AT切割的石英晶體振蕩器是我們最常見到的，一般都是應(yīng)用在MHZ晶體系列上面，低頻到高頻的范圍是非常廣泛的，最低的MHZ頻率是1.000MHz，最高的可以達(dá)到幾千兆赫茲。更高的就是GHZ了，但是目前GHZ技術(shù)還不是很成熟，很多晶振廠家都處于觀望和研發(fā)狀態(tài)，因此目前客戶使用的晶振主要還是以MHZ為主。在所有MHZ頻率中，不得不提一下8.000MHZ這個(gè)頻點(diǎn)，因?yàn)檫@個(gè)頻點(diǎn)是常規(guī)MHZ貼片晶振中，最小的一個(gè)常用頻率，尤其是5032mm晶振和3225mm晶振，因?yàn)楸容^穩(wěn)定好用，很多工程師都會(huì)選擇8M晶振。關(guān)于AT切割前面已經(jīng)有提供過(guò)許多相關(guān)的資料，但今天我們依然要再次探討。

對(duì)于現(xiàn)代通信系統(tǒng)，石英晶體/振蕩器的性能預(yù)計(jì)會(huì)越來(lái)越高。對(duì)于晶體工程師來(lái)說(shuō)，最困難的問題之一是頻率和電阻活動(dòng)因溫度變化而下降。對(duì)于微型諧振器，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)（通常為-40?至85?或更高）僅通過(guò)電響應(yīng)來(lái)避免所有不需要的模式是很難的。許多年來(lái)，人們?cè)噲D用探針來(lái)探測(cè)激發(fā)的石英晶體板的電荷，以獲得板的振動(dòng)形狀。在20世紀(jì)60年代，Harata和Spencer1使用X射線地形來(lái)描述形狀。但這些方法通常可以測(cè)量相對(duì)較低頻率的振動(dòng)，并且只能說(shuō)明3軸的復(fù)合位移。本文采用激光輻射儀器MEMSMap510（挪威Optonor公司制造）檢測(cè)振動(dòng)形狀，以獲得更多的位移場(chǎng)信息。和高端AT晶體諧振器設(shè)計(jì)的耦合模式。

重要的是保證AT切割MHZ石英晶體板在純厚度剪切模式下振動(dòng)，因?yàn)槟Ｊ今詈峡偸菍?dǎo)致性能下降。在過(guò)去的60年里，已經(jīng)進(jìn)行了許多板振動(dòng)分析和模擬;然而，只有很少的工作來(lái)測(cè)量晶振模式，特別是對(duì)于高頻形狀。在本文中，我們使用激光輻射儀器來(lái)檢測(cè)振動(dòng)形狀。它可以清楚地分辨每個(gè)軸的位移，這有助于更容易區(qū)分振動(dòng)模式。此外，測(cè)量的頻率可以超過(guò)100MHz。通過(guò)該儀器測(cè)量了厚度剪切模式和非諧振模式。結(jié)果與理論相符。比較模式耦合樣本和純厚度剪切模式樣本的位移，這可以判斷兩種模式耦合時(shí)板上發(fā)生的情況。這些結(jié)果可以幫助工程師解決耦合問題。

AT切割石英板振動(dòng)理論：

許多不同的模式，如厚度剪切，厚度扭曲，彎曲和面剪切模式等，在以前的研究中是眾所周知的。石英晶體諧振器振動(dòng)理論幫助工程師找到良好的設(shè)計(jì)以避免模式耦合。Mindlin的2板理論是最著名的。但是，計(jì)算結(jié)果是否與實(shí)際振動(dòng)形狀相匹配仍然是一個(gè)大問題。它還影響著提高板理論的準(zhǔn)確性和有效性。基于Mindlin的二維模型，我們開發(fā)了一個(gè)有限元分析（FEA）程序3,4來(lái)模擬晶體板的振動(dòng)模式，并通過(guò)MEMSMap510用測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果。

模擬和測(cè)量結(jié)果：

我們準(zhǔn)備兩個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)試。一個(gè)是3225晶振（3.2mm×2.5mm）40MHz，另一個(gè)是8045尺寸（8.0mm×4.5mm）8MHz。在40MHz樣本中，我們看到純厚度剪切模式（TS模式，沿X1方向的均勻面內(nèi)位移），如圖1所示，以及非諧波模式（沿X1方向的周期性相反的面內(nèi)位移），如圖2所示。兩種模式的測(cè)量數(shù)據(jù)匹配理論很好。

圖1純TS模式X1軸的位移，頻率為40.13MHz。

圖2是頻率為40.72MHz的非諧波模式的X1軸的位置。

在8MHz樣本中，我們看到由于設(shè)計(jì)不合理而采用TS模式的強(qiáng)耦合（面外位移），如圖3和圖4所示。耦合模式不是我們之前所知的典型彎曲模式。平面位移是“格子”，兩個(gè)附近區(qū)域的方向相反。通過(guò)Mindlin的2D模式對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行匹配，如圖5所示。根據(jù)這些信息，改變了石英芯片的尺寸和輪廓，重新設(shè)計(jì)了新的諧振器，具有更好的振動(dòng)性能。如圖6和圖7所示，耦合模式被抑制。

圖3具有強(qiáng)平面外耦合模式的8MHz貼片晶振樣品的總位移。

圖4.8MHz樣品的X2軸的位移，具有“格子”平面外位移。附近兩個(gè)區(qū)域的方向相反。

圖5.8MHz樣品的X2軸的模擬位移,它匹配圖4中所示的測(cè)量數(shù)據(jù)。

圖6新設(shè)計(jì)8MHz樣品的總位移。它表明平面外模式被抑制。

圖7新設(shè)計(jì)8MHz的X2軸位移。面外位移幾乎檢測(cè)不到。

通過(guò)激光輻射儀MEMSMap510，可以直接檢測(cè)高頻AT切石英板的振動(dòng)位移場(chǎng)。它可以清楚地分辨出eachaxle中的位移，這有助于區(qū)分振動(dòng)模式。在本文中，首先，測(cè)試40MHz樣本。確定了一些典型模式，如純TS和非諧波模式。其次，8MHz的Quartz Crystal樣本也是測(cè)試。在這種情況下，觀察到異常的超平面不需要模式。不尋常的flexuremodes與模擬結(jié)果相匹配。根據(jù)模式形狀信息，應(yīng)用了8MHz的新設(shè)計(jì)，我們得到了另一個(gè)具有更好性能的8MHz諧振器。

激光技術(shù)應(yīng)用到SMD晶振加工環(huán)節(jié)，已經(jīng)有幾十年的歷史了，在較早之前我們也介紹過(guò)另一種叫做激光刻蝕的激光技術(shù)，隨著現(xiàn)代化科技越來(lái)越高，應(yīng)用到晶振生產(chǎn)的工藝也隨之發(fā)生變化。用于晶振領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)還有許多，不便一一闡述后續(xù)會(huì)逐漸介紹，可隨時(shí)登錄我司金洛鑫電子官網(wǎng)，查到最新信息。