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神奇的Quartz Crystal角度之AT切割

来源：金洛鑫浏览：- 发布日期：2019-07-16 09:58:59【大中小】

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石英水晶的英文名称叫做Quartz Crystal,这是自然界中一种矿物结晶体,外表晶莹剔透是一种”颜值”比较高的物体,同时也是用来制造石英晶体的主要原材料.石英水晶和石英晶体的英译是一样的,是电子元器件中罕见的使用材料名做为产品的名字,晶体通常呈菱形状,而且体积不算很小,用来制造晶体的第一步,就是要将切割成一块块极小的晶片.Quartz Crystal的切割方式有许多种,AT切割是最常见的一种.

无论是医疗技术,电信还是消费类电子产品,音叉晶体都已成为所有行业中精确的频率发生器.通电时,薄石英盘以稳定的速率振荡,从而确定应用的心跳.虽然这听起来很简单,但问题非常复杂,因为石英空白并不完全相同.石英坯料不仅厚度不同,而且温度系数和振动特性也不同.例如,如果周围温度稍微变化,则石英产生的频率的稳定性会受到负面影响.温度变化越大,与所需频率的偏差越大.

石英晶体的振动方式也不同.’纵向振荡器’沿其纵轴伸展;就像橡皮筋被拉伸一样.另一方面,’弯曲U形管’石英晶体主要在坯料的中间振荡.它们的行为就像一个交替拉紧和释放的弓弦.然而,最常见的晶振振荡类型是’厚度剪切振荡器’.如图所示,坯料的上侧和下侧沿相反方向移动,而石英盘同时改变其厚度.

AT Cut定义振动类型和温度系数

在生产过程中可以特别地影响石英的特性,温度系数和振荡类型.决定性因素是石英盘从晶体上移除的切割角度.石英晶体根据数学计算切割成尺寸,任何变化都可能对零件质量产生严重影响.最常见的角度切割之一是AT切割,用于生产所有Jauch晶振.该切割是在距离石英晶体的Z轴35度处进行的,并且是最常选择的切割角度之一.以这种方式生产的石英坯料具有良好的温度系数.在-40到85摄氏度的温度范围内,由于AT切割,可以产生精确的频率,偏差仅为±15ppm(ppm=百万分之一).

厚度剪切振荡器

石英的枕形

采用AT切割生产的所有石英晶体都是厚度剪切振荡器-这是进一步加工的一大优势.石英晶体是无源元件,没有外部电压它们完全没用.必须将精细电极连接到石英上以使其通电并使其振荡.然而,根据振荡的类型,这些电极的连接被证明是一个巨大的挑战.理想情况下,电极应连接到石英晶体上的一个点,即使在电压下,它也只能最小程度地变形.使用厚度剪切振荡器比使用开头提到的弯曲或纵向振荡器容易得多.

然而,压电晶体的进一步加工步骤也是必要的.在一台特殊的研磨机中,将坯料研磨至呈垫形状-中间稍厚,向外逐渐变细.石英支架连接到锥形端部.以这种方式固定,薄金属电极最终蒸发到坯料的较厚中间部分上.因此,AT切割在石英生产中实现了双重功能.首先,它确保在-40到85摄氏度的温度范围内的高频稳定性,其次,它将坯料的形状定义为厚度剪切振荡器.

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