下载文档原格式
石英材料知识点总结大全一、石英的基本属性1. 化学式：SiO22. 分子量：60.08 g/mol3. 密度：2.65 g/cm³4. 硬度：7（莫氏硬度）5. 莫氏硬度：7二、石英的物理性质1. 颜色：石英的颜色多种多样，可以是无色、白色、灰色、黄色、粉红色、红色、蓝色、绿色等。
其中无色或透明的石英最为常见。
2. 透明度：石英通常是透明或半透明的，但也有不透明的石英。
3. 光泽：玻璃光泽至金刚光泽。
4. 断口：贝壳状断口，有时呈不规则状。
5. 晶体形态：六方晶系，常见的晶体形态包括针状、柱状、板状等。
6. 光学性质：双折射，一般来说，纯净的石英是无色的，但由于其中的微量杂质的存在，可能会出现各种颜色的石英。
7. 磁性：石英通常是无磁性的。
8. 导电性：石英是非导电性的。
三、石英的化学性质1. 石英是一种氧化物矿物，化学式为SiO2。
其化学性质相对稳定，在常规条件下不易与其他物质发生化学反应。
四、石英的产地和分布1. 产地：石英分布广泛，其产地包括巴西、美国、加拿大、中国、澳大利亚、俄罗斯、南非等地。
2. 分布情况：石英是地壳中非常常见的矿物，广泛分布于地壳各个地方。
在岩石中常以颗粒状、块状或晶体形式存在。
五、石英的应用领域1. 建筑材料：石英作为一种耐磨、耐压的材料，常用于建筑领域，如墙体装饰、地板、台面等。
2. 玻璃制造：石英是玻璃的重要原料，其高熔点和化学稳定性使其成为玻璃制造的重要原料之一。
3. 电子工业：石英具有良好的电绝缘性能和高热稳定性，因此被广泛用于电子工业中的电子元器件、半导体制造等领域。
4. 化工领域：石英是一种化学稳定性高的材料，在化工领域广泛用于制备化学试剂容器、反应器等。
5. 饰品制造：石英的透明性和高硬度使其成为一种理想的珠宝和装饰材料。
6. 工业用砂：石英是一种重要的工业用砂原料，用于制备耐火材料、磨料和砂纸等。
7. 水处理：石英砂被广泛用于水处理中，用于除铁、除锰、除氟、除氨等。
石英晶体加热变化石英晶体是一种常见的矿物，它具有高硬度、高熔点、高化学稳定性等特点，因此被广泛应用于电子、光学、机械等领域。
在这些应用中，石英晶体的物理性质是至关重要的，而其中一个重要的性质就是其加热变化。
本文将从石英晶体的结构、热力学和应用等方面，对其加热变化进行探讨。
一、石英晶体的结构石英晶体的化学式为SiO2，其晶体结构属于三方晶系。
在石英晶体中，每个硅原子都与四个氧原子形成四面体结构，而每个氧原子则与两个硅原子相连，形成了一种类似于桥的结构。
这种桥式结构使得石英晶体具有高度的稳定性和硬度。
二、石英晶体的热力学性质石英晶体的热力学性质与其结构密切相关。
在石英晶体中，硅氧键的键能较高，因此其熔点也较高，约为1713℃。
此外，石英晶体的热膨胀系数较小，热导率较高，热稳定性较好。
这些性质使得石英晶体在高温环境下仍能保持其结构和性质的稳定性。
三、石英晶体的加热变化石英晶体在加热过程中会发生一系列的变化。
首先，在约573℃时，石英晶体会发生相变，从α相转变为β相。
这种相变是由于石英晶体中的硅氧键发生了旋转，导致晶体结构的改变。
此外，在高温下，石英晶体还会发生热膨胀、热导率变化等现象。
四、石英晶体的应用石英晶体由于其稳定性和物理性质的优异，被广泛应用于电子、光学、机械等领域。
其中，石英晶体的应用最为广泛的是在电子领域。
石英晶体可以用于制造晶体振荡器、滤波器、压电传感器等电子元器件，这些元器件在电子设备中起着至关重要的作用。
总之，石英晶体的加热变化是其物理性质中的一个重要方面。
通过对石英晶体的结构、热力学和应用等方面的探讨，我们可以更好地理解石英晶体的加热变化及其在实际应用中的作用。
石英晶体元器件概述一、前言石英晶体俗称水晶，成分是SiO2，是一种重要的压电材料，可用于制造压电元器件。
例如：石英晶体谐振器、石英晶体滤波器、石英晶体振荡器、石英晶体传感器等。
二、石英晶体元器件的内容三、晶振分类根据晶振的不同使用要求及特点，通常分为以下几类：普通晶振、温补晶振、压控晶振、温控晶振等。
1、普通晶振（PXO或SPXO）：是一种没有采取温度补偿措施的晶体振荡器，在整个温度范围内，晶振的频率稳定度取决于其内部所用晶体的性能。
特点：●频率精度（准确度）：10-5～10-4量级●标准频率：1～100MHZ●频率稳定度是±100ppm。
●用途：通常用作微处理器的时钟器件、本振源或中间信号。
●封装尺寸： DIP14（21×14×6mm），SMD 7050、5032、3225、2520。
●价格：是晶振中最廉价的产品，2、温补晶振（TCXO）：是在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进行补偿，以达到在宽温温度范围内满足稳定度要求的晶体振荡器。
一般模拟式温补晶振采用热敏补偿网络。
特点：●频率精度（准确度）：10-7～10-6量级●频率范围：1～60MHz●频率稳定度：±1～±2.5ppm●封装尺寸： DIP14（21×14×6mm），11.4×9.6mm，SMD 7050、5032、3225、2520●用途：通常用于手持电话、蜂窝电话、双向无线通信设备等。
●由于其良好的开机特性、优越的性能价格比及功耗低、体积小、环境适应性较强等多方面优点，因而获行了广泛应用。
3、压控晶振（VCXO）：是一种可通过调整外加电压使晶振输出频率随之改变的晶体振荡器，主要用于锁相环路或频率微调。
压控晶振的频率控制范围及线性度主要取决于电路所用变容二极管及晶体参数两者的组合特点：●频率精度（准确度）：是10-6～10-5量级●频率范围：1～30MHz●频率稳定度：±50ppm●用途：通常用于锁相环路●封装尺寸：14×10×3mm或更小，SMD 7050、5032、3225、25204、恒温晶振（OCXO）：采用精密控温，使电路元件及晶体工作在晶体的零温度系数点的温度上。
石英晶体的特点
石英晶体是一种极为常见的晶体，主要由二氧化硅(SiO2)构成，具有很多特点和应用价值。
石英晶体具有高硬度和高抗磨性。
在矿物学中，石英晶体是硬度最高的矿物之一，其硬度达到7级。
此外，石英晶体具有很好的耐磨性，可以在高温高压等恶劣环境下长期保持其物理性质。
石英晶体具有很好的光学性能。
石英晶体的折射率很高，因此在光学领域得到了广泛应用。
例如，石英晶体可以用来制造光学棱镜、光学窗口等光学元件，还可以用来制造光学仪器的镜片、透镜等。
石英晶体还具有很好的电学性能。
石英晶体在电场作用下会发生压电效应，即在机械应力作用下，会产生电荷分布，从而产生电场。
这种性质使得石英晶体在电子领域得到了广泛应用，例如制造石英晶体振荡器、滤波器等电子元件，还可以用于制造电子钟表、计算机等电子产品。
石英晶体还具有很好的化学稳定性。
石英晶体不易被化学物质腐蚀，可以在强酸、强碱等腐蚀性环境中长期稳定存在。
这种性质使得石英晶体可以用于制造化学仪器、实验室设备等。
石英晶体具有很多优良的特性和应用价值，其在光学、电子、化学等多个领域都拥有广泛的应用。
随着科技的不断进步，石英晶体的
应用领域还将不断扩展，展现出更大的价值和潜力。
石英晶振频率石英晶振频率是指石英晶体在电场作用下产生的机械振动频率。
它是现代电子技术中广泛应用的一种基础元器件，被广泛应用于通信、计算机、仪器仪表等领域。
本文将从以下几个方面详细介绍石英晶振频率。
一、石英晶体的基本结构和性质石英晶体是由SiO2分子通过共价键连接而成的晶体，具有高硬度、高化学稳定性、高温稳定性等特点。
其结构为三角形六方晶系，具有对称性和周期性。
二、石英晶振频率的产生原理当外加电场作用于石英晶体上时，会使其分子发生机械振动，并且在某些特定条件下，这种振动呈现出固有频率。
这个固有频率就是所谓的石英晶振频率。
三、影响石英晶振频率的因素1. 晶体尺寸：尺寸越小，固有频率越高。
2. 晶体厚度：厚度越薄，固有频率越高。
3. 晶体形状：不同形状的晶体具有不同的固有频率。
4. 晶体纯度：晶体纯度越高，固有频率越稳定。
5. 温度：温度变化会改变晶体的物理结构，从而影响固有频率。
四、石英晶振频率的应用1. 通信领域：用于无线电通信、卫星通信等领域，作为时钟源、频率合成器等元器件。
2. 计算机领域：用于计算机内部时钟源、CPU时钟等元器件。
3. 仪器仪表领域：用于精密测量仪器、医疗设备等领域，作为稳定的时钟源和频率源。
五、石英晶振频率的发展趋势随着科技的发展和需求的不断增加，对于更高精度、更高稳定性的石英晶振频率的需求也越来越大。
目前已经出现了各种新型石英晶振器件，如MEMS型石英振荡器、表面声波滤波器等。
这些新型设备在小尺寸、低功耗、高可靠性等方面都具有优势，将会在未来的应用中得到更广泛的应用。
六、总结石英晶振频率是现代电子技术中不可或缺的基础元器件，其固有频率受到多种因素的影响。
随着科技的不断发展，对于更高精度、更高稳定性的石英晶振频率需求也越来越大。
未来随着新型石英晶振器件的出现，石英晶振频率在各个领域中将会得到更广泛的应用。
石英晶体基础知识石英，学名二氧化硅。
是自然界分布最广的物质之一。
它有五种变体（β石英、α石英、α磷石英、方石英、溶炼石英），其中只有β石英才具有压电效应，当施加压力在晶片表面时 , 它就会产生电气电位 , 相对的当一电位加在芯片表面时 , 它就会产生变形或振动现象 , 掌握这种振动现象 , 控制其发生频率的快慢 , 以及精确程度 , 就是水晶震荡器的设计与应用。
石英晶体的性质石英晶体的化学性质极为稳定，常温下不溶于盐酸、硝酸、硫酸等水和酸，只溶于氢氟酸。
在加热时石英晶体能溶于碱溶液，这个特点成为人造水晶的基础。
因此现在一般采用氟化氢氨对石英晶体进行腐蚀。
石英晶体的结构石英晶体的理想外型见图 1-1 ，从图中可以看出，石英晶体存在左旋与右旋之分，左、右旋晶体为镜像对称。
石英晶体的理想外型总共有三十个晶面，共分五组，每组六个，即：六个 M 面（柱面），六个 R 面（大棱面），六个 r （小棱面），六个 S 面和六个 X 面，这些晶面间的夹角见表 1-1 。
实际上理想的外型是很难见到的，尤其是人工培育的水晶，由于籽晶的切割方位及外型不同使我们看到的形状与上图大不相同，甚至面目全非，各种结晶面不易辨认。
石英晶体的缺陷水晶常见的缺陷有：双晶、包裹体、裂隙、炸裂、贝裂等石英晶体谐振器工作原理如果把交变电压施加于石英晶片两个电极之间，当交变电压的频率与石英晶片固有振动频率一致时，通过逆压电效应，晶片便产生机械振动。
同时又通过正压电效应而输出电信号。
一般石英晶体谐振器的频率范围可以从数百赫兹到几百兆赫兹。
石英晶体谐振器的特性•等效电路如图 1-2 ：•工作原理：晶体振荡器电路有反馈型和负阻性两种，通常用反馈型振荡电路，其工作原理如图 1-3 ：•主要技术要求主要内容包括：工作频率、输出电平和输出阻抗、频率准确度、频率稳定度、老化率、频率微调范围、压控特性、开机特性、功率消耗。
电气特性1 ）谐振特性通过晶片的电流 I 随外加讯号频率 f 而改变，当 F=fm 时，电流有最大值 Im ，这时谐振器阻抗最小。
石英晶体色散方程
【实用版】
目录
1.石英晶体的基本概念和特性
2.色散方程的定义和作用
3.石英晶体的色散特性及其应用
正文
石英晶体是一种广泛应用于光学领域的材料，其独特的物理性质使其在光学元件中有着不可替代的地位。
石英晶体的主要特性之一是其具有较高的折射率，这使得它能够在光学系统中起到很好的聚焦和成像作用。
色散方程是描述光学材料色散特性的一个重要公式，它表示了光在材料中传播时，不同波长的光速度不同的现象。
色散方程可以用来衡量光学材料的色散性能，即材料对不同波长光的折射率的差异程度。
石英晶体的色散特性是其重要的光学特性之一。
石英晶体的色散方程可以用来描述其色散特性，该方程表明，石英晶体的折射率随波长的变化而变化，且其变化具有一定的规律。
这一特性使得石英晶体在光学系统中可以起到很好的色散补偿作用。
总的来说，石英晶体因其高的折射率和独特的色散特性，被广泛应用于光学元件的制作中，如光纤、光学透镜等。
第1页共1页。
石英晶体介绍石英晶体的基本知识水晶的成份SiO2，在常压下不同温度时，石英晶体的结构不同，温度T＜573℃时α石英晶体，当573℃＜T＜870℃时β石英晶体，熔点是1750℃，我们通常说的压电石英晶体指α石英晶体。
1、具有压电特性：压电效应：某些介质由于外界机械作用（如压缩，拉伸等等）而在其内部发生极化，产生表面电荷的现象叫压电效应。
逆压电效应：某些介质置于外电场中，由于电场的作用，会引起介质内部正负电荷中心的位移，导致介质发生形变，这种效应称为逆压电效应。
石英晶体在沿X 轴（或Y 轴）方向的力的作用时，在X 方向产生压电效应，而Y 和Z 方向不产生压电效应，X 轴称为电轴，Y 轴称为机械轴。
2、具有各向异性：石英晶体是一种良好的绝缘材料，导热系数在室温附近，沿Z轴方向是垂直于Z 轴方向的2 倍左右，沿Z 轴方向的线性膨胀系数a3 约为沿垂直于Z 轴方向线性膨胀系数a1 的1/2，其介电系数ε，压电系数d 等随方向的不同其数值也不同，在不同温度，导热系数K 与膨胀系数a 的数值也不同。
3、是外形高度对称的单晶体，其特征是原子和分子有规则的排列发育良好的石英晶体，外形最显著的特点是晶面有规则的配置，石英晶体的晶面共30 个，六个m 面（柱面），六个R 面（大棱面）六个r 面（小棱面）六个s 面（三方偏锥面)，六个X 面（三方偏面），相邻M 面的夹角度为60°，相邻M 面和R面的夹角与相邻M 面和r 面的夹角都等于38°13′，相邻s 面与X 面的夹角为25°57′。
石英晶体存在一个三次对称轴C 和三个互成120°的轴a、b、d，在讨论石英晶体的物理性质时，采用下图所示的直角坐标系较为方便，选C 轴为z 轴，a 或b、d）轴为X 轴，与X 轴Z 轴垂直的Y 轴，其指向按1949 年IRE 标准规定，对左右旋晶体均采用右手直角坐标系。
4、具有双折射现象：但当光沿Z 轴方向射入时不发生双折射现象，所以又称Z 轴为光轴。
石英晶体介绍1、具有压电特性：压电效应：某些介质由于外界机械作用（如压缩，拉伸等等）而在其内部发生极化，产生表面电荷的现象叫压电效应。
逆压电效应：某些介质置于外电场中，由于电场的作用，会引起介质内部正负电荷中心的位移，导致介质发生形变，这种效应称为逆压电效应。
石英晶体在沿X 轴（或Y 轴）方向的力的作用时，在X 方向产生压电效应，而Y 和Z 方向不产生压电效应，X 轴称为电轴，Y 轴称为机械轴。
2、具有各向异性：石英晶体是一种良好的绝缘材料，导热系数在室温附近，沿Z轴方向是垂直于Z 轴方向的2 倍左右，沿Z 轴方向的线性膨胀系数a3 约为沿垂直于Z 轴方向线性膨胀系数a1 的1/2，其介电系数ε，压电系数d 等随方向的不同其数值也不同，在不同温度，导热系数K 与膨胀系数a 的数值也不同。
3、是外形高度对称的单晶体，其特征是原子和分子有规则的排列发育良好的石英晶体，外形最显著的特点是晶面有规则的配置，石英晶体的晶面共30 个，六个m 面（柱面），六个R 面（大棱面）六个r 面（小棱面）六个s 面（三方偏锥面)，六个X 面（三方偏面），相邻M 面的夹角度为60，相邻M 面和R面的夹角与相邻M 面和r 面的夹角都等于3813′，相邻s 面与X 面的夹角为2557′。
石英晶体存在一个三次对称轴C 和三个互成120的轴a、b、d，在讨论石英晶体的物理性质时，采用下图所示的直角坐标系较为方便，选C 轴为z 轴，a或b、d）轴为X 轴，与X 轴Z 轴垂直的Y 轴，其指向按1949 年IRE 标准规定，对左右旋晶体均采用右手直角坐标系。
4、具有双折射现象：但当光沿Z 轴方向射入时不发生双折射现象，所以又称Z 轴为光轴。
5、石英晶体的密度ρ=2、65g/cm2，硬度为莫氏硬度7，在常温常压下不溶于三酸（HCL,H2SO4,HNO3），属于溶解度极小的物质，但是氢氟酸和氟化氢铵却是石英晶体良好的溶解液，其化学反应方程式SiO2+4HF=SiF4+2H2O（3SiF4+3H2O=H2SiO3+2H2SiF6）SiO2+4HF+2NH4F=（NH4）2SiF6+2H2O其特性用于石英片的腐蚀。
深圳市锐晶星电子科技有限公司石英晶體諧振器基礎知識培训教材（共8页）2007年7月1日第一章石英晶体的基本特性第一节石英晶体的压电特性图1-1示出了石英晶体具有压电效应的两种现象。
图1-1a当沿Y 轴加压缩力时，则在X轴正端垂直面上，出现正电荷（晶体的伸缩弯曲振动就是按此激起的）。
图1-1b中当对晶体施加正切应力时，则在垂直Y上述现象表明石英晶体是一种各向异性的结晶体，它具有压电效应。
当沿某一机械轴或电轴施以压力或拉力，则在垂直于这些轴的两个表面上产生异号电荷±q。
其值与机械压力所产生的机械形变（位移）X成正比。
即：q=k 1x ﹎﹍(1-1)式（1-1）所表征的效应称为正压电效应，正压电效应是以机械能为因，电能为果的效应。
石英晶体还具有逆压电效应。
如果在石英晶体片两面之间加一电场E，则视电场的方向不同，晶体将沿电轴或机械轴延伸或压缩，延伸或压缩量X与电场强度E成正比，即：X=K2E ﹍（1-2）式（1-2）所表征的效应称压电逆效应。
是以电能为因，机械能为果的效应。
由上面的讨论可以看出，正、逆压电效应互因果关系。
如果将石英晶体片置于交变电场中，则在电场的作用下，晶体片的体积将起压缩和伸张的变化，由此形成机械振动，晶体的振动属体波振动，当晶体片振动时，逆压电效应使得晶体片具有导电性，这种压电性叫做压电导电性。
石英片固有的振动频率取决于晶体片的几何尺寸、密度、弹性和泛音次数。
当晶体片的固有振动频率与加于其上的电场频率相同时，则晶体片将发生谐振。
此时振动的幅度最大，压电效应在晶体片表面产生的电数值和压电导电性也达最大。
因此，外电路中的交变电流也就最大。
这是用以稳定频率的理论基础。
第二节石英晶体在不同温度下的各种变体在正常的压力下，石英晶体随着温度的不同共有五种不同性质的变体，即：(1)α石英，其温度低于573℃时为稳态，就是我们通常用的压电石英晶体。
(2)β石英,对α石英加温超过573℃时,即转变为β石英,它在573℃～870℃之间为稳态,但此时没有压电效应,也不能用作压电元器件了。
石英晶体基本常识一、基础概念1、石英晶体谐振器:利用石英晶体的逆电压效应制造具有选择频率和稳定频率的无线电元件。
电介质由于外界的机械作用，(如压缩‧伸拉)而在其內部产生变化，产生表面电荷的现象，叫压电效应，如果将具有压电效应的介质至于外电场中，由于电场的作用，会引起介质內部正负电荷中心位移，而这一位移产生效应为逆压电效应2、晶片的主要成分SiO2（二氧化硅）密度：2.65g/cm3分子量：60.063、振动模式晶体分为以下两类：AT基频：BT 在振动模式最低阶次的振动频率CTDT3次泛音：5次晶体振动的机械谐波，泛音频率与基频频率之比，7次接近整倍数，又不是整倍数。
9次AT与BT如何区分1)通过测量晶片厚度AT厚度t=1670/F0 F0-晶体标称频率BT厚度t=2560/F02)通过温选根据晶片的拟合曲线来确定3)通过测量晶体的C0、C1、TS、L、T来确定4、按规格分为：HC-49S，HC-49U，HC-49S/SMD，表晶(3*8、2*6)，UM系列等HC-49S HC-49U HC-49S/SMD 表晶陶瓷SMD 钟振UM系列5、标称频率：晶体技术条件中所给定的频率，如4.000MHz，12.000MHz，25.000MHz等6、调整频差：在规定条件下，基准温度时，工作频率相对于标称频率所允许的偏离值(如：±30ppm、±25ppm)7、串联谐振频率(FR)：晶体本身固有的频率8、负载谐振频率(FL)：在规定条件下，晶体与一负载电容相并联或相串联，其组合阻抗呈现出来的谐振频率。
9、负载电容：在振荡电路中晶体两脚之间所有的等效电容量之和.在通常情况下IC厂家在规格书中都会给出推荐的晶体匹配电容.说明：负载电容CL是组成振荡电路时的必备条件。
在通常的振荡电路中，石英晶体谐振器作为感抗，而振荡电路作为一个容抗被使用。
也就是说，当晶体两端均接入谐振回路中，振荡电路的负阻抗-R和电容CL即被测出，这时，这一电容称为负载电容。
石英的晶系结构石英是一种常见的矿物，它具有特殊的晶系结构。
石英晶系结构属于三斜晶系，是一种六角棱柱形的晶体结构。
下面将详细介绍石英的晶系结构及其特点。
石英的晶系结构属于三斜晶系，它的晶体形状呈六角棱柱状。
石英晶体的外形通常为六面体或六角柱，顶端有一个六角锥。
石英晶体的晶面有很多种，其中最常见的有（0001）、（1010）、（0110）等。
石英的晶系结构非常规则，晶体对称性较高。
石英晶体的晶胞结构由硅氧四面体构成，硅氧四面体的中心是硅离子，四个顶点是氧离子。
硅氧四面体通过共享氧离子形成了三维网状结构，这也是石英晶体硬度高、化学稳定性强的原因之一。
硅氧四面体的连接方式决定了石英晶体的晶系结构。
石英晶体的晶胞结构中含有很多的孔隙，这些孔隙可以容纳水分、杂质等物质。
其中，含水石英晶体中的孔隙可以被热处理去除，形成无水石英晶体，提高其透明度和光学性质。
石英晶体的晶系结构决定了其光学性质的特殊性。
石英晶体具有双折射性，即光线在进入石英晶体时会发生折射，折射光线的方向与入射光线不重合，这种现象被称为石英晶体的双折射现象。
石英晶体还具有压电效应，即在外力作用下会产生电荷分离，形成电场。
这些特殊的光学性质使石英晶体在光学领域有着广泛的应用。
石英晶体还具有很高的熔点和热稳定性，可以耐受高温的作用。
石英晶体还具有较好的电绝缘性能和化学稳定性，广泛应用于电子、光学、陶瓷等领域。
总的来说，石英的晶系结构属于三斜晶系，晶体形状为六角棱柱状，晶胞结构由硅氧四面体构成。
石英晶体具有双折射性、压电效应等特殊的光学性质，同时还具有高熔点、热稳定性、电绝缘性能和化学稳定性等特点。
石英晶体的晶系结构使其在各个领域有着广泛的应用。
石英晶体基础知识目录一、石英晶体的基本知识 (2)1、化学物理特性 (2)2、石英晶体的振动模式 (3)3、石英晶片的切型 (5)二、AT 石英谐振器的特性 (8)1、频率方程 (8)2、AT 切石英谐振器的频率温度特性 (8)三、AT 切石英谐振器的加工制造 (15)1、X 光定向粘板 (15)2、石英晶片切割 (16)3、X 光测角 (17)4、粘砣，切籽晶及改圆 (17)5、研磨 (18)6、滚筒倒边 (18)7、石英片的腐蚀 (19)8、镀基膜 (19)9、石英晶体的装架 (20)10、微调 (22)11、真空烘烤和封装 (22)12、密封性能检查 (23)13、石英谐振器的老化 (23)14、石英谐振器的测试 (23)一、石英晶体的基本知识1、化学物理特性①水晶的成份SiO2，在常压下不同温度时，石英晶体的结构不同，温度T＜573 ℃时α石英晶体，当573℃＜T＜870℃时β石英晶体，熔点是1750℃，我们通常说的压电石英晶体指α石英晶体。
②具有压电特性：发现压电效应：某些介质由于外界机械作用（如压缩，拉伸等等）而在其内部发生极化，产生表面电荷的现象叫压电效应。
逆压电效应：某些介质置于外电场中，由于电场的作用，会引起介质内部正负电荷中心的位移，导致介质发生形变，这种效应称为逆压电效应。
石英晶体在沿X 轴（或Y 轴）方向的力的作用时，在X 方向产生压电效应，而Y 和Z 方向不产生压电效应，X 轴称为电轴，Y 轴称为机械轴。
③具有各向异性：石英晶体是一种良好的绝缘材料，导热系数在室温附近，沿Z轴方向是垂直于Z 轴方向的2 倍左右，沿Z 轴方向的线性膨胀系数a3 约为沿垂直于Z 轴方向线性膨胀系数a1 的1/2，其介电系数ε，压电系数d 等随方向的不同其数值也不同，在不同温度，导热系数K 与膨胀系数a 的数值也不同。
④是外形高度对称的单晶体，其特征是原子和分子有规则的排列发育良好的石英晶体，外形最显著的特点是晶面有规则的配置，石英晶体的晶面共30 个，六个m 面（柱面），六个R 面（大棱面）六个r 面（小棱面）六个s 面（三方偏锥面)，六个X 面（三方偏面），相邻M 面的夹角度为60°，相邻M 面和R面的夹角与相邻M 面和r 面的夹角都等于38°13′，相邻s 面与X 面的夹角为25°57′。
石英，学名二氧化硅。
是自然界分布最广的物质之一。
它有五种变体（β石英、α石英、α磷石英、方石英、溶炼石英），其中只有β石英才具有压电效应，当施加压力在晶片表面时 , 它就会产生电气电位 , 相对的当一电位加在芯片表面时 , 它就会产生变形或振动现象 , 掌握这种振动现象 , 控制其发生频率的快慢 , 以及精确程度 , 就是水晶震荡器的设计与应用。
石英晶体的化学性质极为稳定，常温下不溶于盐酸、硝酸、硫酸等水和酸，只溶于氢氟酸。
在加热时石英晶体能溶于碱溶液，这个特点成为人造水晶的基础。
因此现在一般采用氟化氢氨对石英晶体进行腐蚀。
石英晶体的理想外型见图 1-1 ，从图中可以看出，石英晶体存在左旋与右旋之分，左、右旋晶体为镜像对称。
石英晶体的理想外型总共有三十个晶面，共分五组，每组六个，即：六个 M 面（柱面），六个 R 面（大棱面），六个 r （小棱面），六个 S 面和六个 X 面，这些晶面间的夹角见表 1-1 。
实际上理想的外型是很难见到的，尤其是人工培育的水晶，由于籽晶的切割方位及外型不同使我们看到的形状与上图大不相同，甚至面目全非，各种结晶面不易辨认。
水晶常见的缺陷有：双晶、包裹体、裂隙、炸裂、贝裂等
如果把交变电压施加于石英晶片两个电极之间，当交变电压的频率与石英晶片固有振动频率一致时，通过逆压电效应，晶片便产生机械振动。
同时又通过正压电效应而输出电信号。
一般石英晶体谐振器的频率范围可以从数百赫兹到几百兆赫兹。
•等效电路如图 1-2 ：
•工作原理：晶体振荡器电路有反馈型和负阻性两种，通常用反馈型振荡电路，其工作原理如图 1-3 ：
•主要技术要求主要内容包括：工作频率、输出电平和输出阻抗、频率准确度、频率稳定度、老化率、频率微调范围、压控特性、开机特性、功率消耗。
1 ）谐振特性
通过晶片的电流 I 随外加讯号频率 f 而改变，当 F=fm 时，电流有最大值 Im ，这时谐振器阻抗最小。
当 f=fa 时，电流最小值为 In ，这时谐振器阻抗最大。
当谐振器机械损耗很小时， fm 、 fa 与谐振 fr 及反谐振频率 fa 近似相等。
一般石英谐振器 fm 和 fa 可近似地看做谐振频率和反谐振频率。
在谐振频率附近，石英晶体谐振器和由 LC 组成的串联电路的谐振特性是完全相同的。
图 1-4 石英谐振器的谐振特性
2 ）频率温度特性
石英晶体谐振器和频率随温度变化的关系称做频率温度特性。
图 1-5 是厚度曲变 AT 型切割频率温度特性曲线 , 从其切割角度之参数曲线图可看出 , AT 切割频率温度特性曲线 , 类似于一元三次方程式的曲线 , 显示在特定的温度范围内 , 有很好的频率稳定特性 . 是目前水晶振荡器最常使用的切割型式
3 ）老化特性
（ 1 ）石英晶体谐振器在使用、贮存过程中频率随时间变化的现象称为老化。
老化特性直接影响晶体振荡器的频率稳定度。
（ 2 ）老化原因：由于应力的恢复、质量吸附或这两者结合而形成的。
随着二十世纪电子产业的蓬勃发展 , 石英晶体谐振器的应用范围越来越广，消费性产品：如数字电视 , 游乐器 , 数码相机 , 手表等。
信息产品：如个人计算机 , 及其外围设备 , 手提电脑 , 及硬盘等。
通讯产品：如移动电话 , 无线电电话 , 及呼叫器等 . 网络产品：如调制解调器 , IA 产品 , 甚至蓝芽套件等。
都是必须使用石英水晶振荡器来组成时序电路。
尤其最近各种电子产品的体积越做越小 , 石英晶体振荡器也必须小型化 , 故表面黏着式（ SMT ）石英晶体振荡器应运而生 , 除了达到小型化的目的外 , 因信号源头传导路径的缩短 , 相对的在系统设计时 , 增加了振荡器的触发能力 , 也降低电磁干扰的问题。
一、关于PbTiO3压电陶瓷
PbTiO3陶瓷最突出的特点是Kt大，Kt/Kp值大，ε小，温度系数好，居里温度高。
因此，该材料在高频，高温领域有广泛的应用价值，也是各国科研人员争相开发、研制的热门材料之一，此材料的未来发展，大有希望。
钛酸铅陶瓷，实际上是在锆钛酸铅陶瓷广泛使用后才发展起来的，与BaTiO3陶瓷一样，PbTiO3陶瓷在室温时，Pb2+、Ti4+和O2－的离子都要发生偏离原型结构（立方结构）的平衡位置的位移，由于晶胞内正负荷中心不重合，晶体在C轴方向产生自发极化，PbTiO3单晶在室温下，自发极化强度为75×10－2库仓/米2。
由于纯PbTiO3陶瓷在生产工艺上很难烧结，冷却到居里温度时，会破碎成粉末。
因此，生产过程中，必须对其掺杂改性，才能烧
结成致密性好的陶瓷。
一般添加物在PbTiO3陶瓷中的改性，大致分三种形式。
1、用Sr和Ca等二价离子取代Pb离子，其特点是使居里温度下降，减小自发应变，使陶瓷致密。
2、用La、Bi、和Nd等离子取代Pb空位，其特点是稳定PbTiO3陶瓷，防止开裂，容易极化。
3、用Fe、Nb、Ta、Mg、Zn、Mn、Ni、Sb、In和Co等元素的离子代Ti离子，补偿取代后的特点是压电性能大为改善，组成性能类似于锆钛酸铅陶瓷。
一般采用三者结合掺杂，使PbTiO3陶瓷达到理想的品位。
二、如何判断PbTiO3压电陶瓷的好坏
压电陶瓷的基本参数有：介电常数、弹性常数、压电常数和机电偶合系数，还有介质损耗、机械品质因子、频率常数、居里温度、质量密度、老化性能和温度性能等。
下面介绍几种基本参数：
1、频率常数
压电陶瓷振子的谐振频率与沿振子振动方向的长度的乘积为一个常数，称为频率常数，单位为千赫·米。
压电陶瓷振子的频率常数与材料的性质有关，与振子的外形尺寸大小无关。
2、介质损耗
介质在交变电场的作用下，由发热而导致的能量损耗。
称之为介质损耗。
介质损耗由极化损耗、漏电损耗、介质不均匀损耗等组成。
介质损耗用损耗角的正切值表示、符号为tgα，其倒数Qe称为电学品质因子。
tgα和Qe都是无量纲的数值，一般介质损耗大的材料其性能也比较差。
3、机械品质因子
机械品质因子（用Qm表示），它代表压电陶瓷谐振时，因克服内摩擦而消耗的能量，它是衡量材料性能的一个重要参数：
式中：Co为静态电容，C1为动态电容，R为动态电阻，Δf为振子的反谐振频率fa与谐振频率fr之差。
三、压电陶瓷谐振器工艺流程
1、振子部份
基片抽样（确定厚度）→粗磨→细磨→厚度检测（气动测微仪）→超声清洗烘干→印刷脚电极银层→烘干→烧银→目测检验→超声清洗烘干→真空镀膜→目测检验→极化→清洗烘干→带宽分选→印刷油墨→烘干→放大检验→酸处理→清洗→油墨清洗→烘干→检测→切割→清洗烘干→检测分档→验收入库
2、器件生产部份
频率抽检→涂助焊剂→焊锡→清洗检验→点蜡→检验→酚醛包封→自然干燥→排蜡固化→打印→烘干剪脚→检测分选→检验包装→验收入库
四、钛酸铅陶瓷片的极化
不同类型的材料，因其矫顽场强，饱和场强，居里温度，电阻温度关系等都有较大的差别，因而极化条件也就不同。
极化条件对发挥压电陶瓷潜在的机电效应有着决定作用。
极化前进行热去极化，以及极化的不同冷却方式，对极化效果也有着很大的影响。
极化条件一般指：极化温度，极化时间，极化电压等。
下面讲述三次谐波钛酸铅陶瓷的极化条件
1、极化温度
因为温度高时样品中的电偶极子比较容易活动，在电场作用下，比较容易定向排列，所以极化就比较完全，一般采用硅油或变压器油作为媒介物，对它的要求要有良好的绝缘性能。
不过，温度太高，样品的绝缘电阻变小而容易被击穿，所以温度也不是越高越好。
根据江阴市华清方正电子有限公司其子公司多年的生产经验，油温一般控制在115℃～120℃为宜。
2、极化电压
极化电压实际上是指在瓷片极化方向单位长度上的电压，也就是极化场强，极化电压越高，促使电畴沿电场方向排列的作用就越大。
一般地讲，当外界电场超过压电体的矫顽场强时，压电体的大部份电畴基本完成定向排列，不过需要维持较长的时间，但还不可能充分挖掘其压电性能。
为使其充分完成电畴的定向排列，将电压提高到饱和场强当然是最有效的，不过很容易引起陶瓷片的击穿，根据经验表明：江阴市华清方正电子有限公司的基片，最好控制在5000V/mm～6000V/mm
3、极化时间
极化时间长一点，对电畴的定向排列，肯定是有效的，但太长了电性能也改善不了多少，且生产周期的延长，还会影响正常生产。
根据材料本身的绝缘电阻、致密性，均匀性等一般情况下，保持10～15分钟就可以了。
极化操作注意事项
1、真空镀膜后的陶瓷片先要磨边，或油墨印刷及酸洗法，使陶瓷片有一定的留边量，防止极化时产生飞弧，同时经常过滤硅油或定期更换。
2、极化槽内的油温达到设定温度后，再行操作，以保持产品极化的一致性。
3、产品夹在电极中间时，应夹紧夹牢，夹具浸入油槽时，速度要慢，防止陶瓷片因温度突变，发生炸裂。
4、接通高压前，应低压预极化1分钟以上，然后慢慢将电压调到设定值，防止突然加压，使陶瓷片击穿，炸裂等。
5、每天洗除极化台上的杂质，定期检查触发开关，防止带电操作，保障人生安全。
