ConnorWinfield石英晶體XL-1C-012.0M老化性能介紹
一，介紹
老化是晶體頻率隨時(shí)間的變化。必須在中考慮器件壽命期間的這種頻率變化 申請(qǐng)。了解衰老的原因和方法用于測(cè)量它，啟用預(yù)測(cè)速率的方法設(shè)備的壽命(10至20年)。
二，老化原因
老化有兩個(gè)主要原因：傳質(zhì)和壓力

如果設(shè)計(jì)以應(yīng)力為主，老化曲線將接近A (t)。同樣地，如果設(shè)計(jì)以污染為主，老化過(guò)程將接近B (t)。

在現(xiàn)實(shí)世界中，這兩種機(jī)制都存在的。通過(guò)觀察上面的曲線，指出這些曲線的對(duì)數(shù)性質(zhì)是很重要的。晶體在其生命早期的老化速度很快，但往往會(huì)隨著時(shí)間的推移而穩(wěn)定下來(lái)。

1.傳質(zhì)

石英晶體隨著質(zhì)量從晶圓中加入或去除而改變頻率。在晶圓片上或包裝中未被解釋的材料可能會(huì)沉積或離開(kāi)石英晶振的表面，并改變?cè)O(shè)備的頻率。在實(shí)踐中，晶體制造過(guò)程的設(shè)計(jì)是為了保持所有材料盡可能的清潔。如果在表面添加或去除質(zhì)量等于1½的單層石英的污染，則頻率將改變每兆赫的1ppm。晶體工藝盡可能清潔，以達(dá)到良好的老化性能是非常重要的。

2.應(yīng)力

當(dāng)施加應(yīng)力時(shí)，石英晶體會(huì)改變頻率。這種壓力可以來(lái)自于任何一種或所有的幾種來(lái)源。封裝和安裝，環(huán)氧樹(shù)脂連接，金屬薄膜，和石英本身可以是應(yīng)力的來(lái)源。如果應(yīng)力在該部件的使用壽命中是恒定的，則頻率將保持不變。然而，在現(xiàn)實(shí)世界中，壓力會(huì)隨著時(shí)間的推移而放松，因此，壓力相關(guān)的就會(huì)老化。

包裝和安裝：包裝材料（金屬或陶瓷）的膨脹系數(shù)與石英不同。當(dāng)石英被粘結(jié)在支架上時(shí)，它通常在高溫下固化。當(dāng)零件冷卻時(shí)，熱膨脹使石英受到應(yīng)力作用。正確的安裝設(shè)計(jì)可以幫助減少這種情況

環(huán)氧樹(shù)脂：導(dǎo)電性環(huán)氧樹(shù)脂或膠水，用于使電氣連接到包裝。在固化過(guò)程中，環(huán)氧樹(shù)脂會(huì)收縮，并通過(guò)接頭對(duì)石英施加應(yīng)力。更軟的環(huán)氧樹(shù)脂和硅可以用來(lái)減少這種影響。然而，環(huán)氧樹(shù)脂（由于出氣）是潛在的一個(gè)重要污染源。

石英：石英晶體水晶振動(dòng)子中的應(yīng)力可以來(lái)自于晶棒的生長(zhǎng)過(guò)程或切割、研磨和拋光的加工過(guò)程。

合成石英是在來(lái)自種子材料的高壓釜中生長(zhǎng)的。種子的質(zhì)量，以及生長(zhǎng)周期中溫度和壓力的一致性影響著桿中缺陷的數(shù)量。這些缺陷，無(wú)論是污染晶格結(jié)構(gòu)的或位錯(cuò)，都可以是應(yīng)力點(diǎn)。

石英是一種脆性材料。切削、研磨和研磨過(guò)程導(dǎo)致過(guò)程中使用的磨粒產(chǎn)生小的表面裂紋。這些小裂紋在石英貼片晶振中產(chǎn)生應(yīng)力。使用化學(xué)蝕刻的工藝可以大大減少或消除表面[3]中的這種應(yīng)力。

三，測(cè)量老化

為了提高老化性能，或確保符合規(guī)范要求，準(zhǔn)確的測(cè)量是關(guān)鍵。可以使用幾種方法，每一種方法都允許在時(shí)間、成本和準(zhǔn)確性上進(jìn)行權(quán)衡。一個(gè)設(shè)備的真正老化只能通過(guò)在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)將其放置在電路和頻率中來(lái)測(cè)量。這是不實(shí)際的。因此，有必要通過(guò)一種方法來(lái)模擬10年或20年的壽命來(lái)確保老化性能。通過(guò)在高溫下加速老化來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

1，人工老化

通過(guò)將溫度提高到正常工作溫度以上，可以加速晶體中的老化。軍事規(guī)格[4]已經(jīng)使用了85°C 30天和105°C 168小時(shí)，這相當(dāng)于一年在25°C。其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)使用85°C，第一年老化1000小時(shí)。對(duì)于時(shí)間較長(zhǎng)，溫度較低的情景[6]，測(cè)試的精度較好。康納-溫菲爾德使用85°C，1000小時(shí)作為其資格鑒定的標(biāo)準(zhǔn)。

2，被動(dòng)與主動(dòng)：現(xiàn)在我們已經(jīng)確定了時(shí)間和溫度，下一個(gè)問(wèn)題是如何收集數(shù)據(jù)。目前使用了兩種方法。

第一種方法是被動(dòng)老化。在烘烤前后，零件在室溫測(cè)量系統(tǒng)中進(jìn)行序列化和測(cè)量。這是成本最低的選擇，但它犧牲了準(zhǔn)確性。被動(dòng)時(shí)代可以篩選傳單，并作為一個(gè)過(guò)程控制，它提醒制造商的問(wèn)題。

第二種方法是主動(dòng)老化，這是通過(guò)將每個(gè)晶體單元放置在一個(gè)振蕩器電路中來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以便在零件在烤爐中時(shí)就可以進(jìn)行頻率測(cè)量。每天可以進(jìn)行幾次測(cè)量，以便可以為每個(gè)單位繪制一條數(shù)據(jù)曲線。這條曲線可以用數(shù)學(xué)方法擬合，然后隨時(shí)間投影出來(lái)，允許一個(gè)長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)[7]。主動(dòng)老化方法的精度更高，但成本更高。

主動(dòng)老化的另一個(gè)好處是驅(qū)動(dòng)晶體的影響。在測(cè)試過(guò)程中主動(dòng)振動(dòng)晶體更符合真實(shí)世界的條件。被動(dòng)老化在測(cè)試過(guò)程中不會(huì)驅(qū)動(dòng)晶體。