說到村田生產(chǎn)的電子元件想必很多人會(huì)想到的都是村田貼片電容,村田陶瓷晶振.其實(shí)近幾年村田也開始了石英晶振的研發(fā)制造,并且獲得廣大用戶所認(rèn)可,取得可觀成績.下面億金電子給大家介紹下村田制作所水晶單元的起源,以及村田石英晶振的優(yōu)點(diǎn)和各種應(yīng)用.

   村田制作所的水晶單元采用突破性且獨(dú)特的包裝技術(shù),在現(xiàn)有產(chǎn)品中無與倫比,提供卓越的品質(zhì),生產(chǎn)規(guī)模和性價(jià)比.

   村田制造所水晶單元的優(yōu)點(diǎn)

   村田制作所水晶單元的起源

   村田制作所已提供陶瓷諧振器（CERALOCK ®）市場的四十多年里,作為微型計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備的參考時(shí)鐘使用.為了支持需要比陶瓷諧振器具有更高頻率精度的時(shí)鐘的設(shè)備,使用我們獨(dú)特的技術(shù),Murata和Tokyo Denpa共同開發(fā)了微型且高度可靠的石英晶振,貼片晶體單元.自2009年起,我們開始為消費(fèi)者市場供應(yīng)產(chǎn)品,自2013年起開始為汽車市場供應(yīng)產(chǎn)品.

   市場業(yè)績-村田制作所的水晶單元在各種應(yīng)用中都很活躍由于對(duì)速度和容量的需求增加,與東京Denpa聯(lián)合開發(fā)的產(chǎn)品已被更多產(chǎn)品所采用,因?yàn)镠DD/SSD/USB和其他存儲(chǔ)設(shè)備開始使用小型晶體單元.后來,村田制作所的水晶單元開始被用于NFC,智能手機(jī)具有個(gè)人認(rèn)證/電子貨幣支付功能.

   由于AV/PC/汽車設(shè)備和Wi-Fi通信設(shè)備對(duì)小型設(shè)備的需求不斷增長,以及配備BT/BLE通信功能的可穿戴設(shè)備和智能手機(jī)外圍設(shè)備的市場增長,小型貼片晶振,石英晶體設(shè)備的采用仍在增加連接到智能手機(jī).

   客戶選擇村田制作所的水晶單元的原因-由陶瓷諧振器培育的高可靠性/低成本封裝的采用（CERALOCK ®）

   村田制作石英貼片晶振使用的封裝結(jié)構(gòu)與典型的水晶單元不同.雖然常規(guī)晶振晶體單元使用具有腔體結(jié)構(gòu)的陶瓷基板,但村田制作所的石英晶振單元使用的結(jié)構(gòu)將金屬帽與平面陶瓷基板結(jié)合在一起,該陶瓷基板具有多年可追溯的陶瓷諧振器.與傳統(tǒng)的石英晶體單元相比,使用高度通用的平面陶瓷基板和金屬蓋可以降低材料成本,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的供應(yīng),并提高產(chǎn)量.

   村田制作所為客戶提供價(jià)值-村田晶振擁有先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù),從水晶石生產(chǎn),設(shè)計(jì),制造到我們自己的原始設(shè)備到全球銷售網(wǎng)絡(luò)的集成系統(tǒng).至今村田中國已擁有19個(gè)銷售據(jù)點(diǎn)、4個(gè)工廠以及4個(gè)研發(fā)設(shè)計(jì)基地,近距離為客戶提供及時(shí)有效的服務(wù)和技術(shù)支持.

   全球銷售系統(tǒng)

   村田石英晶振產(chǎn)品型號(hào)列表

系列	類型	尺寸（mm）	頻率	筆記
XRCTD  XRCED	MCR1210晶振	1.2×1.0×0.30  1.2×1.0×0.33	32至52MHz	金屬密封封裝，適用于小型消費(fèi)設(shè)備的小型無線通信設(shè)備
XRCFD XRCMD	MCR1612晶振	1.6×1.2×0.35  1.6×1.2×0.33	24至48MHz
XRCGB	HCR2016晶振	2.0×1.6×0.7	24至50MHz	用于消費(fèi)者設(shè)備的無線通信設(shè)備的樹脂密封包裝
XRCPB	HCR2016晶振	2.0×1.6×0.5	24至48MHz
XRCHA	HCR2520晶振	2.5×2.0×0.8	16至20MHz
XRCHA_F_A	HCR2520晶振	2.5×2.0×0.8	16至24MHz	用于汽車以太網(wǎng)/ FlexRay
XRCGE_F_A	HCR2016晶振	2.0×1.6×0.7	20至23.99MHz	用于汽車MCU等
XRCGB_F_A	HCR2016晶振	2.0×1.6×0.7	24至48MHz	用于汽車以太網(wǎng)/ FlexRay
XRCGB_F_C	HCR2016晶振	2.0×1.6×0.7	27.6MHz	用于汽車舒適/安全信息娛樂
XRCGB_F_G	HCR2016晶振	2.0×1.6×0.7	24至48MHz	用于汽車僅用于信息娛樂

石英晶振晶片是從一塊晶體上按一定的方位角切下的薄片,可以是圓形或正方形,矩形等.按切割晶片的方位不同,可將晶片分為AT、BT、CT、DT、X、Y等多種切型.不同切型的晶振晶片其特性也不盡相同,尤其是頻率溫度特性相差較大.

晶振晶片的兩個(gè)對(duì)應(yīng)表面上涂敷銀層,由晶振晶片支架固定并引出電極.晶振晶片支架分為焊線式和夾緊式兩種.通常,中、低頻石英晶體振蕩器采用焊線式晶片支架,而高頻石英晶體振蕩器采用夾緊式晶片支架.

石英晶體諧振器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件,其基本結(jié)構(gòu)為:從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片,它可以是正方形、矩形或圓形等),在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極,在每個(gè)電極上各焊根引線接到管腳上,再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體振蕩器,簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。圖2.1是石英晶振結(jié)構(gòu)圖。圖22是一種金屬外殼封裝的石英晶體結(jié)構(gòu)示意圖。

石英晶振晶體的壓電效應(yīng)

若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場,晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之,若在晶振晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力,則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場,這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓,晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),同時(shí)石英晶振晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場。在一般情況下,晶振晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場的振幅非常微小,但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí),振幅明顯加大,比其他頻率下的振幅大得多,這種現(xiàn)象稱為壓電諧振,它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方向、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。

石英晶振晶體的符號(hào)和等效電路

石英晶體諧振器的符號(hào)和等效電路如圖23所示。當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí),可把它看成一個(gè)平板電容器稱為靜電電容C,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān),一般約幾個(gè)pF到幾十pF。當(dāng)石英晶體諧振時(shí),機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十mH到幾百mH.晶振晶片的彈性可用電容C來等效,C的很小,一般只有0.0002~0.lpF。

晶振晶片振動(dòng)時(shí)因摩擦而造成的損耗用R來等效, 它的數(shù)值約為100g。由于晶片的等效電感很大,而C很小,R也小,因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大,可達(dá)1000~10000。加上晶振晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方向、幾何形狀、尺寸有關(guān),而且可以做得精確,因此利用石英晶體諧振器組成的諧振電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。

科技的發(fā)展讓電子元器件的市場不斷上漲增值，加大電子元器件使用量的同時(shí)對(duì)其功能性以及尺寸等方面也有了諸多要求。比如石英晶振，貼片晶振，石英晶體振蕩器，滿足市場需求從大體積8045晶振到1612晶振，尺寸改小了，技術(shù)加強(qiáng)，使用性能也提高了不少，在高端智能產(chǎn)品中具有低功耗，高穩(wěn)定精度，重量輕等優(yōu)勢特點(diǎn)。億金電子技術(shù)工程師下面給大家介紹石英晶振的可靠性質(zhì)以及設(shè)計(jì)分析報(bào)告。

A型石英晶振的組成

A型石英晶振結(jié)構(gòu)比較簡單,由底座、PCB電路板、元器件、晶體、外殼五部分組成,根據(jù)這些零部件的功能分析,可以得到A型晶振的可靠性框圖, 可靠性框圖見圖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標(biāo)要求如下:

(1)石英晶振在工作n年內(nèi)不發(fā)生致命故障

(2)石英晶振n年內(nèi)總的工作時(shí)間不低于:t=n×365×24。

(3)石英晶振的可靠度為0.95:即Rs=0.95。

4.2.3A型石英晶振的可靠度計(jì)算

可靠度是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi),能正常完成規(guī)定功能的概率,通常用R表示。根據(jù)對(duì)A型石英晶振的結(jié)構(gòu)分析,可以看出A型石英晶振為串聯(lián)結(jié)構(gòu),可靠度計(jì)算公式如下:

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

A型石英晶振由四部分組成:底座、電路板、元器件、晶體、外殼。A型石英晶振可靠度計(jì)算公式如下:

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

式中:R、R2、R3、R4、R5分別代表底座、電路板、晶體、元器件、外殼的可靠度。

4.24A型石英晶振的可靠性預(yù)計(jì)

可靠性預(yù)計(jì),顧名思義指的是對(duì)石英晶振產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下進(jìn)行可靠行估計(jì)也就是根據(jù)類似產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或組成該產(chǎn)品的各單元的可靠性數(shù)據(jù),對(duì)石英晶振產(chǎn)品給定工作或非工作條件下的可靠性參數(shù)進(jìn)行估算。

可靠性預(yù)計(jì)的意義主要有:

(1)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的可靠性設(shè)計(jì)提供依據(jù)

(2)為產(chǎn)品的維護(hù)階段提供有價(jià)值的信息。

3)站在可靠性設(shè)計(jì)的角度,篩選設(shè)計(jì)方案,尋找最佳設(shè)計(jì)方案。

(4)為改進(jìn)設(shè)計(jì)方案提供理論支持。

可靠性預(yù)計(jì)的方法主要有上下限法、元件計(jì)數(shù)法、相似產(chǎn)品法、應(yīng)力分析法評(píng)分法、故障率預(yù)計(jì)法、性能參數(shù)預(yù)計(jì)法。根據(jù)W公司實(shí)際情況,本文采用應(yīng)力分析法對(duì)石英晶振進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)。因?yàn)锳型石英貼片晶振的主要部件的故障率均可通過供應(yīng)商得到,所以本文采用應(yīng)力分析法。采用GJB/Z299C-2006預(yù)計(jì)手冊(cè)。故障率預(yù)計(jì)法的計(jì)算公式為:

4.2.5A型石英貼片晶振的可靠性分配

石英晶振可靠性分配指的是將整個(gè)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)分配給各個(gè)組成部分,是將可靠性指標(biāo)總整體到局部,從上到下進(jìn)行分配的過程?？煽啃苑峙溆幸韵乱饬x:將石英貼片晶振產(chǎn)品的整體可靠性指標(biāo)進(jìn)行分配,分配到產(chǎn)品的下級(jí)組成部分,可以使每個(gè)組成分的可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)更加準(zhǔn)確細(xì)致,便于可靠性設(shè)計(jì)人員進(jìn)行分析。

貼片晶振可靠性分配方法主要有 AGREE分配法、拉格朗日乘數(shù)法、比例分配法、評(píng)分分配法、復(fù)雜度分配法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、重要度法、直接尋查法。

本文采用 AGREE分配法對(duì)A型石英晶振進(jìn)行可靠性分配, AGREE分配法將整體的每一個(gè)組成單元的復(fù)雜度和重要度納入到可靠性分配中。 AGREE方法的核心是:失效率的分配和整體的各個(gè)組成單元的重要度和復(fù)雜度有關(guān),組成單元越重要,分配的失效度就應(yīng)該越高。相反,組成單元的重要度越高,分配的失效度就應(yīng)該有所減少。也就是說,分配給每個(gè)組成單元的失效度是加權(quán)的,加權(quán)因子C與組成單元復(fù)雜度成正比,與組成單元的重要度成反比。

單元或子系統(tǒng)的復(fù)雜度的定義為單元中所含的重要零件、組件(其失效會(huì)引起單元失效)的數(shù)目Ni(i=1,2.n)與系統(tǒng)中重要零、組件的總數(shù)N之比,即第i個(gè)單元的復(fù)雜度為：

假定設(shè)備的壽命符合指數(shù)分布,則可靠度為:

單元或子系統(tǒng)的重要度的定義為該單元的失效而引起的系統(tǒng)失效的概率。其表示為考慮裝置的重要度之后,把系統(tǒng)變成一個(gè)等效的串聯(lián)系統(tǒng),則系統(tǒng)的可靠度Rs可以表示為考慮裝置的重要度之后,把系統(tǒng)變成一個(gè)等效的串聯(lián)系統(tǒng),則系統(tǒng)的可靠度Rs可以表示為：

考慮裝置的重要度之后,把系統(tǒng)變成一個(gè)等效的串聯(lián)系統(tǒng),則系統(tǒng)的可靠度Rs可以表示：

式中：

Wi —為系統(tǒng)的失效率

Ki —產(chǎn)為單元的復(fù)雜度