姓名：朱碩雅

學(xué)號：14020120008

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【嵌牛導(dǎo)讀】：公司里做項目，經(jīng)常用到定時厅缺，便需要明白晶振如何封裝。

【嵌牛鼻子】：時鐘 晶振頻率 封裝

【嵌牛提問】：

為什么32.768kHz的晶振封裝這么另類？

【嵌牛正文】：

兩位年輕的同事畫了一塊電路板甸陌，由于之前選擇過FC135封裝的32.768kHz的晶振须揣。所以為了把25MHz的晶振，也做成這個封裝钱豁。但是呢耻卡，沒有跟采購和供應(yīng)商進(jìn)行交流。

當(dāng)電路投板之后牲尺，準(zhǔn)備采購元器件的時候卵酪，傻眼了。根本就買不著FC135封裝的25MHz的晶振谤碳。于是調(diào)試電路的老同志仰天長嘯溃卡。

為什么有些封裝只有32.768kHz的頻率的晶體才有呢？

首先蜒简，我們看一張長圖來對比：

我們可以看到32.768kHz的晶體的封裝與其他頻率的封裝幾乎沒有交集瘸羡。

那么，有經(jīng)驗的朋友有沒有發(fā)現(xiàn)搓茬，兩列晶振的規(guī)律呢犹赖？

從身材比例來說，右邊的32.768的封裝有點(diǎn)像姚明卷仑，瘦高型峻村；左邊普通晶體的身材像曾志偉，矮胖型锡凝。

那么為什么會有這樣的現(xiàn)象呢粘昨？是32.768kHz的晶體有什么特殊之處？

1窜锯、晶振的基本原理

振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換器张肾，石英諧振器是利用石英晶體諧振器決定工作頻率，與LC諧振回路相比衬浑，它具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和極高的品質(zhì)因數(shù)捌浩，，具有較高的頻率穩(wěn)定度工秩，采用高精度和穩(wěn)頻措施后尸饺，石英晶體振蕩器可以達(dá)到10-4~10-11穩(wěn)定度。

基本性能主要是起振蕩作用助币，可利用其對某頻率具有的響應(yīng)作用浪听，用來濾波、選頻網(wǎng)絡(luò)等眉菱，石英諧振器相當(dāng)于RLC振蕩電路迹栓。

石英晶體俗稱水晶，是一種化學(xué)成分為二氧化硅（SiO2）的六角錐形結(jié)晶體俭缓，比較堅硬克伊。它有三個相互垂直的軸酥郭，且各向異性：縱向Z軸稱為光軸，經(jīng)過六棱柱棱線并垂直于Z軸的X軸稱為電軸愿吹，與X軸和Z軸同時垂直的Y軸（垂直于棱面）稱為機(jī)械軸不从。

石英晶體之所以可以作為諧振器，是由于它具有正（機(jī)械能→電能）犁跪、反（電能→機(jī)械能）壓電效應(yīng)椿息。

沿石英晶片的電軸或機(jī)械軸施加壓力，則在晶片的電軸兩面三刀個表面產(chǎn)生正坷衍、負(fù)電荷寝优，呈現(xiàn)出電壓，其大小與所加力產(chǎn)生的形變成正比枫耳；若施加張力乏矾，則產(chǎn)生反向電壓，這種現(xiàn)象稱為正電效應(yīng)嘉涌。

當(dāng)沿石英晶片的電軸方向加電場妻熊，則晶片在電軸和機(jī)械軸方向?qū)⒀由旎驂嚎s，發(fā)生形變仑最，這種現(xiàn)象稱為反壓電效應(yīng)。因此帆喇，在晶體兩面三刀端加上交流電壓時警医，晶片會隨電壓的變化產(chǎn)生機(jī)械振動，機(jī)械振動又會在晶片內(nèi)表面產(chǎn)生交變電荷坯钦。由于晶體是有彈性的固體预皇，對于某一振動方式，有一個固有的機(jī)械諧振頻率婉刀。當(dāng)外加交流電壓等于晶片的固有機(jī)械諧振頻率時吟温，晶片的機(jī)械振動幅度最大，流過晶片的電流最大突颊，產(chǎn)生了共振現(xiàn)象鲁豪。石英晶片的共振具有多諧性，即除可以基頻共振外律秃，還可以諧頻共振爬橡，通常把利用晶片的基頻共振的諧振器，利用晶片諧頻共振的諧振器稱為泛音諧振器棒动，一般能利用的是3糙申、5、7之類的奇次泛音船惨。晶片的振動頻率與厚度成反比柜裸，工作頻率越高缕陕，要求晶片越薄（尺寸越大疙挺，頻率越低）扛邑，，這樣的晶片其機(jī)械強(qiáng)度就越差衔统，加工越困難鹿榜，而且容易振碎，因此在工作頻率較高時常采用泛音晶體锦爵。一般地舱殿，在工作頻率小于20MHZ時采用基頻晶體，在工作頻率大于20MHZ時采用泛音晶體险掀。

石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件沪袭，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形樟氢、矩形或圓形等）冈绊，在它的兩個對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上埠啃，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器死宣，簡稱為石英晶體或晶體、晶振碴开。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝毅该，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的潦牛。

晶振的主要參數(shù)有標(biāo)稱頻率眶掌，負(fù)載電容、頻率精度巴碗、頻率穩(wěn)定度等朴爬。不同的晶振標(biāo)稱頻率不同，標(biāo)稱頻率大都標(biāo)明在晶振外殼上橡淆。

如常用普通晶振標(biāo)稱頻率有：48kHz召噩、500 kHz、503.5 kHz明垢、1MHz～40.50 MHz等蚣常，對于特殊要求的晶振頻率可達(dá)到1000 MHz以上，也有的沒有標(biāo)稱頻率痊银，如CRB抵蚊、ZTB、Ja等系列。負(fù)載電容是指晶振的兩條引線連接IC塊內(nèi)部及外部所有有效電容之和贞绳，可看作晶振片在電路中串接電容谷醉。負(fù)載頻率不同決定振蕩器的振蕩頻率不同。

標(biāo)稱頻率相同的晶振冈闭，負(fù)載電容不一定相同俱尼。因為石英晶體振蕩器有兩個諧振頻率，一個是串聯(lián)揩振晶振的低負(fù)載電容晶振：另一個為并聯(lián)揩振晶振的高負(fù)載電容晶振萎攒。所以遇八，標(biāo)稱頻率相同的晶振互換時還必須要求負(fù)載電容一至，不能冒然互換耍休，否則會造成電器工作不正常刃永。頻率精度和頻率穩(wěn)定度：由于普通晶振的性能基本都能達(dá)到一般電器的要求，對于高檔設(shè)備還需要有一定的頻率精度和頻率穩(wěn)定度羊精。頻率精度從10^(-4)量級到10^(-10)量級不等斯够。穩(wěn)定度從±1到±100ppm不等。這要根據(jù)具體的設(shè)備需要而選擇合適的晶振喧锦，如通信網(wǎng)絡(luò)读规，無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)认到y(tǒng)就需要更高要求的石英晶體振蕩器。因此燃少，晶振的參數(shù)決定了晶振的品質(zhì)和性能束亏。在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)具體要求選擇適當(dāng)?shù)木д瘢虿煌阅艿木д衿鋬r格不同阵具，要求越高價格也越貴枪汪，一般選擇只要滿足要求即可。

晶振不振蕩時怔昨，可以看成是一平板電容器C0，他和晶體的幾何尺寸和電極面積有關(guān)宿稀，值在幾PF到幾十PF之間趁舀。晶振的機(jī)械振動的慣性使用電感L來等效，一般為10－3－102H之間祝沸，晶片的彈性以電容C1來等效矮烹，L、C的具體數(shù)值與切割方式罩锐，晶片和電極的尺寸奉狈，形狀等有關(guān)。

標(biāo)稱頻率（FL）涩惑，負(fù)載電容（CL）仁期、頻率精度、頻率穩(wěn)定度等

晶體的品質(zhì)、切割取向跛蛋、晶體振子的結(jié)構(gòu)及電路形式等熬的，共同決定振蕩器的性能

Fs：晶體本身固有的頻率，和晶體的切割方式赊级、晶體厚度押框、晶體電極的等效厚度

F＝2560/t(BT)????? F=1670/t(AT)

2、音叉結(jié)構(gòu)

簡單地說理逊，晶振是晶體諧振器和晶體振蕩器的統(tǒng)稱橡伞，諧振器有分陶瓷諧振器和石英諧振器,石英諧振器可以分插件晶振和貼片晶振，而插件晶振也通常被稱之為音叉晶體和晶振,因插件表晶石英晶片外型類似音叉的形狀晋被，所以叫音叉晶振兑徘，音叉的頻率都是以千赫為單位。插件晶振中較為普遍存在的體積有3*8,2*6,應(yīng)用最多的晶振頻率為32.768KHZ墨微。2011年全球音叉類晶振產(chǎn)量超過100億只道媚，產(chǎn)值約15億美元。同年翘县，中國音叉晶振產(chǎn)量超過40億只最域，產(chǎn)量約占全球40%。即使多高端的電子產(chǎn)品也始終離不開這個連2毛錢都不到的音叉晶振.iPhone 也不例外.

和蘋果公司合作,是多少零器件廠家競爭的目標(biāo).手機(jī)中的零器件,晶振和聲表面濾波器,32.768K表晶是不可或缺的部分.iPhone 5中有5款石英晶振,其中就有兩款音叉晶振.通常我們認(rèn)為32.768K晶振只能應(yīng)用到一些低端電子產(chǎn)品,實(shí)際上這是一種錯誤的說法,絕大多數(shù)涉及數(shù)據(jù)處理的電子產(chǎn)品都需要晶振元件為其提供時鐘頻率锈麸，否則便無法啟動或者有效工作由此可見晶振尤其是音叉晶振是電子產(chǎn)品中十分重要的元件镀脂。

音叉晶振應(yīng)用領(lǐng)域包括鐘表及表芯、手機(jī)忘伞、平板電腦薄翅、微型計算機(jī)、計算器氓奈、家電自動控制和工業(yè)自動控制等翘魄。目前，中國音叉晶振下游應(yīng)用市場呈現(xiàn)快速增長的勢頭舀奶，帶動音叉晶振需求增長暑竟。2011年，中國石英鐘表機(jī)芯產(chǎn)量19億只育勺，需要市場供應(yīng)19億只音叉表晶但荤，是音叉晶體的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一;中國手機(jī)產(chǎn)量11.3億部，至少增加17億顆音叉晶振需求涧至，對音叉晶振行業(yè)帶動較大;消費(fèi)電子和微型計算機(jī)產(chǎn)業(yè)也是音叉晶振的主要應(yīng)用市場腹躁。相對于陶瓷晶振來說應(yīng)用到手機(jī)方面極為少數(shù)，只有部分普通電話機(jī)才會用的上陶瓷晶振系列南蓬，2011年中國消費(fèi)電子(不包括手機(jī))產(chǎn)量達(dá)到16.6億套(臺)纺非，微型計算機(jī)產(chǎn)量為3.2億臺哑了，這兩個領(lǐng)域?qū)σ舨婢д竦男枨蠹s20億只。

隨著技術(shù)的進(jìn)步以及市場應(yīng)用的變化铐炫，音叉晶振呈現(xiàn)先小型化垒手、高精度、低功耗的發(fā)展趨勢,以愛普生晶振C-001RX倒信，C-002RX科贬，C-004，C-005鳖悠，精工晶振VT-200-F榜掌，VT-150-F，VT-120-F,西鐵城晶振CFS206乘综，CFS145憎账，CFS308,KDS晶振DT-26，DT-38,日本四大石英晶振知名廠商為首,音叉晶振在任何有時間顯示的地方都會有存在,以愛普生晶振,西鐵城晶振.精工晶振,KDS晶振每年銷量領(lǐng)先,四大日產(chǎn)知名品牌是眾多消費(fèi)者的選擇. 而上海唐輝電子是日本大真空株式會社在中國的指定代理商卡辰，唐輝電子在PPTC自恢復(fù)保險絲胞皱、PTC熱敏電阻、晶體諧振器九妈、振蕩器系列反砌、高品質(zhì)電容、電感和液晶屏產(chǎn)品萌朱、IC類等領(lǐng)域有很強(qiáng)的競爭力宴树。TH02157153998產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在通信、電腦晶疼、消費(fèi)類電子及網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品酒贬、儀器儀表、工控系統(tǒng)翠霍、安防產(chǎn)品锭吨、電源供應(yīng)器等產(chǎn)品上積極面對市場及客戶的多方位要求，堅持以最好的品牌和最具競爭力的價格銷售電子零件寒匙，為客戶提供多元化的服務(wù)耐齐，務(wù)求充分滿足客戶的要求致力于成為中國乃至世界最佳元器件供應(yīng)商之一。

首先蒋情，音叉晶振向小型化、薄片化和片式化發(fā)展的趨勢越來越明顯耸携。近幾年棵癣，晶振下游應(yīng)用終端出現(xiàn)向小型化、輕薄化的發(fā)展趨勢夺衍。作為電子產(chǎn)品的重要元件狈谊，石英晶振也必須向小型化、薄片化和片式化發(fā)展。例如河劝，iPhone 5厚度僅為7.6毫米壁榕，其使用的兩顆音叉晶振是高度小型化、薄片化和片式化的高品質(zhì)產(chǎn)品赎瞎。從過去的20年中可以看出牌里，晶振產(chǎn)品體積從約150立方毫米縮小到約0.75立方毫米，急劇下降到最初的1/200务甥，小型化在不斷進(jìn)展牡辽。而現(xiàn)在越來越高端的數(shù)碼產(chǎn)品都采用了有源晶振，有源音叉石英晶體振蕩器等產(chǎn)品敞临。

其次态辛，音叉晶振向更高精度與更高穩(wěn)定度方向發(fā)展，從而演變成為有源晶振產(chǎn)品系列挺尿，低功耗也成為音叉晶振重要發(fā)展趨勢奏黑。電子產(chǎn)品如移動終端小型化、薄片化的同時编矾，功能也逐漸增多熟史，導(dǎo)致耗電量急劇增加。然而洽沟，自1992年索尼發(fā)布鋰離子電池至今以故，電池領(lǐng)域還沒有出現(xiàn)全新顛覆式的技術(shù)突破。因此裆操，減少硬件能耗成為延長電子設(shè)備續(xù)航時間的現(xiàn)實(shí)選擇怒详。作為電子產(chǎn)品的重要元件，音叉晶振也需要向低功耗方向發(fā)展踪区。石英晶振逐漸小型化昆烁、薄片化和片式化，為其提高精度和穩(wěn)定度提出更大挑戰(zhàn)缎岗。在看重小型化,薄片化的基礎(chǔ)上,人們更加看重的是焊接方便簡單和節(jié)省更多的時間.因此,貼片晶振在壓電晶體世界中也成為搶手的一部分,只是,在選擇貼片晶振代替音叉晶振的時候,我們應(yīng)當(dāng)考慮其價格.

3静尼、不通切片方式的頻率范圍不通。

晶片切割:

晶振中最重要的組成部分為水晶振子,它是由水晶晶體按一定的法則切割而成的,又稱晶片.

常用晶片的形狀有三種:圓形,方形,SMT專用(方形,但比較小)

晶片的切割可分為AT-CUT,BT-CUT, CT-CUT, DT-CUT, FT-CUT, XT-CUT, YT-CUT,如圖7所示.它是以光軸(Z軸)為參考而命名,每種切法對應(yīng)一個角度.采用何種切法應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定,如對溫度特性要求較好則應(yīng)采用AT-CUT,如果對晶振要求的頻率較高時則采用BT-CUT.晶片的切割方式传泊、幾何形狀鼠渺、尺寸等決定了晶振的頻率.

切片方式頻率范圍模式

角度

AC31°

AKthickness shear

AT0.5–300?MHzthickness shear (c-mode, slow quasi-shear)35°15', 0° (<25?MHz)

35°18', 0°(>10?MHz)

BC?60°

BT0.5–200?MHzthickness shear (b-mode, fast quasi-shear)?49°8', 0°

CT300–900?kHzface shear38°, 0°

DT75–800?kHzface shear?52°, 0°

E,5°X50–250?kHzlongitudal

ET66°30'

FCthickness shear

FT?57°

GT0.1–3?MHzwidth-extensional51°7'

H8–130?kHzlength-width flexure

ITthickness shear

J1–12?kHzlength-thickness flexure

LCthickness shear11.17°/9.39°

MT40–200?kHzlongitudal

NLSC

NT8–130?kHzlength-width flexure (bending)

RT

SBTC

SC0.5–200?MHzthickness shear35°15', 21°54'

SLface-shear?57°, 0°

TS

X

XY,tuning fork3–85?kHzlength-width flexure

X?30°

Y

4、音叉結(jié)構(gòu)與其他晶振的尺寸對比

這是本人實(shí)際拆開32.768kHz晶體眷细，拍照拦盹，給大家看一下，音叉結(jié)構(gòu)溪椎。

我們可以看到其與一般晶振的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對比

同時普舆，我們還可以注意一下音叉結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)的頻率范圍：3–85?kHz恬口；

所以我們的MCU、CPU等高速芯片用的晶體的頻率都在1MHz以上沼侣，這也就是為什么主晶體的封裝與32.768kHz的封裝一般都不一樣的原因了祖能。

音叉結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，而如果內(nèi)部是音叉結(jié)構(gòu)蛾洛，其外殼往往也就是姚明的形狀养铸，瘦長型。而高頻的晶體的切割方式雅潭，不可能是音叉結(jié)構(gòu)揭厚。

本人不是晶體的切割廠家，只是通過邏輯推理和分析扶供，用偵探的方式探究封裝差異的原因筛圆。有錯誤之處，望高手和廠家指正椿浓。

同時提醒各位工程師太援，不要想當(dāng)然的選擇晶體的封裝，設(shè)計前最好確認(rèn)一下扳碍。