石英晶體介紹 Quartz Crystal IntroductionPresented by: 津綻石英科技股份有限公司 Jenjaan Quartek Corporation.PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/課程大綱1. 水晶的介紹 2.人工水晶培養介紹 3.石英晶體的優點 4.石英晶體的製造流程介紹 5.石英晶體的基本特性及應用 6.Crystal Q&A 7.結束PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/水晶的介紹天然水晶 大自然的礦產,依結晶過程中之環境變化而有不同之硬度及色澤. 人工水晶 SIO2 為主要原料,以人工方式控制在高溫高壓之環境下進行結晶,前目 前為自然界中最容易取得能穩定產生頻率振盪之材料.PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/石英晶體的優點1. 穩定性佳,變化小 2. 頻率精確度高 3. 所需驅動功率小 4. 固定式(非可調式) (與一般 RC ,RLC ,LC 發振線路比較)PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/石英晶體基本振盪原理石英晶片本身為一壓電材料（Piezoelectric Material），利用外電壓加於晶片的兩側產生電 場，由於壓電材料本身機械與電性耦合（Coupling）作用，使晶體本身產機械變形，由晶 體的切割面受到機械應力的作用，晶體的兩相對面又會產生一電位差，這種特性稱為壓 電（Piezoelectric）效應。
當我們加一交流電壓於晶體上，即可產生循環不已之晶片振盪。
振動的頻率會依晶體的不同而異，石英晶體切割片愈薄，切割技術愈困難，但諧振頻率 愈高。
正面反面PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 ÿ /FinePrint/• Piezoelectric effect Piezoelectric adverse effectP iezo electric effectP iezo electric adv erse effect Pr essu re T ran sform atio nPDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 ð /FinePrint/Vibration mode of crystal• Crystal has some kind of resonance point.– Fundamental , 3rd-overtone , 5th-overtone...• Main vibration modes of AT cut crystal are fundamental and 3rd-overtone.Fu ndam en tal m od e3rd ov ertone m odePDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/Crystal unit &crystal oscillator• Crystal unit– A device which consist of a crystal element & electrodes mounted into enclosure• Crystal oscillator– Oscillator unit of using excellent frequency stability ICPDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/QUARTZ CRYSTAL• 水晶: 化學成份SiO2 • 硬度：為7 • 密度：2.65 g/cm3 • 穩定性能好,可耐 ,硫酸, 硝酸,鹽酸PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/人工水晶培養介紹長晶是利用一個如壓力鍋一般的鍋爐(一般 稱長晶爐),提供一個高溫(370~430°C)高壓 (1000〜1500 Kg/cm2 )的環境進行晶棒培 養,所需時間則依需求的晶種大小尺寸決定, 以一般較符合經濟效益尺寸的晶棒約需耗 費60~90天的成長時間.其中晶棒成長時問 又和成長過程中的溫度及壓力有著密切的 關係水熱溫差法 在高溫與高壓下的碱溶液中來進行. 利用上下溫度差產生溶液的對流,將下部的原料運 至上層晶種的表面.依著單一原子層的種的原子配 列附著來育成. .PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/人工水晶長晶爐PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/AT&BT晶體切割角度示意圖及溫度特性曲線AT Cut +35 15分BT Cut -49PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 ÿ /FinePrint/AT-Cut Crystl Frequence & Thickness F(KHz)=1670/T(mm)Frequence ( 頻 率 ) Thickness (晶片厚度 )1.8432 MHz 0.906mm25.000MHz 0.0668 mm35.328 MHz 0.0472 mmPDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/ppm and ppb 定義nppm: parts per million (1MHz= 1x106=1000000) (1 ppm=1x10-6=0.000001) Ex. Freq.=20MHz,1ppm=? Hz sol: 20Mx1ppm=10x106x 1x10-6 = 20 Hznppb: parts per billion (1 ppb=1x10-9)PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/Consumer Electronics 如電視機,收音機, 各類影音設備Computer 如電腦,列表機 網路卡,藍芽產品…Communication 如手機,無線電, 機地台,衛星…未來科技 如光纖,數位電視 航太科技…PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/產品結構圖 49U﹑UM系列3 4 2 1 5 61. BASE (基座) 2. SUPPORT (支架) 3. BLANK 水晶片4. 電極 5. 導電性接著劑 6. CAN (封蓋)PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 ÿ /FinePrint/49/U-S產品結構圖電極 蓋子 晶片導電性接著劑 基座 LEADPDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/CRYSTAL SMD 結構圖LID 電極NSK 25.000晶片導電性接著劑BASEPDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/承認書範本 (Crystal Unit)1. Frequency 2. Holder Type 3. Mode of Operation 4. Frequency Tolerance @ +25oC 5. Operating Temperature Range 6. Frequency Stability 7. Equivalent Series Resistance 8. Load Capacitance (CL) 9. Shunt Capacitance (C0) 10. Drive Level 11. Insulation Resistance 12. Aging 13.Other 7.600000 HC-49/U-S (SMD) Fundamental + / - 50 -10 to +60 + / - 30 100 30 7 100 Mode ppm ℃ ppm Ω max pF pF max uW MHz500 MΩ (min) at D.C. 100 V +/-5 ppm/yearPDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 ÿ /FinePrint/承認書中每個項目所代表之義意OSCILLATION CIRCUIT DESIGN NOTES •EQUIVALENT CIRCUIT & PARAMETERS OF CRYSTAL UNIT石英振盪器之等效電路及其測試參數•WHAT IS LOAD CAPACITANCE(CL)?何為負載電容?•WHY CRYSTAL MANUFACTURER NEEDS TO KNOW “CL”?為何客戶端需要提供石英振盪器之負載電容?•PRINCIPLES OF OSCILLAION振盪迴路之基本原理•FUNDAMENTAL & 3rd OVERTONE CIRCUIT基本波振盪迴路及三倍波振盪迴路•WHAT IS NEGATIVE RESISTANCE ?何為負特性阻抗?•WHAT IS PULLABILITY ? OTHER PARAMETERS何為調變量?晶體等效電路左圖是石英晶體的等效電路,其中:C0: Static Capacitance 靜態電容C1: Motional Capacitance動態電容L1: Motional inductance 動態電感R1:Resistance 諧振阻抗L 1R 1C 1C OCL FsFL何謂串聯諧振(Fs)及並聯諧振( FL)所有的英晶體都有串聯諧振頻率(Fs,此時晶體的阻抗為最小),若將晶體串聯一個負載電容(CL)則晶體的振盪頻率將會微幅的上升,此頻率稱之為並聯諧振頻率或負載頻率(FL).PARAMETER OF THE CRYSAL UNIT石英振盪器參數串聯電容(C1) : 動態電容f / fr(C0 + CL)C1= 2△f /等效電路中之串聯電容值。