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从石英水晶片演变成石英晶体谐振器一系列过程

来源：http://www.konuaer.net 作者：konuaer 2013年07月24

什么是晶振片,所谓的石英晶体人们俗称为水晶,成分是二氧化硅(SIO2),熔点为1750℃。石英晶体的密度为2.65g/cm3,硬度为莫氏硬度7,透明晶莹。它不仅是较好的光学材料而且是重要的压电材料。在常温常压下,石英晶体不溶于水和盐酸、硫酸、硝酸,居于溶解极小的物质。•氢氟酸(HF)都是石英晶体良好的溶解液,这在石英晶片的加工中是很有用的,常当作腐蚀液来用。
•石英晶体是一种良好的绝缘材料,导热系数比较小。
• 石英晶体的膨胀系数也很小,但当它被加热时,体膨胀系数也会发生很大的变化,在温度达573℃时,石英晶体由a石英转变为β石英(573 ℃ -870 ℃ ),温度在870 ℃--1470 ℃是磷石英,温度达1470 ℃时,就转变成方石英,它的熔点是1750 ℃,体积急剧增大,石英晶体内部产生的较强的机械应力可能会造成裂隙和双晶,这是在石英晶体元器件的加工中要注意避免的。
石英晶体的结晶形态

石英晶体的晶面共30个,分成五组.六个M面(拄面)六个R(大菱面),六个r面(小菱面),六个s面(三方双锥面),六个x面(三方偏方面).
• 相邻m面的夹角为60度,m面和R面的夹角与m面和r面的夹角都等于38 度13分,s面与r面的夹角为25度57分.
• 单晶体:其原子或分子有规则的排列.
人造石英晶体的生长原理
原料,培育石英晶体用的原料是天然石英碎块,又称熔炼石英。通常采用透明度不小于80%,SiO2成分不小于99.8%,重量在5---50g之间的混合颗粒。
• 籽晶,籽晶切向的选择是为了获得较大的生长率和较高的利用率,籽晶的加工质量是生长优质石英晶体的前提。常用的规格有Z+O,Y+ O,等。尺寸约为,2.5±0.5mm,切角误差,xx′≤30′yy′≤20′。
• 压力,1000---1500atm,atm=101325pa
• 温度,350℃---400℃

石英晶片表面光洁度影响等效电阻和老化率
• 造成晶片表面光洁度不好的原因主要是机械加工不当，压力过大，砂号过粗，使晶片表面产生砂痕或较深的裂纹，以致在后面的加工中难以磨除，研磨中磨料使用不合理，加工余量留的不充分，磨盘不平，磨料颗粒粗细不匀等都会造成光洁度不好的表面，另外腐蚀时间过长也会造成石英晶片表面光洁度不好，甚至有贯穿性裂纹。
• 石英晶片表面出现砂痕、破边、破角和裂缝等等情
况都会使晶片的活力下降，特别是石英片薄时影响
就更明显，在频率分选时产生的是波形不大，CI位高。
• 石英晶片表面的光洁度差易引起频率变化，老化率增大，活力下降，电阻大。外观检查挑片子的工作职责就是将这部分不良品剔除。
3.石英晶片表面平行度和平面度影响活力产生寄生振荡
• 造成石英晶片表面平行度和平面度不好的原因是加工技术不熟练，研磨盘不平，不会用刀口尺或百分表检查平面度，另外游星轮厚薄不致，片子来料相差太大，都有可能把片磨成楔形和凹形。
• 厚度切变石英晶片平面度和平行度要求较高，尤其频率越高越是如此。石英晶片表面不平使电阻值增大，活力下降甚至停振，寄生振动增多。

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