CN111641389A - 一种表贴温补晶振设计方法 - Google Patents

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睢建平
潘立虎
郑文强
崔巍
段友峰
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/02—Details
    • H03B5/04—Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. power supply, load, temperature

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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Abstract

本发明公开一种表贴温补晶振设计方法，该方法为，先对表贴温补晶振的设计参数进行确认，再根据设计参数对表贴温补晶振的陶瓷底座、温补芯片、石英振子和金属盖板进行选取及设计，设计完后对表贴温补晶振进行调试和试验验证，若调试和试验验证满足表贴温补晶振设计参数要求，则结束设计流程，若调试和试验验证不满足表贴温补晶振设计参数要求，则重新采用前述步骤进行设计。本发明所述的方法是专门针对表贴温补晶振设计的，此设计流程缩短了设计步骤，提高了设计的效率和准确性，通过此方法可以提高设计过程中表贴温补晶振设计的准确性。

Description

一种表贴温补晶振设计方法
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种表贴温补晶振设计方法。
背景技术
表贴温补晶体振荡器作为系统中电子设备的频率信号发生器，有着大量且广泛的应用。由于其可以产生整个电子设备中的频率信号，常被称为电子设备的“心脏”。
表贴温补晶体振荡器通常由陶瓷底座、温补芯片、石英振子和金属盖板等部分构成。其中，陶瓷底座用于放置温补芯片、石英振子和金属盖板，并对各个部分进行电气连接和提供最终输入输出端口。温补芯片用于配合石英振子产生振荡回路，并对石英振子进行温度补偿计算，最终输出高精度的频率信号。石英振子为镀上金电极膜的石英晶片，用于配合温补芯片产生振荡回路。金属盖板用于和陶瓷底座密封到一起，组成产品的外部封装。
传统的对表贴温补晶振进行设计方法通常是利用经验进行设计的，目前对表贴温补晶振的设计工作并没有一套确定的设计流程及设计方法，设计的类型和步骤都不固定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设计合理，提高了设计的效率和准确性的表贴温补晶振设计方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明是一种表贴温补晶振设计方法，其特点是，该方法为，先对表贴温补晶振的设计参数进行确认，再根据设计参数对表贴温补晶振的陶瓷底座、温补芯片、石英振子和金属盖板进行选取及设计，设计完后对表贴温补晶振进行调试和试验验证，若调试和试验验证满足表贴温补晶振设计参数要求，则结束设计流程，若调试和试验验证不满足表贴温补晶振设计参数要求，则重新采用前述步骤进行设计。
优选地，该设计方法包括如下具体步骤，
(1)对表贴温补晶振的设计参数进行确认
对表贴温补晶振的封装形式、频率、工作电压、初始频率准确度、频率温度稳定度、工作温度范围、输出波形等参数进行确认；
(2)对表贴温补晶振各部分进行设计
表贴温补晶振由陶瓷底座、温补芯片、石英振子和金属盖板组成，温补芯片的大小能满足陶瓷底座的放置和电气连接要求，石英振子和温补芯片的性能指标能满足频率准确度和温度稳定度等性能指标的要求，表贴温补晶振的机械和热结构能满足环境试验的要求等；
(3)对温补芯片和陶瓷底座的连接及键合进行设计
选取好陶瓷底座和温补芯片后，对温补芯片和陶瓷底座的连接相对位置和连接材料的选取，对温补芯片和陶瓷底座的键合方式和键合连线布局布线进行设计，使温补芯片和陶瓷底座的连接及键合应能很好的和内部其他部分及外部的端口进行连接；
(4)对石英晶片的尺寸和切角进行设计
选取好温补芯片和陶瓷底座的连接及键合方式后，根据温补晶振的频率温度稳定度，对石英晶片的尺寸和切角进行设计；
(5)对石英振子的电极膜进行设计
根据谐振器的电气性能，选用外形和大小能与石英晶片的外形进行匹配并产生良好振荡的电极膜；
(6)对石英振子的装架进行设计
在石英晶片装配上对固定方式进行了研究，包括胶点的数量、位置和大小，以保证振荡器的抗振性；
(7)对表贴温补晶振的封装进行设计
采取控制水汽含量的纯氮气封装或高真空封装形式对表贴温补晶振进行封装；
(8)对表贴温补晶振进行调试和试验验证
若调试和试验验证满足表贴温补晶振设计参数要求，则结束设计流程；若调试和试验验证不满足表贴温补晶振设计参数要求，需按步骤(2)～步骤(7)所述重新进行设计，直至调试和试验验证满足表贴温补晶振设计参数要求为止。
与现有技术相比，本发明所述的方法是专门针对表贴温补晶振设计的，此设计流程缩短了设计步骤，提高了设计的效率和准确性，通过此方法可以提高设计过程中表贴温补晶振设计的准确性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述设计方法的流程图；
图2是表贴温补晶振的结构图。
附图标记：
1-陶瓷底座，2-温补芯片，3-石英振子，4-金属盖板。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，实施例1，本发明提供了一种表贴温补晶振设计方法，该设计方法包括如下具体步骤，
(1)对表贴温补晶振的设计参数进行确认
对表贴温补晶振的封装形式、频率、工作电压、初始频率准确度、频率温度稳定度、工作温度范围、输出波形等参数进行确认；
(2)对表贴温补晶振各部分进行设计
表贴温补晶振由陶瓷底座1、温补芯片2、石英振子3和金属盖板4组成，温补芯片的大小能满足陶瓷底座的放置和电气连接要求，石英振子和温补芯片的性能指标能满足频率准确度和温度稳定度等性能指标的要求，表贴温补晶振的机械和热结构能满足环境试验的要求等；
(3)对温补芯片和陶瓷底座的连接及键合进行设计
选取好陶瓷底座和温补芯片后，对温补芯片和陶瓷底座的连接相对位置和连接材料的选取，对温补芯片和陶瓷底座的键合方式和键合连线布局布线进行设计，使温补芯片和陶瓷底座的连接及键合应能很好的和内部其他部分及外部的端口进行连接；
(4)对石英振子上石英晶片的尺寸和切角进行设计
选取好温补芯片和陶瓷底座的连接及键合方式后，根据温补晶振的频率温度稳定度，对石英振子上石英晶片的尺寸和切角进行设计；
(5)对石英振子的电极膜进行设计
根据谐振器的电气性能，选用外形和大小能与石英晶片的外形进行匹配并产生良好振荡的电极膜；
(6)对石英振子的装架进行设计
在石英晶片装配上对固定方式进行了研究，包括胶点的数量、位置和大小，以保证振荡器的抗振性；
(7)对表贴温补晶振的封装进行设计
采取控制水汽含量的纯氮气封装或高真空封装形式对表贴温补晶振进行封装；
(8)对表贴温补晶振进行调试和试验验证
若调试和试验验证满足表贴温补晶振设计参数要求，则结束设计流程；若调试和试验验证不满足表贴温补晶振设计参数要求，需按步骤(2)～步骤(7)所述重新进行设计，直至调试和试验验证满足表贴温补晶振设计参数要求为止。
实施例2，以SMD5032表贴温补晶振为例，采用上述设计方法对SMD5032表贴温补晶振进行设计，具体步骤如下，
(1)对表贴温补晶振的设计参数进行确认
对SMD5032表贴温补晶振的封装形式、频率、工作电压、初始频率准确度、频率温度稳定度、工作温度范围、输出波形等参数进行确认；
(2)对表贴温补晶振各部分进行设计
SMD5032表贴温补晶振选用SMD5032尺寸的陶瓷底座，温补芯片的大小能满足陶瓷底座的放置和电气连接要求，石英振子和温补芯片的性能指标能满足频率准确度和温度稳定度等性能指标的要求，产品的机械和热结构能满足环境试验的要求；
(3)对温补芯片和陶瓷底座的连接及键合进行设计
选取好陶瓷底座和温补芯片后，对温补芯片和陶瓷底座的连接相对位置和连接材料的选取，对温补芯片和陶瓷底座的键合方式和键合连线布局布线进行设计，使温补芯片和陶瓷底座的连接及键合应能很好的和内部其他部分及外部的端口进行连接；
(4)对石英晶片的尺寸和切角进行设计
SMD5032表贴温补晶振选用石英晶片的尺寸大小能满足陶瓷底座的放置和结构强度的要求，石英晶片的外形尺寸可以采用3.5mm×1.8mm，角度可以采用AT切型35°16′左右；
(5)对石英振子的电极膜进行设计
谐振器的电极应便于施加电场和调频，它在石英晶片中的位置、形状、尺寸大小以及所用的材料，对谐振器的电气性能有很大的影响。电极膜尺寸的设计兼顾等效电阻和寄生振荡这两个相互矛盾的指标。电极面积大有利于石英谐振器起振，但也容易激起寄生振荡，出现跳频现象；电极面积小，有利于寄生的抑制，但动态电阻大，活力低，不利起振，SMD5032表贴温补晶振需要选用电极膜的外形和大小能与石英晶片的外形进行匹配并产生良好振荡，电极膜的外形尺寸可以采用2mm×1.2mm，电极膜的厚度可以采用1000埃左右；
(6)对石英振子的装架进行设计
由于石英的脆硬特性和晶片薄片的结构特点，在强烈的冲击或振动下，晶片可能会破裂甚至破碎，从而引起整个晶体振荡器失效。晶片通常是用导电胶固定在安装基座上的，为了提高晶振的抗振性，在晶片装配上对固定方式进行了研究，主要包括胶点的数量、位置和大小，以保证振荡器的抗振性。例如，SMD5032表贴温补晶振需要选用硬度适中、导电良好和应力小的导电胶，胶点通常采用两点点胶固定，胶点位置通常控制在胶点直径与在晶片电极边缘重合的位置，胶点大小通常完全覆盖电极末端；
(7)对表贴温补晶振的封装进行设计
表贴温补晶振的封装通常为平行焊封装形式。由于产品内部水汽含量是影响产品老化率的因素之一，产品内部的水汽使电极发生缓慢氧化引起频率飘移即频率变化，为了消除产品内部水汽和其他气体对老化率的影响，可以采取控制水汽含量的纯氮气封装或高真空封装形式；
(8)对表贴温补晶振的进行调试和试验验证
若调试和试验验证满足表贴温补晶振设计参数要求，则结束设计流程；若调试和试验验证不满足表贴温补晶振设计参数要求，需按步骤(2)～步骤(7)所述重新进行设计，直至调试和试验验证满足表贴温补晶振设计参数要求为止。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种表贴温补晶振设计方法，其特征在于：该方法为，先对表贴温补晶振的设计参数进行确认，再根据设计参数对表贴温补晶振的陶瓷底座、温补芯片、石英振子和金属盖板进行选取及设计，设计完后对表贴温补晶振进行调试和试验验证，若调试和试验验证满足表贴温补晶振设计参数要求，则结束设计流程，若调试和试验验证不满足表贴温补晶振设计参数要求，则重新采用前述步骤进行设计。
2.根据权利要求1所述的表贴温补晶振设计方法，其特征在于：所述的设计参数包括封装形式、频率、工作电压、初始频率准确度、频率温度稳定度、工作温度范围、输出波形。
3.根据权利要求1所述的表贴温补晶振设计方法，其特征在于：根据温补芯片、陶瓷底座与内部其他部分及外部端口的连接对温补芯片和陶瓷底座的连接及键合进行设计。
4.根据权利要求3所述的表贴温补晶振设计方法，其特征在于：连接设计包括连接的相对位置和连接材料的选取，键合设计包括键合方式和键合连线布局布线。
5.根据权利要求1所述的表贴温补晶振设计方法，其特征在于：根据温补晶振的频率温度稳定度对石英振子上石英晶片的尺寸和切角进行设计。
6.根据权利要求1所述的表贴温补晶振设计方法，其特征在于：根据与石英振子上石英晶片外形及振荡频率的匹配情况，对石英振子的电极膜进行设计。
7.根据权利要求1所述的表贴温补晶振设计方法，其特征在于：根据晶振的抗振性，对石英振子的装架进行设计，在石英晶片装配上对固定方式进行了研究，包括胶点的数量、位置和大小。
8.根据权利要求1所述的表贴温补晶振设计方法，其特征在于：对表贴温补晶振的封装采取控制水汽含量的纯氮气封装或高真空封装形式。
9.根据权利要求1所述的表贴温补晶振设计方法，其特征在于：该设计方法包括如下具体步骤，
(1)对表贴温补晶振的设计参数进行确认
对表贴温补晶振的封装形式、频率、工作电压、初始频率准确度、频率温度稳定度、工作温度范围、输出波形等参数进行确认；
(2)对表贴温补晶振各部分进行设计
表贴温补晶振由陶瓷底座、温补芯片、石英振子和金属盖板组成，温补芯片的大小能满足陶瓷底座的放置和电气连接要求，石英振子和温补芯片的性能指标能满足频率准确度和温度稳定度等性能指标的要求，表贴温补晶振的机械和热结构能满足环境试验的要求等；
(3)对温补芯片和陶瓷底座的连接及键合进行设计
选取好陶瓷底座和温补芯片后，对温补芯片和陶瓷底座的连接相对位置和连接材料的选取，对温补芯片和陶瓷底座的键合方式和键合连线布局布线进行设计，使温补芯片和陶瓷底座的连接及键合应能很好的和内部其他部分及外部的端口进行连接；
(4)对石英晶片的尺寸和切角进行设计
选取好温补芯片和陶瓷底座的连接及键合方式后，根据温补晶振的频率温度稳定度，对石英晶片的尺寸和切角进行设计；
(5)对石英振子的电极膜进行设计
根据谐振器的电气性能，选用外形和大小能与石英晶片的外形进行匹配并产生良好振荡的电极膜；
(6)对石英振子的装架进行设计
在石英晶片装配上对固定方式进行了研究，包括胶点的数量、位置和大小，以保证振荡器的抗振性；
(7)对表贴温补晶振的封装进行设计
采取控制水汽含量的纯氮气封装或高真空封装形式对表贴温补晶振进行封装；
(8)对表贴温补晶振进行调试和试验验证
若调试和试验验证满足表贴温补晶振设计参数要求，则结束设计流程；若调试和试验验证不满足表贴温补晶振设计参数要求，需按步骤(2)～步骤(7)所述重新进行设计，直至调试和试验验证满足表贴温补晶振设计参数要求为止。
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