來(lái)自日本的愛(ài)普生晶振公司，是全球影響力最大的頻率元件制造商，在業(yè)界里擁有領(lǐng)軍者的地位，他們總是能先一步的探測(cè)到，并利用創(chuàng)新的，有效率的石英晶振制造技術(shù)，使自家量產(chǎn)的音叉晶體和有源晶振，比別家的更受市場(chǎng)認(rèn)可，和世界各地客戶的喜歡。AT切割方式是近代各國(guó)的晶振廠家，用于石英水晶組件中最重要的一項(xiàng)技術(shù)，在此之前，一直頻繁使用的是BT切割方式。BT切割使得晶體單元易于制造，因?yàn)橹灰哂邢嗤念l率，石英襯底可以制造得更厚。另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是頻率熱特性對(duì)切角變化的相對(duì)低的靈敏度。然而，防守范圍是一個(gè)低頻帶，很難產(chǎn)生更高的頻率。要跟上目前的趨勢(shì)，他們需要切換到AT切晶體單元。

愛(ài)普生晶振公司大概是從上個(gè)世紀(jì)50年代，開(kāi)始研究AT切割方式并加以應(yīng)用的，這中間還有一段略微波折，結(jié)局完美的故事。Shotaro Okano在他高中的無(wú)線電俱樂(lè)部首次接觸到無(wú)線技術(shù)。在那里，他了解了水晶收音機(jī)的原理，nami-yon（四管再生接收器和超外差收音機(jī)，以及如何制作它們）。第二次世界大戰(zhàn)后，失敗的陰影在街道上持續(xù)了一段時(shí)間然而，年輕的岡野先生的眼睛卻閃閃發(fā)亮，他覺(jué)得這些小盒子能夠?qū)⑦h(yuǎn)處的人們的聲音傳遞出去，可能成為一個(gè)充滿希望的未來(lái)的鑰匙，他致力于學(xué)習(xí)他所能做的一切，日子很快過(guò)去了，結(jié)果，他很快就熟練掌握了無(wú)線技術(shù)。
    1954年4月，隨著盛開(kāi)的櫻花，岡野先生不幸開(kāi)始上班到東洋通信設(shè)備公司石英部所在的川崎。

在他加入公司六個(gè)月后，他突然有機(jī)會(huì)在日本電報(bào)電話公司（現(xiàn)稱為“NTT”）的通信研究實(shí)驗(yàn)室中接受實(shí)用指導(dǎo)性教育。他的目標(biāo)是了解采用線纜安裝系統(tǒng)的晶體單元技術(shù)* 1）。

那時(shí)候，采用這種技術(shù)的石英晶體單元是電話系統(tǒng)不可或缺的組成元素。換句話說(shuō)，這項(xiàng)工作對(duì)東洋通信設(shè)備公司來(lái)說(shuō)非常重要。盡管承擔(dān)了這項(xiàng)重要職責(zé)，但岡野先生仍然無(wú)法放棄使用無(wú)線技術(shù)的夢(mèng)想。他發(fā)現(xiàn)很難被激勵(lì)，并以復(fù)雜的感情出發(fā)去東京武藏野市。

當(dāng)時(shí)的電話網(wǎng)絡(luò)需要一次傳輸大量信息，因此需要增加多樣性。因此，可以實(shí)現(xiàn)陡峭特性的信道濾波器至關(guān)重要。這導(dǎo)致全球的研究機(jī)構(gòu)競(jìng)相開(kāi)發(fā)一種包含晶體單元的通道濾波器。雖然歐洲和美國(guó)的研究機(jī)構(gòu)處于領(lǐng)先地位，但日本當(dāng)然不會(huì)落后。據(jù)高原先生介紹，當(dāng)時(shí)歐洲或美國(guó)和日本的石英技術(shù)幾乎沒(méi)有任何區(qū)別。事實(shí)上，它們或多或少相等。因此，如果他們的團(tuán)隊(duì)在這項(xiàng)任務(wù)中表現(xiàn)良好，那么他們就可以在全球舞臺(tái)上大放異彩。突然，岡野先生找到了一個(gè)有動(dòng)力的理由。

在此之前，東洋通信設(shè)備公司以其專利的BT切割晶體單元而自豪。BT切割使得晶體單元易于制造，因?yàn)橹灰哂邢嗤念l率，石英襯底可以制造得更厚。另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是頻率熱特性對(duì)切角變化的相對(duì)低的靈敏度。然而，防守范圍是一個(gè)低頻帶，很難產(chǎn)生更高的頻率。要跟上目前的趨勢(shì)，他們需要切換到AT切音叉晶振單元。盡管仍處于二十多歲，但是在NTTPC電氣通信實(shí)驗(yàn)室研究了晶體單元技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)后，由Okano先生負(fù)責(zé)這項(xiàng)新開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。

開(kāi)發(fā)于1957年開(kāi)始，對(duì)AT切石英晶振基板進(jìn)行了徹底調(diào)查。這些基材具有很多吸引岡野先生的特征，并且在他被完全迷住之前不久。AT切石英基板的五大優(yōu)點(diǎn)如下：（1）性能抵抗周?chē)h(huán)境的變化，（2）熱性能用三次曲線表示，（3）來(lái)自石英基板輪廓狀態(tài)的影響（4）由于零振幅和失真的部分，石英基板可以穩(wěn)定地支撐，（5）通過(guò)斜切工藝增強(qiáng)了性能，導(dǎo)致較低的缺陷率。

岡野先生在對(duì)AT切石英基板的調(diào)查中繼續(xù)取得進(jìn)展。有一天，他的老板兼英國(guó)電信公司的發(fā)明人Hiroshi Yoda先生從美國(guó)出差回國(guó)，帶著他旅行中的特別紀(jì)念品。它是1MHz貼片晶振頻率標(biāo)準(zhǔn)，采用AT切割石英基板，由美國(guó)的James Knight公司制造（圖2）。當(dāng)他離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，尤達(dá)先生對(duì)岡野先生的離別話只是：“研究這個(gè)。”

圖2 James Knight公司的1MHz頻率標(biāo)準(zhǔn)。

岡野先生以他在這個(gè)1MHz頻率標(biāo)準(zhǔn)上的發(fā)展為基礎(chǔ)。（日本石英晶體諧振器工業(yè)協(xié)會(huì)檔案材料（QIAJ））。

這個(gè)制造過(guò)程存在一個(gè)主要問(wèn)題。AT切割的石英基板的頂表面和底表面都沒(méi)有固定到電極上。簡(jiǎn)單地將石英基板松散地放置在下表面的頂部上。至于頂面，差距* 4在盤(pán)形電極和石英基板之間建立了信號(hào)，使得信號(hào)可以通過(guò)電場(chǎng)傳輸。由于頂面和底面都沒(méi)有被牢固地固定，所以無(wú)論何時(shí)發(fā)生振動(dòng)或沖擊，基板都會(huì)移動(dòng)，并且這導(dǎo)致其性質(zhì)改變。由于尚未實(shí)施振蕩區(qū)域的概念，因此不可能固定基板。另外，不能消除不穩(wěn)定的，不必要的溫度振蕩模式。因此，對(duì)于需要高精度的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，恒溫箱是必不可少的。這在維護(hù)時(shí)需要非常小心，而且任務(wù)非常困難。

圖3用于廣播等目的的晶體單元

廣播網(wǎng)絡(luò)受到這個(gè)問(wèn)題的困擾。尋找解決方案后，他們轉(zhuǎn)向采用4MHz同軸電纜的晶體單元，這是Toyo通信設(shè)備公司為電話系統(tǒng)制造的。該晶體單元具有牢固地固定在電極上的石英基板，并且其玻璃管被真空密封。其機(jī)械穩(wěn)定性清楚地表明維護(hù)將大大改善。廣播網(wǎng)絡(luò)給我留下了深刻的印象。東洋通信設(shè)備公司立即受到一波要求，開(kāi)發(fā)帶真空密封玻璃管的AT切水晶單元。

然而，制造這些石英諧振器單元是困難的，因?yàn)樯喜亢拖虏壳娴闹行妮S需要以絕對(duì)精度對(duì)準(zhǔn)。除非這種對(duì)齊是完美的，否則這些單位表現(xiàn)不佳。他們決定獲得專業(yè)鏡片制造商的幫助。雖然這些入圍的專業(yè)人員確實(shí)熟悉制造玻璃基板，但這是他們第一次使用石英，所以最初的合作過(guò)程是一系列令人沮喪的反復(fù)失敗。這似乎是一個(gè)幾乎不可能的壯舉，以確保上下表面完美對(duì)齊，但隨著他們獲得制造任務(wù)的經(jīng)驗(yàn)，他們的熟練程度也提高了。結(jié)果，它們最終能夠獲得具有令人滿意的先進(jìn)性能的石英襯底。

在他們最初努力制造石英基板之后，整體發(fā)展進(jìn)展順利。他們能夠完成他們的時(shí)鐘晶體單元開(kāi)發(fā)，從550kHz開(kāi)始一直延伸到900kHz左右，沒(méi)有任何重大障礙。他們的下一個(gè)目標(biāo)是嘗試1MHz的晶體單元。大約在這個(gè)時(shí)候，岡野先生開(kāi)始覺(jué)得很快他們可能會(huì)合并一個(gè)平凸形狀。

“平凸”石英基板在一側(cè)是平坦的而在另一側(cè)是凸透鏡形狀。不再需要對(duì)齊兩個(gè)表面的中心軸，這將使制造過(guò)程變得更簡(jiǎn)單。但是，仍存在一個(gè)主要障礙。如果只有一面需要處理，石英基片的直徑會(huì)變得更大。雙面基板更加緊湊，因?yàn)殡p面都經(jīng)過(guò)處理。但是，如果增加頻率，則可以使基板的直徑更小。因此，Okano先生開(kāi)始著手發(fā)現(xiàn)晶振頻率需要多高才能切換到平凸基板，并且仍然能夠?qū)崿F(xiàn)足夠小的直徑。

那時(shí)，雙凸形狀可以切換到平凸的頻率在理論上仍然不明確，所以這是世界上第一次發(fā)現(xiàn)它的嘗試。他的立場(chǎng)是“沒(méi)有冒險(xiǎn)，沒(méi)有任何收獲，”岡野先生開(kāi)始他的使命，徹底調(diào)查平凸石英基板的振蕩模式* 5）。他發(fā)現(xiàn)理論上，雙凸和平凸之間的閾值是1MHz。

如果他們可以采用平凸形狀，制造將變得更加容易。此外，他們將能夠達(dá)到與雙凸基板相同的性能水平。一旦完成，帶有真空密封玻璃管的AT切水晶單元就被送到廣播網(wǎng)絡(luò)。這些新型基材機(jī)械穩(wěn)定，無(wú)需恒溫烘箱即可獲得穩(wěn)定的頻率輸出。他們得到了非常好的接待，他們的顧客留下了深刻的印象。因此，他們成功地將AT切割音叉晶體單元業(yè)務(wù)用于遠(yuǎn)離其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的多個(gè)廣播網(wǎng)絡(luò)。

這將是艱難的，但唯一的出路是繼續(xù)前進(jìn)一腳。他們首先開(kāi)發(fā)他們首先使用的無(wú)源晶振單元。他們的目標(biāo)是生產(chǎn)一個(gè)可以安裝在HC-6/U包裝中的設(shè)備（圖4）。為了配合，石英襯底需要具有大約15mm或更小的直徑。然而，為廣播網(wǎng)絡(luò)制造的前述晶體單元的直徑為25mm。這個(gè)大小問(wèn)題是另一個(gè)需要解決的問(wèn)題。

圖4 HC-6 / U封裝

外部尺寸：20mmx19mmx9mm。里面放置一個(gè)圓形的石英基板。

這些努力最終使他們能夠獲得直徑為14mm的石英襯底，可以安裝在HC-6/U封裝內(nèi)。最后要解決的問(wèn)題是恒溫烤箱，他們?nèi)匀徊淮_定如何開(kāi)發(fā)。他們必須檢查并決定各個(gè)方面的內(nèi)容，例如烤箱的形狀，要使用的材料以及熱敏電阻的位置。他們的耐心經(jīng)常被測(cè)試，但岡野先生的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)從未考慮過(guò)放棄。他們每天工作到深夜，直到最后他們的恒溫烤箱完成。使用冷焊技術(shù)在含有晶體單元的HC-6/U封裝內(nèi)部形成真空并將其密封。然后將包裝放入鏤空的鋁塊內(nèi)，然后將加熱線纏繞在其周?chē)?/span>

重現(xiàn)性和時(shí)間變化特征都非常好。測(cè)量?jī)x器制造商根據(jù)是否在1小時(shí)，1天和10天過(guò)后觀察到頻率發(fā)生了任何變化，準(zhǔn)備了重現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)值。他們開(kāi)發(fā)的石英晶體振蕩器成功通過(guò)了這些值的測(cè)試（圖5），儀器制造商的工程師們完全驚訝。

圖5開(kāi)啟OCXO 后的頻率特性

在烤箱控制的恒溫晶振（OCXO）接通后，只允許極小的頻率變化。資料來(lái)源：“Okano先生”（1995年由Techno出版）撰寫(xiě)的'Crystal Frequency Control Devices（Suisho Shuuhasuu Seigyo Debaisu in Japanese）'。

創(chuàng)造'振蕩區(qū)域'的概念

AT切晶體單元和烤箱控制的恒溫晶體振蕩器（OCXO）成為岡野先生最偉大的勝利之一。雖然普通人可能會(huì)認(rèn)為這種不起眼的創(chuàng)新看起來(lái)無(wú)關(guān)緊要，但可以毫不夸張地說(shuō)，這些技術(shù)已經(jīng)奠定了當(dāng)今石英設(shè)備技術(shù)的基石，并且是非常重要的。

此外，“晶體振蕩區(qū)域”的概念導(dǎo)致了改進(jìn)的技術(shù)，使得諧振器器件更加緊湊，并且提高了制造時(shí)平坦度和平行平坦度重要性的意識(shí)。換句話說(shuō)，這個(gè)概念成為了東洋通信設(shè)備公司和精工愛(ài)普生公司整合后誕生“QMEMS”技術(shù)的基礎(chǔ)。