：当振荡频率偏离谐振频率时，反馈网络会调整放大器的增益，使振荡频率逐渐接近谐振频率。
最终，振荡频率稳定在谐振频率附近。
晶振的工作原理可以通过以下步骤总结：1. 振荡电路提供反馈。
2. 压电效应产生振荡。
3. 谐振频率由晶体的尺寸和材料决定。
4. 反馈调整振荡频率，使其稳定在谐振频率附近。
晶振在电子设备中的应用非常广泛。
它提供了稳定的时钟信号，用于同步各个电路的工作。
例如，在计算机中，晶振用于控制CPU的时钟频率，确保计算机的稳定运行。
在通信设备中，晶振用于产生精确的调制信号，实现高质量的通信。
在无线电设备中，晶振用于产生精确的射频信号，实现无线通信。
总之，晶振的工作原理是基于压电效应和谐振原理，通过振荡电路提供反馈，产生稳定的高频振荡信号。
它在各种电子设备中发挥着重要的作用，确保设备的稳定运行和高质量的信号传输。
晶振生产工艺
晶振生产工艺
晶振生产工艺主要包括以下几个步骤：
1. 制备原材料：晶振生产所需的主要原材料为石英晶体。
首先，需要选取高品质的石英矿石，经过精选、破碎、研磨等工艺过程，得到细小的石英颗粒。
2. 清洗和烘干：将石英颗粒进行清洗，去除其中的杂质和污垢。
清洗后的石英颗粒需进行烘干，以降低湿度对晶体生长的影响。
3. 熔融：将烘干后的石英颗粒放入高温炉中，在高温条件下将其熔化为石英熔体。
熔融过程中的温度和时间需严格控制，以保证石英熔体的质量。
4. 晶体生长：将石英熔体倒入晶生长炉中，通过降低炉内温度，使石英熔体逐渐凝固成为石英晶体。
晶体生长过程中，需要严格控制生长速度、生长方向和温度分布，以获得高品质的石英晶体。
5. 切割和加工：将生长好的石英晶体进行切割，得到所需的晶振片。
随后，对晶振片进行一系列的加工处理，如研磨、抛光、钻孔等，以满足晶振生产的要求。
6. 封装：将加工好的晶振片放入封装模具中，加入封装材料，如环氧树脂等，进行封装。
封装过程需要保证封装材料充分填充晶振片与模具之间的空隙，以保证晶振的稳定性和可靠性。
7. 测试和筛选：对封装好的晶振进行性能测试，如频率、稳定性、功耗等指标。
根据测试结果，对晶振进行筛选，确保产品品质达到要求。
8. 成品检验和包装：对测试合格的晶振进行成品检验，检查外观、尺寸等指标。
合格的晶振进行包装，准备发往下游企业或终端客户。
总之，晶振生产工艺涵盖了原材料制备、熔融、晶体生长、切割加工、封装、测试和成品包装等多个环节。
在整个生产过程中，严格控制各个环节的参数和质量，才能获得高品质的晶振产品。
晶振生产工艺流程
晶振生产工艺流程晶振是一种通过电压或电流激励而产生机械振动的装置，广泛应用于通信、电子、计算机等领域。
晶振的生产工艺流程主要包括材料准备、晶片制备、包装封装、测试调试等环节。
首先，晶振的生产过程需要准备材料。
主要包括晶片材料、封装材料、电极材料等。
其中，晶片材料是晶振的核心部分，通常采用石英或硅材料制备而成。
封装材料主要用于固化晶片，并保护晶片免受外界环境的影响。
电极材料则用于连接晶片与外部电路。
第二步是晶片制备。
晶片制备是晶振生产工艺中最关键的环节。
首先，将晶片材料加工成所需形状和尺寸，通常采用切割或磨削等方式。
然后，在晶片表面涂上合适的电极材料，通常采用金属或金属化合物制成的薄膜。
接下来，通过烧结、蒸发等方法固化电极材料，使其与晶片表面牢固结合。
第三步是包装封装。
对于大多数的晶振产品来说，包装封装是必不可少的一步。
通常采用表面贴装技术或管腔封装技术。
表面贴装技术是将制备好的晶片粘贴在载体上，并通过焊接或焊球等方法与电路板连接。
管腔封装技术则是将晶片放置在金属或塑料管腔中，通过封口固定。
最后一步是测试调试。
测试调试是确保晶振产品质量符合要求的重要环节。
通过测试仪器和设备对晶振产品的频率、稳定性、精度等性能进行检测。
如果发现问题，需要进行调试或修复，直到产品能够正常工作。
总结起来，晶振的生产工艺流程包括材料准备、晶片制备、包装封装、测试调试等环节。
每个环节都需要经过严格的工艺控制和质量检测，以确保晶振产品的质量和性能达到要求。
随着技术的不断进步，晶振的生产工艺也在不断演进，以满足市场对更小、更稳定、更高精度的晶振产品的需求。
晶振的工作原理
晶振的工作原理引言概述：晶振是电子设备中常见的一种元件，它在电子设备中起着非常重要的作用。
晶振的工作原理是什么呢？接下来我们将详细介绍晶振的工作原理。
一、晶振的基本结构1.1 晶振由晶体谐振器和振荡电路组成，晶体谐振器是晶振的核心部件。
1.2 晶体谐振器是由晶体片、电极和封装壳体组成的。
1.3 振荡电路由晶振管脚、电容器和电阻器等元件组成。
二、晶振的工作原理2.1 当晶振通电后，晶体片受到电场的作用会发生压电效应，产生机械振动。
2.2 晶体片振动时，会产生声波，声波通过振荡电路反馈到晶体片上，形成正反馈。
2.3 正反馈作用下，晶体片会以共振频率振动，产生稳定的振荡信号。
三、晶振的频率稳定性3.1 晶振的频率稳定性取决于晶体片的质量和振荡电路的稳定性。
3.2 晶振的频率受温度、电压等外部环境因素的影响较小。
3.3 晶振的频率稳定性对于电子设备的正常运行至关重要。
四、晶振的应用领域4.1 晶振广泛应用于计算机、通信设备、数字电子产品等领域。
4.2 晶振在时钟信号、同步信号等方面有着重要作用。
4.3 晶振的稳定性和精度直接影响到设备的性能和稳定性。
五、晶振的发展趋势5.1 随着科技的不断进步，晶振的频率稳定性和精度会不断提高。
5.2 晶振将会更加小型化、高集成化，以适应电子产品的发展需求。
5.3 晶振的应用范围将会继续扩大，成为电子设备中不可或者缺的重要元件。
总结：通过以上介绍，我们了解了晶振的基本结构、工作原理、频率稳定性、应用领域以及发展趋势。
晶振作为电子设备中的重要元件，其稳定性和精度对设备的性能起着至关重要的作用，未来随着科技的不断发展，晶振将会更加小型化、高集成化，应用范围也将不断扩大。
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Introduction of Quartz Crystal
Linda Lin / FAE Department
Nov. 20, 2001
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Contents
Characteristic of Quartz Material Characteristics of Crystal Units Choose the Right Crystal Unit
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Measuring the Crystal Parameters
Oscillation Method Pi NetWork Method
Calculation Method Measurement Method Physical Load Method
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@1atm @1atm @25 ℃ @25 ℃
MECHANICAL AXIS OPTICAL AXIS
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SYNTHETIC QUARTZ CRYSTAL
AVG. size um # # 500 800 25 14 11.5 6.5 4.0 2.7 2.0 0.60 Roughness um 6 3 2.5 1.1 0.8 0.5 0.3 0.08 Inter-Crack um 22 Inter-Crack 10 8 3.5 2.6 1.3 0.8 0.05 # 1000 # 2000 # 3000 # 4000 # 6000 # 10000 Roughness
AUTOCLAVE HYDROTHERMAL METHOD RAW MATERIAL： Silica HIGH PRESSURE：800 to 2,000 atmospheres HIGH TEMPERATURE： ~400 ℃ HIGH TEMP. STABILITY ： ± 0.2 ℃ LONG GROWTH TIME： 1 ~ 6 Month HIGH PURITY： Infra-Red Absorption (IRA)： 3585 CM-1
X’TAL Process
SMD X’TAL
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(2)
Blank cleaning Freq. adjustment Annealing Final Test Laser marking
Alignment Curing
Base Plating Blank auto mount Aging Gross leak test Taping
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Parameters of Effective Circuit
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(4)
R1：Dynamic Resistance…….(Rr) ： R=P L A ，A↑，R↓
相關原因：
(1) 音響學上的損失 晶片表面平行度 大氣R1 > N2R1 > 真空中R1 (2) 石英晶片表面清潔度 晶片表面與鍍膜層附著性 (3) 電極面之設計 (4) 石英原料材質 石英晶片表面處理
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XTAL Process
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(1)
DIP 49U XTAL
Blank cleaning Base plating Auto mount
Annealing
Freq. adjustment
Curing
Sealing
Aging
F.Q.C.
O.Q.C.
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Frequency vs. Thickness
AT-Cut Crystal F ( MHz) = 1670 T
( um )
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or
F ( kHz) =
1670 T
( mm )
Frequency Thickness
14.318 MHz 0.116 mm
20.000MHz 0.083 mm
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Parameters of Effective Circuit
Lm：Dynamic Inductance ：
由 Mechanical Mass 決定大小
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(3)
L1=
1 = 2C Ws 1
1 2πfsC1 π
低頻時，晶片較厚，WAFER較大…數HENRIES 高頻時，晶片較薄，BLANK較小…數mH
26.973 MHz 0.062 mm
35.328 MHz 0.047 mm
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Laping & Etching
Laping Machinism
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(1)
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Laping & Etching
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(2)
Surface Treatment & Etching
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Structure of X’TAL – Dip Type
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Structure of X’TAL – SMD Type
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Metal Lid
Coated Electrode
Quartz Blank Ceramic Base
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Why is AT-Cut
振動模式
長度彎曲振動 伸縮振動 輪廓振動 厚度振動
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(1)
Length-width flexure Extensional flexure Face shear flexure Thickness shear flexure
基 本 波：Fundamental 3 倍 頻：3rd overtone 5 倍 頻：5th overtone
Y
Si +4
++++++
------+++++
Si +4
X
----Si +4
O
-2
O
-2
O -2 + + + + +O -2
O -2
------When a electric field applied , the induced electric filed is generated and force the Oxygen atom move outward .
Note : The roughness and inter-crack data are dependet on the quartz material and the type of abbresive .
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Characteristics of Crystal Unit
Structure & Process Effective Circuit of Crystal Unit Parameter of Effective Circuit Measureing the Crystal Parameters
++++++
When a electric field applied , the induced electric filed is generated and force the Oxygen atom move closer .
- - - -O -
-2
The SiO2 is always in the static state of electric neutral .
C0=0.02 ‧ del ‧
fs n
The shunt capacitance include the capacitance of XTAL and stray cap. of paste , metal cap …… inside the package . Mounting system的改變 或 base 長度/材質 不同 C0 值會變化 0.2 pF~1 pF 之間. C0小 → 起振電壓低，但CI較困難製造.
Confidential
(2)
High Frequency AT +35015’ BT -490
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Why is AT-Cut
Confidential
(3)
各種切割角度 / 溫度 之關係
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Why is AT-Cut
AT
Confidential
(4)
切割角度 / 溫度 之關係
Quartz Material
材料成份： 材料成份： 二氧化矽
Confidential
(1)
SiБайду номын сангаас2
TRIGONAL-DIGONAL CLASS：32 ：
材料組成： 材料組成： 正六方晶系 材料特性： 材料特性：
熔點 α-β相變點 硬度 密度 壓電特性 光雙折性
1,750℃ 537℃ ~7.2莫氏硬度 2,648Kg/M3 Y軸： 機械軸 Z軸： 光學軸
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Piezo Electricity
Confidential
(1)
Y
-Si
+4