想要生产一颗近乎完美的石英晶振并不容易,不仅工序繁杂,要求严格,相关的技术操作也非常大,所以一般跟晶振厂家新下的订单,周期通过都要1~3月,甚至是更久。也因此,石英晶体发展一百多年后,仍然是科学界研究的方向,毕竟石英晶体是产品内部的核心元器件,与我们的生活息息相关。晶振的生产流程和测试项目比较多,这里就不一一阐述了,重点说一下比较重要的部分。
真空烘烤和封装
①真空烘烤:微调后经电性能测试合格的产品,套外壳后放入真空烘烤箱加温(100℃~150℃)真空烘烤,其目的是减小石英晶体谐振器表面尘埃分子的吸附,消除晶片与电极及支架的应力。
②充氮封装:将套外壳的石英谐振件充氮后,在氮气保护的环境进行电阻焊,电阻焊也叫贮能焊,它利用了电容器的充放电特性进行封装,已充电的电容器在一个极短的瞬间时间内放电被接入放电电路中的焊件焊接处,通过强大的电流形成一个巨大的脉冲电热功能,并在一个外加压力下,完成焊接,即锻压→放电→焊压,这种焊接方法只在局部,瞬间加热,不影响内部的压电石英晶体谐振器,效率高,适于大批量生产。具体的开机,操作见工艺。
密封性检查:
石英谐振器密封性的好坏,用泄漏率来表示,其定量含义是:在一个大气压条 件下,单位时间(1秒)内通过漏孔的气体的体积,单位是帕斯卡²立方厘米(Pa.CM3/S),一般来说分为粗检和细密检漏两种,下面是几种常用的检漏方法:
①负压检漏:用一可透视且密封的容器作为检漏缸,其中注入适量足以淹没无源石英晶体的检验液(水或乙醇)把封装好的石英谐振器放入检验液中,密封后抽真空,如果石英谐振器漏气,石英谐振器内的气体就会出来,透视便可发现漏气部位逸出气泡,仅做粗漏。
②FC-40浸液检漏法:FC-40是一种无色透明液体,比重大,沸点高,不会沾染石英谐振器的液体,将石英谐振器浸入125±5℃的FC-40中,一般浸入5cm左右,若SMD晶振漏气,由于膨胀会有逸出气体,可测泄漏率达10-3~10-2Pa.cm3/s水平,作为粗漏检定。
③乙醇检漏法:在耐压容器中盛适量乙醇,将石英晶体浸泡在乙醇中加压一定时间,取出测量其绝缘电阻,绝缘电阻大于500MΩ时为合格,如绝缘电阻小于500MΩ,则有乙醇漏入使其绝缘电阻降低,确定该产品为漏气不合格产品。
④氦质谱检漏:氦分子极小,是一种穿透力,流动性都极强且极易跟踪的惰性气体,利用氦作为示踪气体来进行检漏,可使检漏水平达10-4Pa.cm3/s,因此氦质谱法有时也称为示踪气体,精密检漏。
石英谐振器的老化:
①老化:贴片石英晶振在使用和贮存过程中,其频率随时间的变化称为“老化”, 而变化率则称为老化率。
②老化的原因:老化的主要原因是质量吸附效应和应力恢复造成的,即
a、晶片表面吸附了不同于石英晶片和金属电极材料引起的。
b、石英晶片材料结构的变化及加工过程中环境污染。
c、密封不良及外壳外气压、温度的变化。
d、激励电平的影响。
③该工艺的目的:就是将产品交替放入高温和低温箱,加速压电石英晶体的老化, 减小出厂后产品的老化率。
④减小老化采用的措施
a、提高石英片的光洁度,减少表面吸附,防止电极区域的污染。
b、加强烘烤工艺,消除石英片表层及电极膜间的应力。
c、消除一切形式的污染,改善石英谐振器的密封性等。
石英谐振器的测试:
①谐振频率的测试:将进口贴片谐振器插入晶体阻抗计测试孔内,调节阻抗计的栅板调谐电路,使之栅流表的指示达到最大值,这时阻抗计的输出频率即为石英谐振器的谐振频率。
②动态电阻R1 的测定:晶体阻抗计测定动态电阻R1 的方法采用替代法,石英谐振器在谐振频率时,它的阻抗呈电阻性,所以可以用一个电阻取代,如果插入 替代电阻后测得的频率振幅与石英谐振器测量时的频率和振幅相同,则该替代 电阻便等于动态电阻R1。
③静态电容的测试:用电容电桥,Q表等仪器直接测试其静电容C0,测量时的频率要低于石英谐振器谐振频率(一般取1KHz),这时测的静电容还包括支架的电容。 ④C1和L1的测定:
通常是在石英谐振器上串联一个负载电容C1后测得其负载谐振频率fSL和无负载时的频率f,由关系式