晶振老化问题几十年来一直困扰着广大工程师，也在一定程度上影响石英晶振的发展，更重要的是，有时候晶体或振荡器会因为老化情况，而发生频率漂移的现象，简单的说就是标准频率发生变化，不再稳定正常的发挥频率振荡特性。为了处理这个难题，TXC晶振公司做了如下实验，测试老化，频漂，老化温度等方面，采用IVA测试方法，这是比较先进的检查方式之一，接下来让我们看看这一过程及结果。
随着石英晶体谐振器（X'tal谐振器）在移动电话和汽车中的广泛应用，甚至伴随尺寸小型化，石英晶体谐振器的长期频率稳定性被认为是最重要的特性，已经研究了数十年。老化通常被定义为频率漂移的时间函数，其可能受到许多因素的影响，例如应力，从封装和导电粘合剂逸出的废气，污染物，石英缺陷。特别是应力消除和污染被认为是最重要的，由Gehrke和Klawitter分析[1]。对于X'tal谐振器，在25℃的商业应用中每年2ppm至5ppm，在25℃下每年3ppm的汽车通常用于规范。因此，研究了许多相关的主题，例如，安装点的几何变化对老化的影响[2]和AT切割谐振器老化的实验结果。其中，在J.R.Vig和T.R.Meeker[3]的研究中提出了三种典型的衰老类型：由应力主导的积极老化，以质量负荷效应为主的负衰老，以及由应力和质量负荷效应主导的综合老化。如今，使用有效的方法或设备无法直接检测到压力，但可以通过内部蒸汽分析（IVA测试）来测量排气，这可以帮助确定排气如何影响老化。
老化作为长期稳定性是石英晶体谐振器最重要的特性之一，应力和尾气作出了重大贡献。本文分析了不同安装类型和老化温度条件下的老化频率漂移机理。结果表明，两点和四点安装石英芯片在85℃时效时的频率漂移相似;然而，两点安装谐振器在150℃老化下的稳定性能明显优于四点安装谐振器。主要原因是两点安装谐振器的老化曲线是一个综合老化曲线，因为排气和应力的影响很好地平衡，这是由IVA测试支持的。
图1显示了TXC 3.2mm×2.5mmSeam型X'tal谐振器在150℃时的频率漂移趋势，其共有四个安装点，500小时后偏差接近4ppm。

图1.150℃时的常见频率漂移趋势

通常可以看到如上所述的负老化，即频率持续下降，其原因通常被认为是来自导电粘合剂的外气。从理论上讲，当应力的正效应等于排气的负效应时，频率将是稳定的，换句话说，当弱化质量负荷效应时，将显示正效应，从而频率漂移将受到应力的支配。本文研究了不同老化温度下不同安装类型的老化频率漂移机理。
实验和结果：
在我们的研究中，TXC晶振3.2mm×2.5mmSeam型X'tal晶振的频率是基本AT-cut40MHz用于实验，其中相对较软（tanδ~0.2）的硅基导电胶和正常的生产工艺是另外，导电粘合剂的安装位置如图2至图4所示，安装直径全部控制在250μm。在实验中加入吸气树脂以吸收废气然后降低质量负荷效应，其作用是吸收CO2和H2O的不可逆吸湿剂。如上所述设定材料和参数可以客观地反映不同安装类型的老化行为。
为了证明什么是频率漂移机制，在老化测试中使用两种安装类型和两种温度，并且测量和分析两种安装类型的频率偏差和频率漂移趋势。实验条件列于表1中。总共有6个实验，并且测量每个实验的30个样品。平均数据将用于获得频率漂移趋势。
表1.实验条件

安装类型	老化温度
带吸气剂的2个安装点	85℃/150℃
2个安装点	85℃/150℃
4个安装点	85℃/150℃

图2，图3和图4显示了石英晶振样本的照片，包括正视图和侧视图。通过光学显微镜获得正面视图，侧视图由丹东奥龙X射线仪器捕获。很明显，图2（a）和图3（a）几乎是相同的，因为如图2（b）所示，吸气剂刚好安装在坯料下面，因此从前视图看不到它。

图2.带吸气剂的两个安装点的前视图和侧视图（a）前视图;（b）吸气剂的前视图;（c）侧视图。

图3.两个安装点的前视图和侧视图（a）前视图;（b）侧视图。

图4.四个安装点的前视图和侧视图（a）前视图;（b）侧视图。

在本文中，将比较和分析不同实验条件对衰老的影响，并伴随使用ORS（ONEIDARESEARCHSERVICES，INC。）仪器的IVA测试结果。
老龄化结果：
通过对比实验，结果表明，在85℃下，三种安装方式的频率漂移相似，如图5所示，其中500小时后的频率偏差在2ppm以内。图6显示150℃不同安装类型的频率偏差不同，其中500小时后四个安装点的频率偏差接近5ppm，两个安装点的贴片晶振频率偏差仍在2ppm以内。特别是在85℃和150℃老化时添加吸气剂的频移与两个安装点没有差别。

图5.85℃时的老化频率漂移趋势

图6.150℃时的老化频率漂移趋势

在本文中，认为应力和废气都存在并且影响X'tal石英水晶振子中的老化稳定性。从85℃老化的结果可以推断，从不同的安装类型中排出的气体很少，因此质量负荷效应没有明显的差异，因此，频率稳定性是相似的。当温度上升到150℃时，更多的气体从四个安装点逸出会产生严重的影响，因此容易产生负衰老，频率严重下降。相比之下，具有两个安装点的X'tal谐振器通过去除空白上的安装粘合剂来降低质量负载效应，并使应力的正效应在老化中起主导作用，因此其频率相对稳定，老化曲线趋于集中老化。为什么添加吸气剂的老化行为与两个安装点的老化行为相似，这可以推断出IVA测试结果。
IVA结果：
IVA试验是一种材料放气特性分析方法，广泛应用于密封装置，测量挥发性有机物和其他蒸气状物质的相对体积浓度。IVA测试只能提供内容物相对体积比，其精确度为ppm级。此外，假设3.2mm×2.5mmX'tal谐振器具有相同的密封体积并在真空环境中焊接，则相对体积比可以转换为相对质量比来分析质量负载效应。
实际上，X'tal谐振器中使用的各种材料都可以脱气并且还可能影响长期频率稳定性，例如，N2，H2，H2O和CO2可以从陶瓷封装，金属盖和导电粘合剂中脱气。在本文中，IVA含量假设由导电粘合剂提供，因为它具有大部分组合物是有机树脂。表2显示了IVA测试的样品状态。
表3显示了85℃老化的IVA结果，从中可以推断出CO2在质量负荷效应中比H2更重要。并且可以看出，在两个和四个安装点之间，CO2的相对质量比几乎没有差异，这可能是85℃下的老化稳定性在两个和四个安装点之间几乎相同的原因。
表4显示了老化150℃的IVA结果。结果表明，两个安装点的CO2相对质量比大于4，与150℃时的老化性能相反，可以推断出应力比排气更重要。
表2.IVA测试的样品

样品ID	2安装		4安装	2个安装点
样品ID	points		points	用吸气剂
	points		points	用吸气剂
老化85℃	#25		#04		#46
老化150℃	#35		#14		#56
	表3.老化85℃的IVA结果
样品ID		体积比		质量比
样品ID		#25	#04	#25	#04
		#25	#04	#25	#04
离子源	torr	1.1E-71.1E-7		1.1E-7	1.1E-7
压力	torr	1.1E-71.1E-7		1.1E-7	1.1E-7
压力
氮	%	22.8	16.7	16.0	11.0
氧	%	ND	ND	ND	ND
氩	%	0.20	0.24	0.00	0.00
碳二氧化碳	%	76.1	82.9	84.0	89.0
湿气	%	ND	ND	ND	ND
氢	%	0.90	0.15	0.00	0.00
甲烷	%	ND	ND	ND	ND
注释：ND=未检测到
	表4.老化150℃的IVA结果
样品ID		体积比		质量比
样品ID		#35	#14	#35	#14
		#35	#14	#35	#14
离子源	torr	1.7E-72.1E-7		1.7E-7	2.1E-7
压力	torr	1.7E-72.1E-7		1.7E-7	2.1E-7
压力
氮	%	5.29	32.0	3.00	23.0
氧	%	ND	ND	ND	ND
氩	%	0.26	0.00	0.00	0.00
碳二氧化碳	%	93.3	68.0	97.0	77.0
湿气	%	ND	ND	ND	ND
氢	%	1.15	ND	0.00	ND
甲烷	%	ND	ND	ND	ND

表5显示了两个安装点的IVA结果
用吸气剂。添加吸气剂时会发生经典的产甲烷作用（CO2+4H2=>CH4+2H2O，必须在O2泄漏或燃烧的大气中）。它可以证明吸气剂确实具有吸收二氧化碳的功能。对于添加吸气剂类型，N2，H2O和CH4成为主要的质量负载源，但那些分子量远低于CO2，这就是为什么SMD晶体两个安装点在85℃和150℃吸气剂的老化行为非常接近两种安装类型属于压力控制的。
表5.带有吸气剂的两个安装点的IVA结果

样品ID		体积比
样品ID		#46	#56
		#46	#56
离子源压力	torr	3.8E-8	4.3E-8
氮	%	49.3	50.7
氧	%	ND	ND
氩	%	0.62	0.85
二氧化碳	%	ND	ND
湿气	%	18.7	4.11
氢	%	5.68	3.84
甲烷	%	25.7	40.5

本文通过两个安装点应力控制，TXC公司3225贴片晶振的频率偏差，85℃时的老化能力与四个安装点相同，满足广泛的商业应用，进一步达到150℃汽车应用甚至无需添加吸气剂即可节省材料成本。
在本文中，我们研究了不同安装设计下的石英晶体频率漂移行为。与四个安装点相比，两个安装点的频率漂移趋势接近于集成老化。两个安装点的IVA结果显示150℃老化时出现最大的气体逸出，由质量负荷产生负面影响，但两个安装点具有较强的应力控制正效应，而不是质量负荷，因此，高频稳定性可控制小于2ppm。150℃老化。由于二氧化碳主导了质量负荷的负面影响，因此相反的四个安装点大于应力的正面影响，因此，当老化开始时，频率漂移频率不断下降。

正在载入评论数据...

上一篇：NAKA Oscillator品牌成立伊始和现状

下一篇：Wi2Wi晶振公司石英水晶组件的设计与制造

此文关键字： TXC石英晶体谐振器晶振频率漂移测试石英晶振实验结果

姓名：
邮箱：
正文：

资讯中心

金洛博客

TXC公司通过检测晶振老化频漂的实验得出什么结果

相关资讯