【摘 要】本文介紹了AT切80～150M頻率范圍內(nèi)甚高頻微型濾波晶體的設(shè)計(jì)及制造過程，給出了該產(chǎn)品的參數(shù)，并與同類型49/u產(chǎn)品的參數(shù)進(jìn)行了比較。

一、引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，整機(jī)對(duì)各種元器件的要求不僅僅只局限在電氣性能和抗振強(qiáng)度方面，而且對(duì)元器件的體積和重量都要求盡量減少，由于集成電路的發(fā)展迅速，以及工藝水平的提高，使得眾多元器件都實(shí)行了小型化，這樣極大地減小了整機(jī)的重量和體積，然而石英晶體作為一種不可替代的高穩(wěn)定頻率源，它的體積和重量要比集成電路大得多，它的小型化是人們十分關(guān)心的問題，尤其是在甚高頻濾波這一方面尤為突出。目前的工藝水平，已經(jīng)能夠?qū)⒄袷幤骷皽乜亍嚎卣袷幤魍呻娐贩庋b在一起實(shí)行小型化，但濾波晶體卻不能，本次試制就是最大限度地用um-5封裝，生產(chǎn)90MHZ濾波晶體，以滿足整機(jī)小型化的要求。

二、設(shè)計(jì)過程

我們都知道um-5外型的內(nèi)部體積很小，通常只有49/u的1/4左右，因此在設(shè)計(jì)90MHZ石英晶片的外型尺寸時(shí)，就必須考慮怎樣設(shè)計(jì)石英晶片的規(guī)格，才能使得90MHZ甚高頻濾波晶體具有較好的電氣性能滿足濾波條件，這是一個(gè)很重要的問題，所以必須充分選擇外殼內(nèi)腔所能容納石英晶片的外形尺寸。

在選擇石英晶體的外形尺寸時(shí)，應(yīng)盡量減少石英晶片的直徑與厚度比來減少AT切石英晶體的阻尼損耗或者是邊緣效應(yīng)，石英晶片的直徑大小對(duì)石英晶體的活力及寄生振動(dòng)有非常大的影響，AT切型的寄生振動(dòng)主要包括xy’彎曲振動(dòng)、面切變和伸縮等三種振動(dòng)，如果主振動(dòng)頻率與上述三種振動(dòng)之一的高次泛音頻率接近時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)耦合作用，引起活力突變或頻率跳躍現(xiàn)象，考慮到上述因素，我們將石英晶片設(shè)計(jì)成φ5.5×4.5，也就是φ5.5改圓，再在兩邊倒邊成4.5mm。

當(dāng)然不是隨便地進(jìn)行4.5mm倒邊，考慮到AT切振動(dòng)方向在x軸方向，因此在改圓前給晶片定向，使倒邊面與x軸面平行，也就是將引耳方向設(shè)計(jì)在x方向，以確保晶片的最大活力。

考慮到晶體抗振性及活力，我們都知道晶片的基頻活力好，但晶片太薄、易碎、泛音次數(shù)越高，晶片越厚抗振好，但活力越差，綜合考慮我們選擇3次泛音晶片。

晶片厚度與頻率關(guān)系t=n·k/f

其中t→晶片的厚度 k→常數(shù) n→泛音次數(shù) f→頻率

一般對(duì)于石英晶片的直徑與厚度比很小的情況下，采用修外形的方法進(jìn)一步提高晶片的活力，如φ5.5mm頻率10MHZ的石英晶片，其邊比為30左右，石英晶片的活力較低；采用修外形的方法，活力能明顯提高。修外形的方法很多，其最終目的就是降低晶片本身的電阻，這是為了減小石英晶片振蕩時(shí)的表面阻尼損耗，對(duì)石英晶片采用表面拋光（當(dāng)然在改圓時(shí)也要特別注意表面光潔，不能有崩邊現(xiàn)象），同時(shí)在鍍膜前嚴(yán)格清洗以避免石英晶片表面附著的灰塵微?；蚱渌魏问杷刹牧虾陀湍?、油脂等帶來的表面損耗。

電極材料的選擇，對(duì)于通常的晶體電極一般采用銀，返回量在0.5～1.0f2m，同時(shí)確保它的靜電容小于7PF即可，但濾波晶體不行，突出考慮它的濾波帶寬以及插入衰耗，還要充分提高晶體的活力，就要嚴(yán)格控制它的返回量及電極質(zhì)量，同時(shí)確保電極膜的厚度，我們選用純鋁做電極，同時(shí)能滿足以上要求，且鋁氧化后形成氧化鋁保護(hù)膜，穩(wěn)定性很好。

電極面積的選擇，我們知道電極面積的大小也影響晶體的活力，面積越大，活力越高，考慮到濾波晶體不同于普通晶體，考慮到靜電容對(duì)濾波性能及線路的影響，通過理論計(jì)算及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，最終確定了被銀面積的大小。

計(jì)算石英晶體靜電容的公式為

式中，A—石英晶片電極面積 t—晶片厚度

—與y’方向有關(guān)的介電常數(shù)

最終確定石英晶片的電極直徑為

晶片的拋光頻率為90.230—90.280MHZ

晶片切角：AT35°23’ ±0.5’

支架的選擇，石英晶體在外力的作用下，尤其是機(jī)械力的作用會(huì)使石英晶體的電氣性能變壞，機(jī)械性能的影響主要是它的裝架結(jié)構(gòu)及邊緣效應(yīng)；引線的導(dǎo)電性能，我們選用鍍金的彈片支架，彈片的縫寬t=0.15mm

三、加工制作

加工制作與普通晶體并無多大區(qū)別，注意以下幾個(gè)問題

（一）由于電極是純鋁材料，鋁易氧化，所以電極表面切忌有劃傷現(xiàn)象，影響它的穩(wěn)定性

（二）調(diào)頻方式與普通銀電極不同，是采用陽(yáng)極氧化方式調(diào)頻

（三）點(diǎn)膠時(shí)銀膠不能太稀，防止蔭膠現(xiàn)象，且點(diǎn)一個(gè)小圓點(diǎn)，以減小邊緣效應(yīng)

（四）支架外殼使用時(shí)也要嚴(yán)格清洗，生產(chǎn)環(huán)境確保衛(wèi)生，封裝時(shí)工作室內(nèi)的濕度要在10%以下

四、產(chǎn)品結(jié)果

產(chǎn)品封裝后在100℃，烘箱老化48小時(shí)后測(cè)試：

①調(diào)整頻差（25°±2°） ≦15PPM， （250B測(cè)試）

②溫度頻差（-25°～+70°） ≦10PPM （溫度箱測(cè)試）

③等效阻抗 ≦40Ω （250B測(cè)試）

④DLD2 ≦5

⑤接入線路滿足預(yù)先的濾波要求

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著尖端技術(shù)的發(fā)展對(duì)濾波晶體的要求越來越高，頻率也越來越高，我們將繼續(xù)努力生產(chǎn)更好的產(chǎn)品來滿足客戶與市場(chǎng)的需求。

作者簡(jiǎn)介：

許鴿，（1962--8），籍貫：連云港市，研究方向：電氣自動(dòng)化，學(xué)歷：大學(xué)?？?。