談?wù)務(wù)袷幤?/h1>
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時(shí)間：2009-05-15
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
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在有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)市場(chǎng)迅猛增長(zhǎng)的推動(dòng)下，石英晶體及其高頻版SAW器件正廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，小到電子玩具中簡(jiǎn)單的無(wú)源石英晶體，大到用于最先進(jìn)的電信網(wǎng)絡(luò)骨干網(wǎng)定時(shí)的復(fù)雜同步定時(shí)模塊（STM)，如表1所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/188912.htm
過(guò)去幾年里，面向娛樂(lè)、游戲、便攜式市場(chǎng)的電子設(shè)備的巨大增長(zhǎng)，將石英晶體與晶體振蕩器向越來(lái)越小型發(fā)展的需求推到了空前水平。如今兆赫茲石英晶體的體積已經(jīng)小到2.0mm×1.6mm，且能夠批量組裝，這在幾年前是難以想象的。至于帶金屬管封裝的32.768kHz石英音叉注塑模型從多年前起就可獲得。
目前，采用傳統(tǒng)兆赫茲晶體封裝方法的石英音叉可提供4.1mm×1.5mm、3.2mm×1.5mm及2.0mm×1.2mm的小尺寸型?，F(xiàn)在正在力爭(zhēng)將這些晶體音叉的厚度壓縮至0.4mm或更薄，以達(dá)到薄型應(yīng)用的要求。需要如此小尺寸石英晶體(1.6mm×1.0mm與1.0mm×0.8mm)的應(yīng)用預(yù)期將在今后數(shù)年內(nèi)出現(xiàn)，并且石英晶體供應(yīng)商正為此作準(zhǔn)備。
由于尺寸小于5mm×3.2mm，石英晶體一般需要在真空中密封以保持阻抗不受損。低兆赫小尺寸石英晶體片也需要斜削(修磨石英晶體邊緣)，以實(shí)現(xiàn)有效的能陷。
處理石英音叉中采用的光刻方法被大部分有能力的供應(yīng)商應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)超小尺寸石英晶體與低兆赫石英晶體。該方法將會(huì)成為那些只依賴(lài)傳統(tǒng)研磨法處理石英晶體的供應(yīng)商將石英晶體進(jìn)一步小型化的主要技術(shù)障礙。
至于晶體振蕩器，2.5mm×2mm CMOS固定頻率晶體振蕩器的組裝正在全力進(jìn)行，且更小的2mm×1.6mm與1.6mm×1.0mm版本也處于樣片或開(kāi)發(fā)階段。2.5V的供電電壓如今仍然是標(biāo)準(zhǔn)配置，同時(shí)，1.8V或更低的供電電壓的市場(chǎng)正在開(kāi)始興起。
根據(jù)工作溫度范圍，上述兆赫茲石英晶體與晶體振蕩器在各種溫度下的頻率穩(wěn)定性通常規(guī)定小于±25×10-6、±50×10-6及±100×10-6。因此，石英晶體是在無(wú)任何補(bǔ)償情況可提供此種穩(wěn)定性的唯一已知的諧振元件。
為提供更高的頻率穩(wěn)定性，可采用溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（TCXO）。AT切晶體的頻率與溫度為三次方關(guān)系。TCXO振蕩器電路具有電壓頻率上拉功能，用于以模擬或數(shù)字的方式在整個(gè)溫度范圍內(nèi)將三次方的頻率溫度變化補(bǔ)償至低于10×10-6水平，其中補(bǔ)償以非常低的頻率變化梯度進(jìn)行。
對(duì)于今天的手機(jī)應(yīng)用而言，為了提供頻率合成的精確參考時(shí)鐘，需要優(yōu)于±2.5×10-6的頻率穩(wěn)定性。對(duì)于GPS設(shè)備，需要小于±1.0×10-6或±0.5×10-6的TCXO。例如，愛(ài)普生Toyocom公司針對(duì)上述應(yīng)用提供了微型TCXO(2mm×1.6mm)。
很多人并不知道，不少的石英產(chǎn)品(石英晶體、石英音叉和石英陀螺傳感器等)是利用一些微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)工藝步驟生產(chǎn)的，如光刻、金屬化、蝕刻、犧牲層的沉積與去除，以及金刻蝕保護(hù)等。
實(shí)際上，與許多硅基的MEMS工藝相比，這些復(fù)雜的處理步驟，如非平面金屬化方案(用于石英音叉)、抗石英晶體硬度引起的蝕刻、高度各向異性石英晶體的不同蝕刻程度等，使得石英晶體產(chǎn)品小型化處理在技術(shù)上更加具有挑戰(zhàn)性。愛(ài)普生Toyocom公司在數(shù)年前為了強(qiáng)調(diào)石英與MEMS技術(shù)對(duì)下一代石英晶體器件的重要性，提出了“QMEMS”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。
總的來(lái)說(shuō)，在過(guò)去10年中，石英晶體與晶體振蕩器供應(yīng)商做到了將石英晶體振蕩器、晶體振蕩器、VCXO及TCXO的尺寸縮小至目前水平，這曾經(jīng)被認(rèn)為是不可能實(shí)現(xiàn)的，尤其是在沒(méi)有降低性能或增加成本的前提下。每年越來(lái)越多的石英晶體器件被組裝，成熟產(chǎn)品的平均售價(jià)持續(xù)下降。
該行業(yè)經(jīng)過(guò)過(guò)去10年努力已經(jīng)取得成功，且仍將繼續(xù)發(fā)展。這包括創(chuàng)新、小型化、成本降低、新應(yīng)用開(kāi)發(fā)，以及性能、易用性與穩(wěn)定性的改進(jìn)。所有這些都為了保持其在電子行業(yè)中的“時(shí)鐘解決方案”的地位。其推動(dòng)力是提供性能最好且性?xún)r(jià)比最高的石英解決方案，從而使消費(fèi)者沒(méi)有理由去選擇其他技術(shù)。
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過(guò)去幾年里，面向娛樂(lè)、游戲、便攜式市場(chǎng)的電子設(shè)備的巨大增長(zhǎng)，將石英晶體與晶體振蕩器向越來(lái)越小型發(fā)展的需求推到了空前水平。如今兆赫茲石英晶體的體積已經(jīng)小到2.0mm×1.6mm，且能夠批量組裝，這在幾年前是難以想象的。至于帶金屬管封裝的32.768kHz石英音叉注塑模型從多年前起就可獲得。
目前，采用傳統(tǒng)兆赫茲晶體封裝方法的石英音叉可提供4.1mm×1.5mm、3.2mm×1.5mm及2.0mm×1.2mm的小尺寸型?，F(xiàn)在正在力爭(zhēng)將這些晶體音叉的厚度壓縮至0.4mm或更薄，以達(dá)到薄型應(yīng)用的要求。需要如此小尺寸石英晶體(1.6mm×1.0mm與1.0mm×0.8mm)的應(yīng)用預(yù)期將在今后數(shù)年內(nèi)出現(xiàn)，并且石英晶體供應(yīng)商正為此作準(zhǔn)備。
由于尺寸小于5mm×3.2mm，石英晶體一般需要在真空中密封以保持阻抗不受損。低兆赫小尺寸石英晶體片也需要斜削(修磨石英晶體邊緣)，以實(shí)現(xiàn)有效的能陷。
處理石英音叉中采用的光刻方法被大部分有能力的供應(yīng)商應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)超小尺寸石英晶體與低兆赫石英晶體。該方法將會(huì)成為那些只依賴(lài)傳統(tǒng)研磨法處理石英晶體的供應(yīng)商將石英晶體進(jìn)一步小型化的主要技術(shù)障礙。
至于晶體振蕩器，2.5mm×2mm CMOS固定頻率晶體振蕩器的組裝正在全力進(jìn)行，且更小的2mm×1.6mm與1.6mm×1.0mm版本也處于樣片或開(kāi)發(fā)階段。2.5V的供電電壓如今仍然是標(biāo)準(zhǔn)配置，同時(shí)，1.8V或更低的供電電壓的市場(chǎng)正在開(kāi)始興起。
根據(jù)工作溫度范圍，上述兆赫茲石英晶體與晶體振蕩器在各種溫度下的頻率穩(wěn)定性通常規(guī)定小于±25×10-6、±50×10-6及±100×10-6。因此，石英晶體是在無(wú)任何補(bǔ)償情況可提供此種穩(wěn)定性的唯一已知的諧振元件。
為提供更高的頻率穩(wěn)定性，可采用溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（TCXO）。AT切晶體的頻率與溫度為三次方關(guān)系。TCXO振蕩器電路具有電壓頻率上拉功能，用于以模擬或數(shù)字的方式在整個(gè)溫度范圍內(nèi)將三次方的頻率溫度變化補(bǔ)償至低于10×10-6水平，其中補(bǔ)償以非常低的頻率變化梯度進(jìn)行。
對(duì)于今天的手機(jī)應(yīng)用而言，為了提供頻率合成的精確參考時(shí)鐘，需要優(yōu)于±2.5×10-6的頻率穩(wěn)定性。對(duì)于GPS設(shè)備，需要小于±1.0×10-6或±0.5×10-6的TCXO。例如，愛(ài)普生Toyocom公司針對(duì)上述應(yīng)用提供了微型TCXO(2mm×1.6mm)。
很多人并不知道，不少的石英產(chǎn)品(石英晶體、石英音叉和石英陀螺傳感器等)是利用一些微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)工藝步驟生產(chǎn)的，如光刻、金屬化、蝕刻、犧牲層的沉積與去除，以及金刻蝕保護(hù)等。
實(shí)際上，與許多硅基的MEMS工藝相比，這些復(fù)雜的處理步驟，如非平面金屬化方案(用于石英音叉)、抗石英晶體硬度引起的蝕刻、高度各向異性石英晶體的不同蝕刻程度等，使得石英晶體產(chǎn)品小型化處理在技術(shù)上更加具有挑戰(zhàn)性。愛(ài)普生Toyocom公司在數(shù)年前為了強(qiáng)調(diào)石英與MEMS技術(shù)對(duì)下一代石英晶體器件的重要性，提出了“QMEMS”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。
總的來(lái)說(shuō)，在過(guò)去10年中，石英晶體與晶體振蕩器供應(yīng)商做到了將石英晶體振蕩器、晶體振蕩器、VCXO及TCXO的尺寸縮小至目前水平，這曾經(jīng)被認(rèn)為是不可能實(shí)現(xiàn)的，尤其是在沒(méi)有降低性能或增加成本的前提下。每年越來(lái)越多的石英晶體器件被組裝，成熟產(chǎn)品的平均售價(jià)持續(xù)下降。
該行業(yè)經(jīng)過(guò)過(guò)去10年努力已經(jīng)取得成功，且仍將繼續(xù)發(fā)展。這包括創(chuàng)新、小型化、成本降低、新應(yīng)用開(kāi)發(fā)，以及性能、易用性與穩(wěn)定性的改進(jìn)。所有這些都為了保持其在電子行業(yè)中的“時(shí)鐘解決方案”的地位。其推動(dòng)力是提供性能最好且性?xún)r(jià)比最高的石英解決方案，從而使消費(fèi)者沒(méi)有理由去選擇其他技術(shù)。
評(píng)論