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石英晶振是利用晶体的压电效应制成的一种石英晶体振荡器。因为它具有高稳定性、高精度和低功耗等特点,被广泛应用于各种电器产品中。近年来,各生产企业为了在激烈的市场竞争中取得胜利,不断进行改善,提高产品的性能,降低产品的成本。本论文通过对离子刻蚀技术的探讨,对石英晶振的离子刻蚀频率微调进行研究。最后通过实验,明确了离子刻蚀频率加工时,刻蚀速度的设定,从而改善了离子刻蚀频率微调的加工工艺。使得加工效率和制品的良品率得到了很大的提高。

石英晶振作为一种震荡器经过了几十年的发展。由于它具有成本低、高Q值、高精度和高稳定度的特点,因此在电子领域中的作用一直不能被其它振荡器所替代。

并且随着电子信息产业为代表的应用领域不断发展和扩大,其自身也不断发展和变化。品种不断增多,有温度补偿式（TCXO晶振）、压控式（VCXO晶振）和恒温补偿式（OCXO晶振）等。尺寸也不断出大变小,现在最小贴片石英晶振的尺寸已达到22×14×1.0(m)。目前,各生产厂家为了不断提高竞争力,正在努力开发精度更高、成本更低、尺寸更小的石英晶振。

近几年来,对石英晶体元件的需求量逐年上升,每年约增长10%。到2010年, 约为105.04亿只。随着产品不断向小型化和片式化发展,石英晶振晶体元件也不断向这个方向发展。我国晶体行业近年来不断引进先进技术,促使该行业不断发展。生产设备及生产工艺不断提高,使中国成为晶体行业的主要生产基地。

2010年压电晶体出口值达到10.25亿美元。但由于市场竞争的激烈,产品价格不断下降,同时各种生产成本(包括产品的原材料、水、电和劳动力价格等)不断上升,使得该行业利润空间不断被压缩,造成了该行业的竞争异常激烈。为此,各生产企业都不断的追求生产效率的提高、成本的降低以及制品精度的提高。在贴片晶振，石英晶振生产过程中,离子刻蚀频率微调较大程度的影响着石英晶振的生产效率和制品的精度。

从手机可以移动携带开始，就一直是石英晶振使用量最大的电子领域，日本及至全球最大的品牌爱普生晶振进入中国市场之后，最早就是广泛大量的应用在手机上了，从老人机，半键盘半屏幕手机，滑盖手机到如今的智能手机，几乎都能看到爱普生晶振的身影。MC-146晶振和FC-135晶振在爱普生公司当中，被誉为是手机晶振的两大型号。

建立晶振FRACAS系统重要实施步骤

1.建立晶振FRACAS管理小组和故障评审分析小组

晶振FRACAS管理小组是FRACAS管理小组的核心组成部分,是FRACAS运行系统的管理组织,负责监督 FRACAS系统的运行情况。在Z公司挑选2~3名有资质的人员来组成石英晶振,贴片晶振FRACAS系统管理小组,管理小组的职能就是为 FRACAS运行系统服务,促进FRACAS管理系统顺利的运行FRACAS管理小组建立之后,还需要负责故障评审分析小组人员的选拔工作。故障评审分析小组需要很强的业务能力和管理能力,因此主要选拔部门领导和公司的高级技术人员,使故障分析小组有足够的能力来分析出故障原因、模式及故障责任部门。石英晶振FRACAS管理小组每月对故障数据进行汇总,并组织故障评审分析小组来召开评审分析会议。

在会议召开前,石英晶振,贴片晶振FRACAS系统管理小组已经将汇总故障数据分发给故障评审小组人员。在故障评审会议上就可以直接有针对性进行故障评审分析工作,找出造成故障的根本原因。对于那些重复出现的故障,一定要反复论证,找出能解决这些故障的纠正措施,举一反三,争取让故障不再发生。在纠正措施施行之后,FRACAS管理小组还需要对纠正效果进行跟踪评价,保证会议上提出的决策得到落实。

2.FRACAS系统技术培训

(1)晶振FRACAS管理小组和评审分析小组的成员

培训时间:0.5~1天

培训内容:FRACAS原理、组织架构及实施流程

进行培训的目的是使石英晶体振荡器,石英晶振FRACAS系统管理人员的可靠性素质得到提高,提高对故障的分析能力,管理人员的水平提高了,FRACAS系统的运行工作就会更加容易的开展。

(2)客服、维修人员

培训时间:每个站点0.5~1天

培训内容:故障信息及维修信息收集

客服、维修人员担负着收集石英晶振,贴片晶振,有源石英晶体振荡器故障缺陷资料的责任,其收集到的数据的质量影响着故障分析工作的开展,为了保障收集故障数据的完整、客观。需要对他们进行培训,培训内容主要包括FRACAS的原理意义,及故障维修信息记录单的填写方法。

3.完善故障维修信息记录

由于Z公司条件有限,目前还没有开展对Z石英晶振的完善的可靠性试验获取石英晶振,贴片晶振可靠性缺陷的数据就比较困难,但Z公司石英晶振的出货量很大,从市场的反馈中可以获取大量的缺陷数据,这样就可以弥补可靠性缺陷数据不足的问题。目前售后人员只做了维修记录单,为了实现对缺陷的统计,可以在维修单加上一联故障维修信息记录单,写明故障缺陷详细信息,便于对缺陷信息进行统记.

4.规范故障维修信息

售后人员在填写故障维修记录单时,应将元器件的维修信息、故障原因、故障元器件的可靠性参数、对故障的影响等,这些信息必须填写准确详细。售后人员填写完成后将故障维修记录单上报给FRACAS管理小组,由管理小组对故障模式进行分类。

5.故障维修信息汇总

每个月FRACAS管理小组都要对故障维修数据进行汇总。管理小组对本月从售后部门收集的故障信息进行分析与分类,然后汇总,结合销售部门的销售数据,就可以得到返修率数据客服维修部门首先结合自身工作状况,依据本周期内的故障信息进行一个初步的总结,并形成客服部门故障意见报告,报告内容也是对本部门工作的一个总结,同时也可以为故障评审小组进行分析工作提供一个参考。

FRACAS管理小组总结对数据的收集分析结果,主要包括各个部门数据的汇总、故障分析的结论以及下一步的改进方向等.晶振FRACAC管理小组在评审会议召开前将汇总的分析结果分发给参加评审的人员,便于它们在会议前对近期的系统工作运行情况有个初步了解,这样有利于评审会议的审议。

6.建立故障模式数据库

对故障分析结束后,石英晶振,贴片晶振,有源晶振FRACAS管理小组人员和技术人员需要对出现的故障进行分类,并联合设计研发人员,将故障现象与故障模式一一对应上,结合技术研发人员的实际经验,建立故障模式数据库

7.理顺FRACAS系统与质量管理体系之间的关系

FRACAS与质量管理体系不是两个对立的管理体系,FRACAS可以看作质量管理体系下的一种有效的管理工具,通过建立FRACAS系统,可以增强企业对可靠性管理过程的控制,FRACAS系统与质量管理体系的目的是一样的,都是提高石英晶振,贴片晶振质量与可靠性。

虽然质量管理体系涉及到企业管理的各个方面,但是涉及到可靠性管理的故障处理文件不多,因此需要建立 FRACAS系统来提高企业的故障信息处理能力.FRACAS系统与质量管理体系之间是相辅相成的,在企业日常管理中,人员定要各司其职,为提高石英晶振,贴片晶振可靠性共同努力。

FRACAS系统建设目标与基本原则

FRACAS系统的核心是要求在石英晶振,贴片晶振的研发设计和生产过程中对石英晶振,贴片晶振出现可靠性问题进行“归零”管理,对故障的出现需要及时报告、分析并纠正,防止故障再次出现,从而实现石英晶振,贴片晶振规定的可靠性,由此可见,建立故障报告、分析及纠正措施系统( FRACAS)是Z公司开展可靠性管理工作的必有之路。根据Z公司实际情况,可以重点从以下几个方面入手建立 FRACAS系统。

1.对售后、技术、管理等人员进行 FRACAS系统培训,增加公司人员对FRACAS系统的认知,并对FRACAS系统的运行流程有所理解,便于推进FRACAS系统的建设与运行。

2.结合Z公司自身情况编写 FRACAS系统作业指导书,建立软件系统的FRACAS基础编码表,统一报表的模板,从而使 FRACAS高效的运行,在制定FRACAS系统文件时,一定要集思广益,符合Z公司的实际情况。

3.对Z公司的故障信息进行分析汇总,对可能出现的故障进行归纳,便于后期纳入系统管理中去。

4.建立的 FRACAS管理机制要以可靠性控制为主要方针,公司的各个部门之间要有专门的窗口进行对接,保证系统流程的续性。

5.不断总结 FRACAS的运行情况,积累系统运行的经验教训,不断提升FRACAS系统的运行效率。

FRACAS系统的组织结构及人员职责

FRACAS系统涉及到石英晶振,贴片晶振,石英晶体振荡器实现的多个流程,主要包括市场调研、石英晶振,贴片晶振设计研发、供应商管理、元器件来料检验、生产统计过程控制、石英晶振,贴片晶振出厂测试、可靠性试验设计与验证以及石英晶振,贴片晶振售后服务等。

根据 FRASAS系统涉及到石英晶振,贴片晶振实现的流程,可以确定 FRACAS系统的组织结构与人员,主要有设计研发人员、采购人员、质量管理人员、生产人员、仓库管理人员和可靠性试验人员。

为了保障 FRACAS系统的运行,结合Z公司实际情况,需要增加两个组织来保障 FRACAS运行,分别是FRACAS管理小组和故障评审分析小组FRACAS管理小组是 FRACAS系统的核心管理部门,其主要职责有一下几点：

1.组织日常的 FRACAS管理维护工作

2.与各个部门保持沟通,实时了解 FRACAS的运行情况。

3.对纠正措施的实施情况进行评审。

4.定期提交石英晶振,贴片晶振生产状况报告

5.对各个部门提供的资料数据进行汇总,并协助故障评审分析小组对故障进行及时分析。

6.定期对其它部门人员的 FRACAS工作进行评审。

故障评审分析小组的主要任务是对石英晶振,贴片晶振故障进行分析,提出纠正措施,并跟踪纠正措施的实行。为了实现对故障全面的评审分析,小组成员应来自不同的部门,可以由设计、生产、工艺和品质等人员来组成评审小组,评审小组的成员不是一成不变的,要根据故障发生的特点来安排相应的人员。故障评审分析小组的主要任务有:

1.对分析石英晶振,有源晶振,贴片晶振故障进行分析。确定其故障模式

2.对故障的影响进行评估,提出改进方向

3.收集故障评审分析所需要的数据和资料。

4.确定故障原因,划分故障责任,并落实到具体部门。

5.制定故障评审分析计划工作。

6.对故障原因进行评审分析,并提出纠正措施,并对纠正措施的执行情况进行跟踪。

7.总结故障评审分析工作

晶振生产制造阶段的管理

1.晶振元件管理

石英晶振元件的可靠性对产品的可靠性有很大的影响,尽管产品有完美的设计,组成产品的元器件可靠性出现问题,也无法实现产品规定的可靠性。石英晶振元件的可靠性包括固有可靠性和使用可靠性两个方面,固有可靠性指的是元器件自身的可靠性状况,这是由供应商决定的,供应商生产的元器件好换坏直接决定了元器件的固有可靠性。使用可靠性指的是元器件在使用阶段的可靠性,它与元器件的使用环境、使用方法等有直接关系,在进行元器件可靠性管理,必须保证元器件的固有可靠性和使用靠性都在管控范围内,只有这样才能尽可能的保证元器件的可靠性不出问题。

为了保证石英晶振,贴片晶振元件的固有可靠性和使用可靠性,需要进行很多的管理工作。比如,在采购原材料时,需要对供应商进行管理,在交付阶段,需要进行来料检验工作,在生产阶段需要保证元器件的使用环境、方法等。结合W公司实际情况, 需要采取以下措施来保障元器件的可靠性。

(1)优化供应商管理制度

目前,市场对石英晶振的产品型号需求不一,Z公司的石英晶振产品型号非常多,组成石英晶振的元器件种类也很复杂,所有元器件的可靠性都可能会对最终的石英晶体,石英晶振可靠性带来影响。这样以来,对元器件的可靠性管控就必须严格进行,选择合适的供应商就显得尤为重要。供应商管理制度的合理性对采购的元器件的可靠性水平是成正比的,完善供应管理制度对提高元器件的固有可靠性大有裨益。

为了优化供应商管理制度,Z公司制定了《供应商准入制度》和《供应商考核制度》两个管理规程,来对供应商管理工作提供准则和要求。制度要求资材课、品管课以及技术课等多个部门联合对供应商进行评审,评审通过的供应商纳入合格供应商名录,接下来对进入名录的供应商的晶振样品进行检测,经技术部门确定合格后,最终成为合格供方。Z公司每季度还要对合格供方进行动态评价,以此来保证供方的质量。在每批元器件入库前,需要对元器件进行来料检验,按照来料检验规程严格进行筛选,经检验合格的元器件才能入库,进行生产。这样就能保证石英晶振,石英晶体振荡器的固有可靠性满足要求,Z公司供应商管理流程如图4-3所示。

除此以外,如何根据实际情况,采用一定的策略来实现对供应商管理利益的最大化也是一门学问,Z公司目前所需原材料种类繁多,元器件的重要程度也千差万别,因此,Z公司针对不同的供应商可以采用不同的策略,对于那些直接影响石英晶体振荡器,石英晶振可靠性的关键元器件,公司应采取与供应商合作共赢的模式,与供应商加强交流,分享实际生产需要经验,从而降低采购成本,提高元器件可靠性。对于那些非关键元器件供应商,公司应该采取多家供应商供货的方法,使供应商之间形成竞争关系,从未间接可以降低采购成本,提高采购质量。公司一定要重视对供应商的管理。

(2)完善元器件的选用制度

虽然元器件的供应商管理问题解决了,元器件的固有可靠性也有了保证,但为了保证石英晶振,贴片晶振的使用可靠性,需要对元器件的选用进行要求,具体的选用要求有以下几个方面:

（1)根据石英晶振的具体型号,来选取相应规格的元器件,而不是只根据型号来选取元器件,因为不同的石英晶振产品的可靠性标准不同,那么所需元器件的规格也会有所差别。

（2)根据元器件在使用过程所受应力的状况来选取元器件,不同产品的元器件所受极限应力不尽相同,按照降额设计的原则来选取元器件。

（3)简化元器件品类,尽量选取标准化元器件,因为标准化石英晶体振荡器.石英晶振,贴片晶振的成本低, 可靠性水平也高。

（4)对于新型元器件的选取,必须经过技术部门的可靠性评估后,没有问题才能投产。

（5)根据以往选取石英晶振,贴片晶振实际经验,制定元器件选取标准,规范元器件选取方法。

对于很多朋友并不了解什么是石英晶振,可能会疑惑我们都没有听说的石英晶振到底能够起到什么作用?简单来说晶振是一种频率元件,主要是接收命令传递信号的作用.石英晶振是指里面的芯片是由石英制作而成.同时晶振还分为石英晶振和陶瓷晶振.陶瓷晶振顾名思义是陶瓷做的晶振.一般常用于各类电子产品,比如:手机、平板电脑、键盘、鼠标、数码产品、车载电子等电子类产品.

A型石英晶振的组成

A型石英晶振结构比较简单,由底座、PCB电路板、元器件、晶体、外壳五部分组成,根据这些零部件的功能分析,可以得到A型晶振的可靠性框图, 可靠性框图见图3-4

4.22A型石英晶振的可靠性要求

A型石英晶振的可靠性指标要求如下:

(1)石英晶振在工作n年内不发生致命故障

(2)石英晶振n年内总的工作时间不低于:t=n×365×24。

(3)石英晶振的可靠度为0.95:即Rs=0.95。

4.2.3A型石英晶振的可靠度计算

可靠度是指产品在规定的条件和规定的时间内,能正常完成规定功能的概率,通常用R表示。根据对A型石英晶振的结构分析,可以看出A型石英贴片晶振为串联结构,可靠度计算公式如下:

RS=R1×R2×R3×…·×Rn                       公式(4-1)

A型石英晶振由四部分组成:底座、电路板、元器件、晶体、外壳。A型石英晶振可靠度计算公式如下:

RS=R1×R2×R3×R4×R5                  公式(4-2)

式中:R、R2、R3、R4、R5分别代表底座、电路板、晶体、元器件、外壳的可靠度。

4.24A型石英晶振的可靠性预计

可靠性预计,顾名思义指的是对产品在规定的工作条件下进行可靠行估计也就是根据类似产品的经验数据或组成该产品的各单元的可靠性数据,对产品给定工作或非工作条件下的可靠性参数进行估算。

可靠性预计的意义主要有:

(1)为产品设计阶段的可靠性设计提供依据

(2)为产品的维护阶段提供有价值的信息。

3)站在可靠性设计的角度,筛选设计方案,寻找最佳设计方案。

(4)为改进设计方案提供理论支持。

可靠性预计的方法主要有上下限法、元件计数法、相似产品法、应力分析法评分法、故障率预计法、性能参数预计法。根据W公司实际情况,本文采用应力分析法对贴片晶振,石英晶振,石英晶体进行可靠性预计。因为A型石英晶振的主要部件的故障率均可通过供应商得到,所以本文采用应力分析法。采用GJB/Z299C-2006预计手册。故障率预计法的计算公式为:

4.2.5A型石英晶振的可靠性分配

可靠性分配指的是将整个系统的可靠性指标分配给各个组成部分,是将可靠性指标总整体到局部,从上到下进行分配的过程。可靠性分配有以下意义:将产品的整体可靠性指标进行分配,分配到产品的下级组成部分,可以使每个组成分的可靠性设计指标更加准确细致,便于可靠性设计人员进行分析。

可靠性分配方法主要有 AGREE分配法、拉格朗日乘数法、比例分配法、评分分配法、复杂度分配法、动态规划法、重要度法、直接寻查法。

本文采用 AGREE分配法对A型石英晶体振荡器,贴片晶振,石英晶振进行可靠性分配, AGREE分配法将整体的每一个组成单元的复杂度和重要度纳入到可靠性分配中。 AGREE方法的核心是:失效率的分配和整体的各个组成单元的重要度和复杂度有关,组成单

元越重要,分配的失效度就应该越高。相反,组成单元的重要度越高,分配的失效度就应该有所减少。也就是说,分配给每个组成单元的失效度是加权的,加权因子C与组成单元复杂度成正比,与组成单元的重要度成反比。

单元或子系统的复杂度的定义为单元中所含的重要零件、组件(其失效会引起单元失效)的数目Ni(i=1,2.n)与系统中重要零、组件的总数N之比,即第i个单元的复杂度为：

假定设备的寿命符合指数分布,则可靠度为:

单元或子系统的重要度的定义为该单元的失效而引起的系统失效的概率。其表示为考虑装置的重要度之后,把系统变成一个等效的串联系统,则系统的可靠度Rs可以表示为考虑装置的重要度之后,把系统变成一个等效的串联系统,则系统的可靠度Rs可以表示为：

考虑装置的重要度之后,把系统变成一个等效的串联系统,则系统的可靠度Rs可以表示：

式中：

Wi —为系统的失效率

Ki —产为单元的复杂度

对产品的设计、生产、维修等全流程进行诊断分析,通过对Z公司相关控制程序、作业指导书、作业人员的访谈、生产线实地走访、试验过程分析等途径,来分析诊断贴片晶振,石英晶振故障原因。通过诊断,发现Z公司的可靠性设计、生产,可靠性试验等方面存在这严重不足,最后运用因果分析图从人、机、料、法、环、测等六个方面来对石英晶振故障原因进行诊断,诊断结果如图4-1。

FRACAS( Failure Report Analysis and Corrective Action Systemm),即故障报告、分析和纠正措施系统。首先通过报告产品的故障来分析故障原因,然后制定有效措施来解决可靠性问题,防止故障再次出现,与此同时,把故障原因和对应的纠正措施反馈到设计过程中,从而形成可靠性增长的良性循环。图4-2为FRACAS工作流程图。