KVG Crystal生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)要概述
來源：http://www.ytxiaoping.cn 作者：金洛鑫電子 2019年04月03
位于德國(guó)KVG晶振公司是一家非常注重頻率元件技術(shù)的供應(yīng)商，自1963年創(chuàng)辦品牌至今已有56年多久，在這幾十年的時(shí)間里，KVG集團(tuán)專注于晶體和振蕩器的生產(chǎn)制造工藝及技術(shù)。通過努力和鉆研KVG Crystal公司已申請(qǐng)了多項(xiàng)技術(shù)專利，是業(yè)界里比較早從事石英水晶組件事業(yè)的廠家之一，自己研發(fā)的技術(shù)用于生產(chǎn)中，提高了晶體晶振的性能，壽命和精準(zhǔn)度等。下面是金洛鑫電子整理的，部分KVG Crystal制造工藝的簡(jiǎn)單描述。
石英晶體，切角：
壓電材料，特別是石英，具有將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的性質(zhì)，反之亦然。在技術(shù)應(yīng)用中，通過施加交變電場(chǎng)來利用這種效應(yīng)，這將導(dǎo)致材料振動(dòng)并隨后機(jī)械共振。這種電反應(yīng)允許使用作為具有非常高的品質(zhì)因數(shù)Q和低溫度系數(shù)的電諧振器。
圖1：天然石英晶體中不同切口的方向
可以制造具有不同特性的不同石英晶體切割。切割由圍繞晶軸的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角度phi和θ限定。大多數(shù)常見切割是單旋轉(zhuǎn)AT切割（phi=0°）和雙旋轉(zhuǎn)SC切割（phi=22°）。兩種情況下的θ角約為34°。其他雙旋轉(zhuǎn)切口如MSC-，IT-，F(xiàn)C-，LD-也適用于特殊應(yīng)用。
圖2：j和q切割角度
晶體諧振器的有源晶振是一個(gè)機(jī)械振動(dòng)板（“晶體元件”），由單晶石英切割而成，具有與晶軸的精確定向。諧振器在高真空下用鋁，銀或金電極電鍍，并通過冷焊或電阻焊接工藝氣密密封到合適的外殼中。元件的物理尺寸及其與軸的方向?qū)⑻貏e決定共振頻率，其初始精度，電氣特性和溫度系數(shù).KVG產(chǎn)生AT和SC切割晶體（和其他），這是最廣泛使用的切割，提供800kHz至300MHz的頻率范圍和優(yōu)異的頻率-溫度特性。
圖3：晶體單元
晶體的頻率與元素的厚度成反比。對(duì)于機(jī)械加工，這導(dǎo)致在基模上工作的石英晶體諧振器的頻率上限約為50MHz。為了在基模中達(dá)到更高的頻率，KVG還產(chǎn)生化學(xué)蝕刻的倒置臺(tái)面晶體，其中諧振器的中心部分被蝕刻成具有厚度低至10微米。
圖4：倒置臺(tái)面諧振器
許多不同的參數(shù)對(duì)最終的諧振器特性有影響。元件的厚度和直徑，電極直徑，電極材料以及支架，密封方法等。晶體元件可以平行或輪廓制造（斜面，平凸或雙凸）。加工是必要的，以防止邊緣效應(yīng)。可以在晶體元件的一側(cè)或兩側(cè)上制造曲率半徑，以將能量捕獲在諧振器的中心。誘捕也可以通過質(zhì)量加載來進(jìn)行。
圖5：平凸諧振器中平面圖中的振動(dòng)幅度
基本模式和泛音模式高頻晶體在厚度剪切振動(dòng)中振動(dòng)，可以在基本或奇數(shù)泛音模式下激發(fā)。泛音晶體的運(yùn)動(dòng)電容C1n隨泛音的階數(shù)n減小，近似由下式給出：
因此，泛音晶體的比率CO/C1比基本模式下的時(shí)鐘晶體大得多，并且拉動(dòng)范圍減小了大約n3倍。在VCXO中使用的晶體，需要寬的拉動(dòng)范圍，因此在基本模式下工作。
不需要的響應(yīng)和不和諧（偽模式）：
所有石英晶體都為每個(gè)泛音產(chǎn)生一個(gè)主要模式，即厚度剪切振動(dòng)和不需要的響應(yīng)，這是在共振頻率以上的非諧振厚度剪切模式。除了常用的厚度剪切C模式，另一種厚度剪切模式稱為B模式存在。它具有比C模式更高的頻率和通常更低的運(yùn)動(dòng)阻力，但具有更大的溫度系數(shù)。有時(shí)需要過濾此模式以使振蕩器在C模式下工作。
進(jìn)一步不需要的模式是剪切，彎曲，厚度和扭曲振動(dòng)，其可以出現(xiàn)在所需的共振頻率之上和之下。通過正確的振蕩器設(shè)計(jì)，不需要的模式很少會(huì)引接近諧振頻率的不需要的模式會(huì)影響振蕩器的啟動(dòng)行為，或?qū)е略谶\(yùn)行期間轉(zhuǎn)換到錯(cuò)誤的頻率。
其他不希望的影響是由不需要的模式引起的頻率和電阻隨溫度的下降。寄生模式通常被指定為非諧振模式的諧振電阻與主模式電阻的比率.KVG必須具有關(guān)于測(cè)試電路的詳細(xì)信息（例如，pi網(wǎng)絡(luò)）或測(cè)量電橋）和關(guān)于寄生模式的頻率范圍。
圖7：第三次諧波上的SC切諧振器的非諧波
KVG晶振生產(chǎn)使用的原材料也是人工培育出來的石英和水晶，主要的切割方式是AT切割和SC切割，自主研發(fā)金屬面封裝技術(shù)，使KVG旗下的頻率元件產(chǎn)品，擁有非常不錯(cuò)的耐沖擊性，經(jīng)過嚴(yán)格的自由落體實(shí)驗(yàn)。在交到客戶手中之前，KVG工廠都會(huì)進(jìn)行全面的檢測(cè)，確保沒問題才會(huì)出廠。
石英晶體，切角：
壓電材料，特別是石英，具有將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的性質(zhì)，反之亦然。在技術(shù)應(yīng)用中，通過施加交變電場(chǎng)來利用這種效應(yīng)，這將導(dǎo)致材料振動(dòng)并隨后機(jī)械共振。這種電反應(yīng)允許使用作為具有非常高的品質(zhì)因數(shù)Q和低溫度系數(shù)的電諧振器。
圖1：天然石英晶體中不同切口的方向
圖2：j和q切割角度
圖3：晶體單元
圖4：倒置臺(tái)面諧振器
圖5：平凸諧振器中平面圖中的振動(dòng)幅度
因此，泛音晶體的比率CO/C1比基本模式下的時(shí)鐘晶體大得多，并且拉動(dòng)范圍減小了大約n3倍。在VCXO中使用的晶體，需要寬的拉動(dòng)范圍，因此在基本模式下工作。
所有石英晶體都為每個(gè)泛音產(chǎn)生一個(gè)主要模式，即厚度剪切振動(dòng)和不需要的響應(yīng)，這是在共振頻率以上的非諧振厚度剪切模式。除了常用的厚度剪切C模式，另一種厚度剪切模式稱為B模式存在。它具有比C模式更高的頻率和通常更低的運(yùn)動(dòng)阻力，但具有更大的溫度系數(shù)。有時(shí)需要過濾此模式以使振蕩器在C模式下工作。
進(jìn)一步不需要的模式是剪切，彎曲，厚度和扭曲振動(dòng)，其可以出現(xiàn)在所需的共振頻率之上和之下。通過正確的振蕩器設(shè)計(jì)，不需要的模式很少會(huì)引接近諧振頻率的不需要的模式會(huì)影響振蕩器的啟動(dòng)行為，或?qū)е略谶\(yùn)行期間轉(zhuǎn)換到錯(cuò)誤的頻率。
其他不希望的影響是由不需要的模式引起的頻率和電阻隨溫度的下降。寄生模式通常被指定為非諧振模式的諧振電阻與主模式電阻的比率.KVG必須具有關(guān)于測(cè)試電路的詳細(xì)信息（例如，pi網(wǎng)絡(luò)）或測(cè)量電橋）和關(guān)于寄生模式的頻率范圍。
圖7：第三次諧波上的SC切諧振器的非諧波
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