石英晶体圆片外形的选择

来源：金洛鑫浏览：- 发布日期：2018-06-01 18:45:02【大中小】

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根据不同情况,AT切型圆片的外形可采用双凸、平凸、平面倒边和平面片等四种。现分别介绍如下：

1.平面倒边石英片厚度的确定：

当直径与厚度比45<Φ/t<60范围时，为了消除边缘效应的影响，石英晶体片的外形一般采用平面倒边。如图3.4.3所示，但目前实际生产中,当15<Φ/t<<60时,都采用平面倒边。由于其加工方法比平凸、双凸更方便，且能达到产品规格要求，石英片的厚度计算公式可用下列近似式计算。

YPDXZ1

当石英片的直径Φ和厚度t确定后，应按如下步骤计算：

平面倒边片如图(3.4.3)中的β角，一般在6°~9°,β角按下式计算：

式中，N1、N2的值为：

对于AT切:N1=1665KHz•mm；N2=2542KHz•mm；

对于BT切:N1=2560KHz•nmn；N2=1654KHz•mm。

n为波节线，由边缘算起的顺序号，其含义是，当振动波传播到石英晶振片边缘反射回来时，到达平台边缘时，刚好是波节，即不振动的位置。从而减小边缘效应。

图中t0为石英片边缘厚度(即留边量)。从理论上来说，t0应该接近于零，即处于石英片切变振动的节面(即不振动的面)上。这也是石英水晶振子固定的位置，从而使等效电阻达到最小。但是t0太小，易产生生破边、破角，为此应根据频率的高低来选择t0的值。对HC-49/U型的石英片其t0值建议按下表3.4.2确定。

YPDXZ3

经计算,β=6.8°或取8.32°。

平面倒边片的曲率半径按下法计算。

YPDXZ4

有人会提出边缘厚度t0太小，一定会有破边、破角，这种提法是错误的，关键在滚筒倒边时的转速如何确定。这将在石英片的制造中来确定。

2.双凸圆片曲率半径和厚度的确定

圆片外形选择单主要依据Φ/t的大小而定。一般在Φ/t<15时,采用双凸片。实践证明，采用改变曲率半径的方法，可以获得满足技术要求的性能，因此，在生产上为了便于管理，往往只选取少数几种直径规格，然后，根据需要采用不同的曲率半径,双凸石英片的优点是：边缘效应小，振动活力高，能抑制其它耦合作用。缺点是加工复杂，率温度特性曲线的一致性较差，不宜于石英晶体谐振器大量生产。

如图3.4.1所示的双凸石英片，它的石英片中心厚度和曲率半径的计算公式为:

式中：

R—石英片的曲率半径，(mm)；

t—石英片的中心厚度，(mm)；

t0—石英片的边缘厚度,根据直径大小选取0.06~0.12mm；

f—标称频率(KHz)。

YPDXZ6

直接用式(3.4.2)和(3.4.3)计算t和R还是比较麻烦的。一般都采用逐步近似方法，选假设R=∞，代入式(3.4.2)得：

由式(3.4.4)求得t近似值后，再代入(3.4.3)计算R的近似值。即

YPDXZ8

从式(3.4.5)得到R近似值代入(3.4.4)求t的第二次近似值，再代入(3.4.3)求R的第二次近似值。重复上述过程，最后可得更准确的R值和t值。应该注意，最后所得的R值必须满足下面的关系式:

3.平面片厚度的确定

当无源晶振晶片的直径与厚度比Φ/t≥60时，边缘效应的影响很小。一般采用平面石英片可以满足通用产品的技术要求。在此情况下,英片厚度的计算公式为：

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式中的计算单位分别为：f—KHz;t—mm。

4.平凸圆片曲率半径和厚度的确定

当直径与厚度比15<Φ/t≤45时，一般采用平凸形,平凸有片的边缘的小，振动活力高，谐振器频率温度特性曲线的一致性较好。加工比双凸石英片简单。由于后两个优点，所以在生产上右英片外形常常采用平凸而不是双凸。

如图(3.4.2)所示的平凸石英片,它的石英片中心度和曲率半径的计算式为:

式中，t0数值在低频段为0.3~0,4mm，在高频段为0.2~0.3mm。平凸曲率半径和厚度的计算方法与双凸完全相似。也是采用逐步近似法，但最后得到的曲率半径R必须满足关系式(3.4.9)。

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