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音叉型石英晶体振荡器具有振荡频率随周围温度而变化的特性，为提高时钟精度则需进行精度补偿。图2表示的是爱普生晶振所采用的通过数字式 TCXO 温度补偿而进行的频率精度补偿方法。

该方法每隔一定周期将周围温度信息转换成数字，从内存中呼出该温度相应的补偿值，对振荡频率进行补偿。振荡频率补偿方式可分为两大种类：电容调整方式和逻辑调整方式。爱普生实时时钟模块中主要使用电容调整方式。

当石英晶振频率f>20MHz时，尽量采用长度在Z’方向,宽度在x方向的长条片，一是宽度可以选择几种即可，二是性能一致性好，但切角要重新试验确定。其计算方法是：上述的长度计算变为宽度计算，宽度计算变为长度计算，石英晶振频率温度曲线的一次温度系数a0。与Wx/t的关系见下图3.6.7。

一级、二级、三级温度系数a0、b0和c0不仅与参考温度有关，而且还与石英晶振切角有关。AT切型的a0、b0、c0随角度的变化率为：

αa0/αφ1=-5.15×10-6/oC度；

αb0/αφ1=-4.7×10-9/oC2度；

αc0/αφ1=2.0×10-12/oC3度；

温补晶振在小型化与片式化方面,面临不少困难,其中主要的有两点：一是小型化会使石英晶体振子的频率可变幅度变小,温度补偿更加困难.二是片式封装后在其接作业中,由于焊接温度远高于温补晶振的最大允许温度,会使晶体振子的频率发生变化,若不采限局部散热降温措施,难以将温补晶振的频率变化量控制在±0.5×10－6以下.

由于温补晶振的频率漂移与温度变化不同时发生变化,因此在线性区域外补偿晶体的频率变化是很难实现的,而且实现起来也很费钱.困难和费用的基本原因是“a - t切割”晶体的立方频率与温度的形状.一个特定的石英晶体所描绘的精确曲线取决于从石头上切出一块石英的角度.与参考角相比,角可以是“正”或“负”,根据操作方式和晶体的空白几何形状,角的值为“正”或“负”.

石英晶体的疵病

  石英晶体无论是天然的还是人造的,都不同程度地存在一些疵病(缺陷)。它们不仅是由于在石英晶振晶体生长过程中受到种种条件的影响而产生,就是在已形成的晶体中和生长完成后,外界条件的变化(主要是温度)产生的缺陷。这些缺陷会影响其可用程度和石英晶体元件的性能,以下简要介绍几种常见的缺陷。

一、双晶

  双晶是指两个以上的同种晶体,按一定规律相互连生在一起。即在同块贴片晶振晶体中,同时存在两个方位不同的左旋部分(或右旋部分)。其中一部分绕Z轴转180°后方与另一部分连生在一起,这两部分的z轴彼此平行,所以两部分的光学性能相同,而电轴两部分相差180°,故它们的极性相反(见图1.4.1)。

  光双晶是异旋晶体的连生,即在一块晶体中,同时存在左旋和右旋两个部分,它们连生在一起,左旋和右旋的光轴彼此平行,但旋光性相反,此外电轴极性也相反(见图1.4.2)。

                                            (a)左旋石英晶体的极性;(b)绕光轴转180°°后左旋石英晶体的极性C)电双晶的极性;

图1.4.1电双晶极性示意图

(a)左旋石英晶体的极性;(b)右旋石英晶体的极性;(c)光双晶的极性;

图1.4.2光双晶极性示意图

  电双晶又称道芬双晶;光双晶又称巴西双晶。双晶的边界可用氢氟酸腐蚀显示出来(见图1.4.3)。

  双晶多出现在天然石英晶体振荡器,石英晶体中,但在石英晶片加工中也会诱发出双晶。例如：石英晶片加热温度超过573℃,或虽然不超过573°C,但石英片内部温度梯度太大,都可能产生电双晶;又如:晶片研磨时,由于机械应力的作用,可能产生微小的道芬双晶。

(a)电双晶腐蚀图像(b)光双晶腐蚀图像

图1.4.3电双晶、光双晶在z平面上的腐蚀图像

  在压电石英晶体元件中,一般不允许含有双晶,若要利用含有双晶的石英晶片时,则对双晶的位置和比例要严加限制,因此在石英晶片加工中,要力求避免双晶的出现

  二、包裹体

  石英晶体中往往含有固体、胶体和气—一液体三种包裹体。

  固体包裹体是混杂在晶体内部的其它矿物质,天然石英晶振,压电水晶振荡子,石英晶体中固体包裹体大部分是围岩碎屑和黄铁矿、金红石等。人造石英晶体的固体包裹体主要是硅酸铁钠( NaFesi2O6.2H2O),它是由高压釜内壁被腐蚀脱落的亚铁离子和其它离子,与NaOH或Na2CO3溶液和SiO2等产生化学反应而形成的。

  胶体包裹体是含钾(K)、钠(Na)硅酸盐胶体所组成。它是由于石英贴片晶振,温补晶振,石英晶体生长过程中,温度发生波动时溶液中的二氧化碳达到超饱和状态,来不及结晶而形成胶体包裹体。

  气一液包裹体中的液体主要是水溶液、碳酸和其它混合液,气体是二氧化碳及挥发性化合物等,气一液包裹体多集中在晶体底部包裹体是石英晶振晶体的一种主要缺陷,实验表明,如果晶片中含有大的针状包裹体时,对石英晶体元件的电性能影响很大。

  石英晶体的包裹体可用显微镜观察法或油槽观察法等进行检查

  三、蓝针

  石英晶体中蓝色针状的缺陷称为蓝针。

  蓝针形成的原因很多,有人认为蓝针内部包含有铁、锰、铜、锌等金属氧化物,在这些氧化物外部还有密集的小气泡或小水珠,当光线通过它们时,除蓝色光线外,其它光都被吸收掉,因此在晶体内部呈现蓝色针状缺陷。还有人研究发现,存在蓝针的地方有很细的裂缝,它与石英晶振,有源晶振晶体原有宏观裂隙平行生长,说明蓝针是属于晶体内部机械破坏的结果。

  对一般应用的压电石英晶片可以存在蓝针,但用于制造稳定度高的和频率比较高的石英晶体元件时,不允许其石英晶片有蓝针存在。

  四、其它疵病

  在一些晶体中,可隐隐看出数个晶体的影子,这叫幻影或称魔幻。它是由于晶体生长中断了一段时间,后来又在晶面上继续结晶而形成的。幻影破坏了晶体格架的完整性,影响晶体的弹性,属晶体内部深处的缺陷。

  裂隙是存在于晶体内部的小裂缝。它的形成可能是由于生长区中二氧化硅供应不足,杂质分布不均匀,籽晶不完善,机械应力和温度变化不均匀等缘故节瘤是由许多小晶块构成的镶嵌结构,其形状像是很小的晶体镶嵌到大晶体的表面。这种镶嵌结构是受温度、压力、溶液饱和程度和混合物数量等生长条件影响而形成。在石英晶振,差分晶振等石英晶体内部某处有集中的许多微小气泡和小裂隙,呈现白色如棉花状,这种缺陷俗称为棉。

  台湾泰艺晶振成立于民国89年,专为生产石英晶振,石英晶体振荡器,高精密贴片晶振, 泰艺晶振集团多年来致力于研发创新,是台湾唯一拥有恒温控制晶体振荡器制造技术的制造商.部分核心技术是台湾业界的领先者,近年来陆续取得石英相关制造技术专利,未来将持续加强开发,以成为全球石英晶振频控元件领导者之目标迈进.