石英晶體：晶振的核心基石

晶振的核心是石英晶體，其主要成分是二氧化硅（SiO?），這種在自然界廣泛存在于巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖和熱液脈體中的氧化物礦物，是重要造巖礦物和巖石圈的重要組成部分。石英晶體不僅堅(jiān)硬且無(wú)解理，擁有貝殼狀斷口，莫氏硬度達(dá)到7，密度為2.65g/cm3，還具備壓電性，這些特性使其成為制造晶振的理想材料。

之所以石英晶體能夠成為晶振的核心材料，關(guān)鍵在于其具有獨(dú)特的壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)在晶振的工作過(guò)程中扮演著舉足輕重的角色。晶振利用石英晶體的壓電效應(yīng)，在晶體兩個(gè)表面鍍上電極，施加電壓時(shí)，晶體會(huì)產(chǎn)生形變并進(jìn)而產(chǎn)生諧振，形成穩(wěn)定的振蕩信號(hào)。這一信號(hào)成為電子設(shè)備中不可或缺的時(shí)鐘信號(hào)，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供精確的時(shí)間基準(zhǔn)。

從礦石到晶片：切割工藝的奧秘

將石英礦石轉(zhuǎn)變?yōu)槭⒕倪^(guò)程中，切割工藝起著關(guān)鍵作用。從大塊的石英礦石到符合要求的晶片，每一步都需要精準(zhǔn)控制。

在切割之前，首先要對(duì)石英礦石進(jìn)行預(yù)處理，去除雜質(zhì)，確保其純度達(dá)到生產(chǎn)要求。常用的預(yù)處理方法包括破碎、篩分、磁選除鐵、酸洗處理以及干燥與包裝等，以去除大塊雜質(zhì)、鐵質(zhì)雜質(zhì)以及表面附著物，提高其純度和白度。

隨后進(jìn)入切割環(huán)節(jié)，常見(jiàn)的切割設(shè)備有砂輪切割機(jī)、激光切割機(jī)和超聲波切割機(jī)。砂輪切割機(jī)適用于較大尺寸的石英晶片切割，效率較高；激光切割機(jī)屬于非接觸式切割，能滿足高精度要求，切割邊緣光滑；超聲波切割機(jī)則利用高頻振動(dòng)進(jìn)行切割，適合薄而脆的石英晶片，切割精度高。在切割過(guò)程中，操作人員需要根據(jù)晶片的尺寸、精度要求以及石英礦石的特性，選擇合適的切割設(shè)備和參數(shù)，以確保切割質(zhì)量。

切割方式對(duì)晶振性能有著顯著影響。由于石英是各向異性的，不同的切型其物理性質(zhì)不同，切面方向與主軸的夾角對(duì)頻率穩(wěn)定性、Q值、溫度性能等都至關(guān)重要。常見(jiàn)的切割類型包括AT切、BT切和SC切等。

晶片加工：多道工序造就品質(zhì)

切割完成后的石英晶片，還需要經(jīng)過(guò)多道精細(xì)的加工工序，才能成為滿足要求的晶振部件，這些工序?qū)д竦男阅芎头€(wěn)定性有著重要影響。

清洗是首要工序，切割過(guò)程可能會(huì)使晶片表面沾染碎屑、油污等雜質(zhì)，而這些雜質(zhì)會(huì)影響晶片后續(xù)加工質(zhì)量和性能。

排片工序則是將切割好的晶片按照特定的規(guī)格和要求進(jìn)行布局，目的是最大限度地利用晶片的表面積，并確保晶片之間的間距和位置符合設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)濺射被銀等工序做好準(zhǔn)備，方便操作更準(zhǔn)確、更均勻。

濺射被銀是將銀材料通過(guò)濺射工藝涂覆在晶片表面的金屬電極區(qū)域，被銀的金屬電極可以提供晶振的振蕩信號(hào)。

點(diǎn)膠是將膠水涂抹在晶片的特定位置上，以固定晶片和其他組件的連接，增加組件的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

烘膠工序是將點(diǎn)膠后的晶片進(jìn)行烘烤，加快膠水的固化，進(jìn)一步固定晶片與其他組件的連接，確保整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

頻率微調(diào)：追求高精度的關(guān)鍵

頻率微調(diào)是晶振生產(chǎn)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，其目的是精確調(diào)整晶振的振蕩頻率，使其嚴(yán)格達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確保晶振在不同工作環(huán)境下都能輸出穩(wěn)定且準(zhǔn)確的頻率信號(hào)。

實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)的方法豐富多樣，各有其獨(dú)特的原理和適用場(chǎng)景。

機(jī)械微調(diào)法是較為傳統(tǒng)的方式，它通過(guò)機(jī)械裝置對(duì)晶振的物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，從而改變晶振的頻率。

電容調(diào)諧法是通過(guò)改變與晶振相連的電容值來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。根據(jù)晶振的等效電路模型，電容的變化會(huì)影響晶振的諧振頻率。

電感調(diào)諧法的原理與電容調(diào)諧法類似，是通過(guò)改變與晶振相連的電感值來(lái)調(diào)整頻率。

激光微調(diào)法是一種較為先進(jìn)的頻率微調(diào)技術(shù)，它利用高能量的激光束對(duì)晶振的特定部位進(jìn)行精確加工，通過(guò)改變晶振的物理結(jié)構(gòu)和參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。

封裝與檢測(cè)：為晶振保駕護(hù)航

完成頻率微調(diào)后的晶振，還需要經(jīng)過(guò)封裝和檢測(cè)等環(huán)節(jié)，才能成為最終交付市場(chǎng)的產(chǎn)品。

封裝是晶振生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，它為晶振提供物理保護(hù)和電氣連接，不同的封裝材料和方式會(huì)對(duì)晶振的性能產(chǎn)生影響。

表面貼裝封裝（SMD）是順應(yīng)電子產(chǎn)品小型化和自動(dòng)化生產(chǎn)趨勢(shì)的“寵兒”，它將晶振直接焊接在印刷電路板（PCB）的表面焊盤(pán)上，通過(guò)回流焊等表面貼裝工藝實(shí)現(xiàn)電氣連接和機(jī)械固定。這種封裝方式不僅減小了晶振的體積，還提高了生產(chǎn)效率，適用于高密度的電路板設(shè)計(jì)。

檢測(cè)環(huán)節(jié)是確保晶振質(zhì)量的關(guān)鍵，通過(guò)一系列嚴(yán)格的檢測(cè)，可以篩選出不合格產(chǎn)品，保證出廠產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性。在晶振的生產(chǎn)線上，需要對(duì)采購(gòu)的原材料進(jìn)行嚴(yán)格篩選和測(cè)試，確保其質(zhì)量符合生產(chǎn)要求，包括對(duì)晶振基座、金屬外殼、晶片等材料的物理和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。

完成初步組裝的晶振會(huì)經(jīng)過(guò)老化測(cè)試，即在特定溫度和濕度條件下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，以檢測(cè)其長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。老化測(cè)試后的成品會(huì)再次進(jìn)行全部檢測(cè)，包括外觀檢查、電氣性能測(cè)試等，確保每一顆晶振都符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

審核編輯 黃宇