不知道大家有没有发现，生活中使用的一些工具和设备体积越来越小，好让人方便携带不占太大的空间，实际上是因为这些产品内部使用的电子元件越做越小了，例如贴片晶振，电阻电容，芯片，电感器之类的，为了实现产品小型化生产，各大生产厂商都在研发新的技术，台湾的TXC晶振公司是其中比较具有代表性的一家。TXC公司量产的2520晶振，在国内外销量都非常不错，品质与服务都受到用户的认可，接下来为大家提供TXC公司关于小型化，2520贴片晶振加速老化模型驱动水平，及其活化能关系的研究报告。

抽象-老化性能作为长期稳定性是石英谐振器最重要的特性之一。通常使用较高温度加速老化实验结果和Arrhenius加速老化模型来估计产品寿命。在本文中，表观热EaΦ（激活能量）的近似数学表达式可以描述考虑到小尺寸石英谐振器的驱动电平和温度的老化模型。在100μW下，表观热EaΦ值为0.730eV，当驱动电平高于1000μW时，表观热EaΦ变小至0.233eV并呈现饱和趋势。我们的工作确保驱动水平确实有助于老化加速并且不可忽视，特别是小尺寸石英谐振器的估计寿命。

激活能量值对寿命估算至关重要，有些研究发表了SMD接缝型石英晶体谐振器。当晶体尺寸变小时，驱动电平效应不容忽视，并将影响老化行为。这意味着加速老化模型需要包含驱动级别效果。对于石英谐振器的Ea研究，20多年前进行的一些经典早期研究，但都忽略了非热性项目的影响，如电流，电压和功率。然而，Ea与驱动水平效应之间的关系仍缺乏已发表的研究。本文试图通过加速老化实验，控制驱动水平和温度条件来建立这种关系。本文中石英谐振器的尺寸为2.5x2.0mm。

A.驱动级别定义：

推导水平定义众所周知。振荡电路的构造如图1所示。通过改变电阻Rd并使用电流计测量前面电流A，为Cg和Cd固定相同的电容器。最后，如表I所示，可以计算导出电平。

图1.振荡器电路和驱动电平定义的结构

表I.2.5mmX2.0mm26MHZ基础型石英共振器的驱动水平计算

B.有偏见的老化条件：

老化设备使用商业QAS-2000，由台湾晶技(宁波)和QTS公司共同开发。QAS-2000使用八个独立的受控烘箱，并带有独立的振荡电路和石英谐振器。这种设计不仅克服了旧的一炉设计最高125℃的温度限制，而且保证了温度只影响石英谐振器，从而使振荡电路的温度噪声最小。

有三种温度条件包括85℃，125℃和150℃，三个定义的驱动电平100μW，200μW和1000μW，共有九种组合用于本研究。金属接缝密封2520小尺寸谐振器，基频为26MHz。老化频移使用每个条件评估的30个样本的平均值，并且每天测量频率500小时（大约21天）。老化频移结果如图2所示。

图2.不同驱动电平和温度下2.5mmx2.0mmSeam石英谐振器的老化频移。

通过ARRHENIUS加速老化模式的激活能量估算：

A.驱动电平的老化频移效应

为了清楚地看到驱动水平和温度如何影响石英晶体老化行为，图3，图4和图5分别是100μW，200μW和1000μW的单个图。很明显，老化的频率偏移不仅会随着温度的变化而变化，还会受到驱动电平的影响，即使老化的频率偏移也会显示驱动电平，其影响大于温度。

图3.在100μW驱动电平下的2.5mmx2.0mmSeam低损耗贴片晶振的老化频移与不同温度的关系。

图4.在200μW驱动电平下的2.5mmx2.0mmSeam石英谐振器的老化频率偏移与不同的温度。

图5.在1000μW驱动电平下的2.5mmx2.0mmSeam石英水晶振动子的老化频率偏移与不同的温度。

B.考虑温度和驱动水平的老化模型

像普通的微电子器件一样，老化频率变化的函数可以表示为（1），它与非热，热和时间有关

其中R（i）是非热项，并进一步组合Arrhenius加速模型，热项R（T）可表示为（2），并且在指定时间内R（t）可表示为（3），频率变化与非热和热的关系变为（4）。

其中C和b是常数，KB是玻尔兹曼常数=8.616×10-5（eV/K），Ea是激活能（eV），本文提出了一个表观热EaΦ来表示非热项如电流，电压，甚至对衰老模型的功效，表示为（5）。

当A和B恒定时，EaΦ是活化能（eV）

通过实验结果可以计算出近似的数学表观热EaΦ与驱动水平，并进一步表示为（6）。不同驱动水平的表观热EaΦ总结为表П。它揭示了小尺寸晶振不能忽视高驱动功率效应，特别是当驱动电平超过100μW时，激活能量将从0.730eV急剧下降到0.355eV，这直接降低了石英谐振器的估计寿命。图6甚至显示当驱动电平超过1000μW时，表观热EaΦ表现出饱和趋势，最小值为0.233eV。

表II.2.5MMX2.0MM缝式石英谐振器的近似数学EA表达式

图6.表观热EaΦ与驱动水平的关系

对于小尺寸晶体谐振器，寿命估算的驱动电平效应不可忽略，并将影响经典Arrhenius加速老化模型中的激活能Ea值。本文提供了TXC晶振关于Ea与驱动水平之间关系研究的初步步骤。需要对机制和更多条件进行更多研究，以便更清楚地了解未来石英谐振器的驱动电平效应。当驱动电平足够高时，看起来驱动电平对Ea的相对贡献将会饱和。可以解释为驱动水平也有助于老化加速，当驱动水平变高时，Ea的相对热贡献会降低。