石英谐振器的制造过程

石英谐振器常用的有圆片型、棒型、音叉型。

音叉型石英谐振器体积小，抗冲击性能好、频率低，其谐振频率为32.768kHz，适于用在石英手表中。近来，不少石英钟也采用了这种低频石英谐振器。

圆片型为高频石英谐振器，其谐振频率为4.194304MHz，它大多为石英钟采用。

棒状石英谐振器由于其抗冲击性能较差、体积也较大，因而不能适应小型化的石英手表需要。

目前，大量生产的是音叉型石英谐振器，石英音叉的振动属于弯曲振动模式。叉臂一端固定，一端自由地弯曲振动，其频率是两端自由弯曲振动的0.16倍，图12-8是＋5°X石英音叉的逆压电振动变形原理。

图12-8　＋5°X石英音叉逆压电振动变形原理

音叉型石英谐振器有两种加工方法，即机械加工法和光刻腐蚀法。我国目前大多采用机械加工法，它的制造过程如图12-9所示。

图12-9　音叉型石英谐振器制造过程示意图

圆片型石英谐振器制造过程如图12-10所示。

图12-10　圆片型石英谐振器制造过程

1．石英晶体的切割

自然形式的原始石英晶体在电子电路上是无用的，必须将其切割成不同尺寸和形状的晶体片，使其具有特殊的压电性质。采用不同的切角还可获得不同的温度特性。现在对石英晶片的切割已形成标准切型，这些标准切型符号有两种表示方法：一种是IRE标准规定的符号表示法，另一种是石英晶体所特有的习惯符号表示法。如AT、BT、CT、NT、MT等。它们分别表示了在晶体坐标系中，石英晶片沿某种轴和某个方位切割的方法。

当石英原料选定后，就将石英原料切割成所需要的切型。但在切割前必须知道石英结晶轴的位置，人造石英的外形如R、r、m面等，比较自然明显。寻找其结晶轴并不困难，有了结晶轴就可以切割正、负切角。一般，先将晶体切割成条、块，再切割成晶体片。石英晶体的切割机有多种，如旋转式切割机、多刃切割机等。前者多用作切割晶体块，后者多用作切割晶体片，其优点是效率高、用料省和晶片切割质量好。

2．研磨

研磨是对石英晶片毛坯的厚度和外形尺寸采用不同粒度的磨料进行粗、中、细、精一系列研磨，使石英晶片的厚度、外形尺寸、精度、表面粗糙度达到设计的技术要求。此外，还必须完全除去上道工序留在晶体片上的应力破坏层。研磨压力应不大于20kPa，若超过此值，应对研磨机进行调整。

常用的磨料是碳化硅、白刚玉、碳化硼和金刚石。其中，白刚玉硬度最低，适于细磨和精磨。使用时可加适当比例的水和油。

常用设备有游星式双面研磨机和偏心式双面研磨机等，对“AT切”圆形晶片改圆工序可用外圆磨床和无心磨床。

音叉外形较为特殊，一般采用研磨方法是不能加工成型的，所以音叉加工成型大多采用高精度的多刃切割机或线锯机。在这种设备上加工后的音叉型晶片表面，已经达到了音叉外形精度和表面精度，不必再进行研磨。

“AT切”圆片在研磨时能起到调频作用，所以，在研磨时一定要严格控制其频率变化。

3．清洗、腐蚀

研磨工序送交腐蚀工序的石英晶片应对最终尺寸留有加工余量，尤其是音叉型晶片的厚度，一般要有0.01～0.03mm的余量，作为腐蚀量。

清洗是先将晶片去蜡、脱脂或除去粘结剂。再用重铬酸钾硫酸溶液加热清洗，去掉有机物，然后用纯水冲洗。

清洗后进行腐蚀，腐蚀是去掉由磨料和石英微粒构成的破坏层，晶片腐蚀一般用氢氟酸、氟化氮。腐蚀应严格控制腐蚀液浓度、温度和时间。

腐蚀后须用碱水、纯水清洗及无水乙醇超声清洗，最后用氮气吹干，或放入真空烘箱烘干，并放在密闭干燥容器中。

4．蒸发（被电极）

石英晶片蒸发电极一般采用蒸银或蒸金，也有采用多层金属膜蒸发。先蒸铬，再蒸银，可增加金属层和晶片之间的结合强度，还可直接焊接上架，与管座引脚直接焊接在一起。

蒸发时，需用掩膜板将需要镀膜部分镂空，不镀部分掩住。由于电极形状复杂，相对掩膜板精度要求也很高。制造也很困难，一般也可用光刻腐蚀法来加工。

“AT切”圆片晶片电极采用圆形，掩膜板也较简单。

5．上架

音叉晶片上架可直接焊接在管座支架上，因而对金属膜蒸发要求更高。焊锡一般采用银锡合金，其优点是可提高焊锡温度，增加机械强度，另一方面提高导电性能。

“AT切”上架需用弹簧圈式电极引线。

6．调频

调频分粗调和精调，音叉型主要由两臂的长度和宽度决定频率，由于改变音叉臂的宽度较难，所以，目前一般都采用调整音叉叉臂长度尺寸来调频。

7．封装

封装是将上架和调频后的晶体装入外壳，对于音叉谐振器采用冷挤压密封。为了使振动阻尼大大减小，使动态电阻降低，一般选用抽真空金属膜冷挤压封装。

“AT切”圆片高频石英谐振器也是采用金属封装。也有一些是采用金属锡焊封装。