市場上目前對于攜帶型電子產(chǎn)品所使用的表面黏著型電子零件,越來越期待能夠開發(fā)出更輕薄短小的制品.頻率控制元件之一的石英晶體也同樣進(jìn)入輕薄短小的競爭紀(jì)元.石英晶體發(fā)展成SMD表面黏著型之后,其耐熱性與沖擊性也加以提升.這都可以歸功于AT CUT技術(shù)的突破.在高頻化制程上居獨(dú)占地位的AT CUT之特征與樣貌,統(tǒng)一電子將從技術(shù)的角度對于壓電晶體由來以及AT切割方式的介紹.

小型便攜式電子產(chǎn)品對于表面黏著型（SMD型）零件的市場需求始終要求能做到更精密且輕,薄,短,小,即使在電器用品市場上,攜帶型電器也以輕薄短小為競爭利器,制造商紛紛致力研發(fā)世界最小,最輕的產(chǎn)品.石英制品方面,行動電話使用的TXCO溫度補(bǔ)償型溫補(bǔ)石英晶體振蕩器或石英晶振,以及數(shù)位相機(jī),筆記型電腦使用的石英晶體諧振器,鐘表型石英振蕩器的輕薄短小化速度也一日千里.民生用電器方面,家用產(chǎn)品也從以往的Dip Type石英制品走向可以帶著走的攜帶型產(chǎn)品.小型SMD晶振更是如今智能電子市場的主流.石英晶體業(yè)者正在努力開發(fā)更為輕薄短小的SMD型石英產(chǎn)品.本文將介紹高頻領(lǐng)域內(nèi)最常被使用的AT CUT石英晶體特色.

何謂石英晶體？水晶是二氧化硅的單晶,在電力與物理方面則是具有安定性的壓電物質(zhì).利用水晶安定的壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)來控制頻率的元件就稱為石英晶體.水晶的壓電效應(yīng)是在1880年由法國的居禮兄弟發(fā)現(xiàn)的,而1881年水晶的逆壓電效應(yīng)更從實(shí)驗(yàn)上得到確認(rèn).石英晶體就是利用水晶的「壓電效應(yīng)」（在結(jié)晶板上施壓而在兩面生出逆極性的電荷）與「逆壓電效應(yīng)」（在結(jié)晶板加上電極會產(chǎn)生機(jī)械性的歪曲并產(chǎn)生力量）的元件.

水晶依照切割方向的不同,會得到各種不同的振動模式.圖一為各種切斷圖.

圖一 Z板人工水晶與各種切割

高頻領(lǐng)域內(nèi)最常被使用的AT CUT石英晶體特色,在各種的切割之中,AT CUT在高頻上的利用具有獨(dú)占性的地位.理由說明如下：

1.溫度安定性較他種切割方法優(yōu)異（兩軸回轉(zhuǎn)之切割方法除外）.圖二為各種切斷的溫度特性圖.AT CUT的溫度特性為三次曲線,其他的切斷則為二次曲線.在人類生存環(huán)境溫度范圍之內(nèi)以AT CUT的溫度特性較佳.

圖二 各種切割晶體的溫度特性圖

2.可以做到小型化.AT CUT為厚度振蕩,晶振晶體振動頻率由晶片的厚度決定,因此晶振晶片外型尺寸可以縮小.其他的切斷法由于是輪廓或彎曲振動,長邊由振動頻率決定,因此要做到小型化是很困難的.圖三為各種振動模式圖.ATCUT的厚度與頻率關(guān)系可由下列公式求得.

T（mm）=1670/f（kHz）

圖三 石英晶體振蕩模式

3.等價(jià)串聯(lián)抵抗比其他切割法低.表一為各種切割與阻抗的比較表.等價(jià)串聯(lián)抵抗低與振蕩起動時(shí)間短都可能影響間歇?jiǎng)幼?/span>.

表一　切割與阻抗的比較

4.溫度特性的管理較易.AT CUT依據(jù)切割角度的不同會影響溫度特性.從角度上加以控制,就可得到預(yù)期的溫度特性.輪廓與彎曲必須要求切割角度以及晶片外型尺寸的邊比管理,在處理上則較為繁雜.圖四為切斷角度與溫度特性圖.

圖四 切割角度與溫度特性

5.可以做到高頻化.AT CUT的振動頻率由厚度決定,因此加工技術(shù)的進(jìn)步可以使石英貼片晶振厚度更薄,也能使振動頻率提高現(xiàn).在已經(jīng)知道基本波動可以達(dá)到600MHz的,由剛剛提到的厚度公式計(jì)算,可以得到約2.8μm.圖五為反轉(zhuǎn)梅薩型高頻化概念圖.

圖五 晶片Invert Mesa構(gòu)造概念圖

6.機(jī)械性強(qiáng)度優(yōu)異.由于AT CUT是厚度振動,因此壓電晶體晶片的外緣可堅(jiān)固地加以固定.外型與彎曲在外緣部份會振動,因此晶片的中心部份（節(jié)點(diǎn)）須以細(xì)線支撐,要堅(jiān)固的加以固定是困難的.圖六為SMD石英晶體構(gòu)造圖.

圖六 SMD石英晶體構(gòu)造圖

7.電容較小.將石英晶體連接在振蕩回路上,在可變電量可使頻率變動的情況下,石英晶體的電容雖小,但少量的電容變化就能得到極大的頻率改變.表二為切斷與容量比的比較表.TCXO晶振,VCXO晶振就是這種利用較小的容量比得到的應(yīng)用制品.

表二 切割與電容(Co/C1)的比較