CN101895272A

CN101895272A - 一种抑制石英晶体谐振器寄生响应的方法

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Publication number: CN101895272A
Application number: CN 201010223957
Authority: CN
Inventors: 陈新
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2030-07-12
Also published as: CN101895272B

Abstract

本发明公开了一种抑制石英晶体谐振器寄生响应的方法，它包括以下步骤：(1)镀电极：将清洗干净的石英晶片置于蒸镀夹具内，放入镀膜机内，按照镀膜工艺在晶片两面中间部分镀上金属电极；(2)将镀有电极的晶片划分为由e区和s区，e区为电极区，s区为e区之外其他的区域，建立晶片的声波导模型；(3)按照上架点胶工艺在晶片e区边沿至s区边沿之间的区域点上寄生抑制点，使程差与声波导的波长的比值不等于整数值；(4)将含寄生抑制点的石英晶片封装成型，即制得能抑制寄生响应的石英晶体谐振器。本发明的有益效果是：可以有效抑制通带范围内的寄生响应，提高了产品质量和合格率，具有工艺简单、成本低廉、可操作性好等特点。

Description

一种抑制石英晶体谐振器寄生响应的方法

技术领域

本发明涉及一种石英晶体谐振器的制作方法，特别是涉及一种抑制石英晶体谐振器寄生响应的方法。

背景技术

用石英晶体谐振器所设计制成的晶体振荡器和晶体滤波器、具有十分优良的稳频和选频功能，是现代通信、雷达、定时、测控等军民用电子设备中不可缺少的关键器件。由于在石英晶体谐振器谐振频率的高边近旁存在着非谐的“寄生响应”，使其在展宽晶体滤波器通带宽度和提高其阻带衰减特性、以及进一步提高晶体振荡器的性能等方面造成了困难。

目前所使用的方法有通过减小电极尺寸来抑制寄生，有一定抑制效果，但电极小后等效电阻增大；还有采用改变电极尺寸或镀膜量来进行设计，有较好控制寄生的效果，但是由于对工艺要求高，不易在生产过程中进行调整，生产成本很高，产品合格率低下。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有技术的缺点，提供一种有效地抑制石英谐振频率的近旁寄生响应的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：一种抑制石英晶体谐振器寄生响应的方法，它包括以下步骤：

(1)镀电极：将清洗干净的石英晶片置于蒸镀夹具内，放入镀膜机内，按照镀膜工艺在晶片两面中间部分镀上金属电极；

(2)将镀有电极的晶片划分为由e区和s区，e区为电极区，s区为e区之外其他的区域，建立晶片的声波导模型；

(3)按照上架点胶工艺将蒸镀好的晶片固定到支架上，在e区边沿至s区边沿之间的区域点上寄生抑制点，使程差与声波导的波长的比值不等于整数值；

(4)将含寄生抑制点的石英晶片封装成型，即制得能抑制寄生响应的石英晶体谐振器，入库待用。

其中，寄生抑制点为含吸有波材料的银胶。

抑制点的数量至少为2，抑制点的大小为0.1-1mm。

所述的程差为e区外沿与s区外沿的距离的2倍。

根据不同的频率及滤波器要求的通带宽度，抑制点的数量为2或2个以上，点的大小可从0.1-1mm，分布区域可从电极边沿到晶片边沿。抑制点数越多，胶粒越大对于寄生的抑制效果越好；但谐振器的等效电阻也会明显增大，对于抑制点的分布区域主要取决于晶体谐振器的频率(及驻波)，吸波材料的作用主要起到有效抑制寄生同时降低胶粒对谐振器等效电阻的影响。

以下就本发明对寄生响应的抑制机理做进一步说明：

1、石英晶体谐振器晶片的“声波导”模型及特性分析

(1)石英晶片的“声波导”模型

石英晶体谐振器所用石英晶片，大多采用AT切型，为了能通过“逆压电效应”对晶片实现电的激励，在晶片的中间部分镀有金属电极，可将镀有电极的晶片视为由e区和s区组成的声波导模型，如图1。声波导的e为源区，它是外部电激励的入口，存在与其晶片厚度b_s和电极质量负载所决定的固有谐振频率ωec(e区截止频率)；波导的s区也有与其厚度b_s相关的固有谐振频率ωsc(s区截止频率)，并有ωsc＞ωec。对于在晶片中由电极区激励所产生的为厚度剪切弹性波，沿晶片x轴方向传播的称为厚度切变波(Ts1)，沿轴z’方向传播的称为厚度扭转波(TT3)，二者统称为T(ω)波(式中角频率ω＝2πf)。由于石英晶片为各向异性材料，在不同方向上T(ω)波的传播速度各不相同，为使分析简化，图1中所示仅为T(ω)波在Y′z′的二维平面内沿z’方向的传播的状况，对其它方向的分析均可按此类推。

(2)T(ω)波的传播特性

已知弹性波动方程的标准型式为：

式中v＝(μ/ρ)^1/2为声波在晶片中某方向的传播速度，μ为弹性常数，ρ为声传播介质的密度。

设定(1)式的通解如下：

u＝Usinαy’e^{j(βZ′-ωt)} (2)

式中：α为波数，β为传播衰减系数，ω为角频率(ω＝2πf)

利用边界条件，可求得(2)式中的常数α

即在自由边界情况下，在y’＝±b_s/2处，应力为零，即：òu/òy’＝0

由(2)式对y’取偏导

即得òu/òy’＝Ue^{j(βZ′-ωt)}cosαy’＝0 (3)

如(3)式为零只能是cosαy’＝0 (4)

要满足(4)式为零必有αb_s/2＝(2n-1)π/2 n＝1，2，3.4…

令：(2n-1)＝P

得到常数α：α＝Pπ/b_s P＝1，3，5…(5)

再将(5)式代入(2)式，经运算得

u＝Usin(Pπ/b_s)y’e^{j(βZ′-ωt)} (6)

将(6)式代入(1)式可得：

ò²u/òt²＝-Uω² (7)

则有：v²(α²+β²)＝ω²

即得至常数β：β＝{(ω/v)²-(Pπ/b_s)²}^1/2 (9)

从对(9)式分析，可得到β值存在为虚、实的两种情况，即：

当(ω/v)²≥(Pπ/b_s)²时令Pπv/b_s＝ω_sc(截止频率)

即在ω≥ω_sc时β＝β_R为实数

当(ω/v)²＜(Pπ/b_s)²时

即在ω＜ω_sc时β＝β_i＝jγ_s为虚数(γ_s正实数)

将(5)、(9)式代回(2)式，即得到波动方程的确定解：

u＝Usin(Pπ/b_s)y’e^{j(βRZ′-ωt)}(β＝β_R为实数) (10-1)

u＝Usin(Pπ/b_s)y’e^-jωte^-γsz’(γ_s正实数) (10-2)

通过分析(10-1)(10-2)式，可得AT切声波导具有以下特性，即：

1)当ω＜ω_ec，T(ω)波将在e区被衰减掉； (11)

2)当ω_sc＞ω≥ω_ec T(ω)波能在e区自由传播；

其进入s区则将随距离按指数率而衰减； (12)

3)当ω＞ω_sc T(ω)波只能在晶片“s”区传播。(13)

2、石英晶体谐振器中晶片(声波导)的频率特性及“寄生响应”形成的机理和条件

(1)石英谐振晶片的频率特性

根据(11)(12)(13)式所得结论，石英晶体谐振器晶片的频率响应特性相应于由两节高通滤波特性的组合，如图2。可以看出，寄生响应只能在ωec和ωsc之间出现。

(2)“寄生响应”形成的机理及条件

由石英谐振晶片的e区所激起的发射波T(ω)，在s区将以速度v_s而向四周传播，并随离开e区的距离按指数率而衰减，当到达晶片边缘而返回到e区时，它与发射波T(ω)相干叠加，按前所述，只有在满足其程差Δ＝nλ(n为整数)条件时，才会在e区产生强谐振(寄生响应)；而且它只能在ω_sc＞ω≥ω_ec范围内以离散的形式出现。

根据前面分析所得的结论，提出抑制石英晶体谐振器寄生响应的方法如下：

根据前述当满足Δ＝nλ(n为整数的程差条件)时，即会在e区产生寄生响应的机理。为了抑制石英晶体谐振器的寄生响应，本发明提出了通过破坏程差条件实现抑制寄生响应的方法如下：即

寄生响应产生的条件2d＝nλ(n＝1，2，3….) (14)

或2d/λ＝n(n＝1，2，3….) (15)

认为只要使n≠1，2，3…，可通过改变(15)式中的λ或d值来实现。

在石英晶体谐振器晶片和电极已设计确定的情况下，采用改变λ值的方法较为适宜。

根据v＝λf＝λω/2π(f＝ω/2π)

可得λ＝2πv/ω式中v＝(μ/ρ)^1/2 (16)

即可采取改变(16)式中ρ或μ的方法，即可改变传播速度v或波长λ，使(15)式中的n不为整数，进而达到实现抑制寄生的目的。

本发明的有益效果是：可以有效抑制通带范围内的寄生响应，提高了产品质量和合格率，具有工艺简单、成本低廉、可操作性好和可监视强等特点。

附图说明

图1石英晶体谐振器电极的晶片声波导模型图

图2石英晶体谐振器晶片的频率响应特性图

图3带有电极的石英晶体谐振器晶片的结构示意图(俯视图)

图4带有电极的石英晶体谐振器晶片的结构示意图(主视图)

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

如图3、图4，对于园形晶体片Φs和它的同心电极Φe，园形晶体片的厚度为b_s，其电极到晶片边缘的距离为d，在e区激发的弹性波T(ω)向四周传播，由于石英晶片的各向异性，即在各个方向的传播速度v各不相同，故其波长λ也不同，因此总会在某方向上存在满足2d/λ＝n为整数的条件，而产生寄生响应。

一种抑制石英晶体谐振器寄生响应的方法，它包括以下步骤：

(3)按照上架点胶工艺将蒸镀好的晶片固定到支架上，在e区边沿至s区边沿之间的部分区域点上寄生抑制点，使程差与声波导的波长的比值不等于整数值；

其中，所述的寄生抑制点为含吸有波材料的银胶。

所述的抑制点的数量至少为2。

所述抑制点的大小为0.1-1mm。

所述的程差为e区外沿与s区边沿的距离的2倍。

在e区边沿至s区边沿之间的部分区域点上寄生抑制点目的，就是要在S区设置障碍，破坏程差条件使n不为整数，实现寄生响应的有效抑制。

Claims

1.一种抑制石英晶体谐振器寄生响应的方法，其特征在于它包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种抑制石英晶体谐振器寄生响应的方法，其特征在于：所述的寄生抑制点为含吸有波材料的银胶。

3.根据权利要求1所述的一种抑制石英晶体谐振器寄生响应的方法，其特征在于：所述的抑制点的数量至少为2。

4.根据权利要求1所述的一种抑制石英晶体谐振器寄生响应的方法，其特征在于：所述抑制点的大小为0.1-1mm。

5.根据权利要求1所述的一种抑制石英晶体谐振器寄生响应的方法，其特征在于：所述的程差为e区外沿与s区边沿的距离的2倍。