石英电子产品生产技术发展趋势分析

第一节 产品生产技术发展现状

国内石英晶体元器件生产产量已明显超过国外生产厂家，产品品质基本与国外厂家水平一致，有明显的价格优势。但对一些要求较高的产品在稳定性和一致性方面与国外厂家有一些差异，但通过我国晶体行业、科研人员对工艺技术创新、设备的改善、差异会越来越小。

 第二节 产品生产工艺特点或流程

为了要让石英晶体更小，同时还保有高精确度、高稳定性、高频和低功耗等特性，因此将微机电（MEMS）技术应用到石英（Quartz）生产工艺中的QMEMS工艺也因此诞生。QMEMS的核心在于采用半导体工艺的光蚀刻（Photolithography）技术，相较于以硅为原料的MEMS，QMEMS以石英为原料来进行微型显影蚀刻的精密加工，可以使石英晶体的芯片形状保持均一，进而避免石英晶体元件的CI值、频率精确度等特性不均。

机械加工与QMEMS光蚀刻工艺比较

   
 不仅如此，新的QMEMS工艺还能做到许多传统工艺做不到的事，例如在小型化音叉型晶体时，采用微机电技术能够实现更复杂的晶体成形结构，使音叉的振动臂上形成三维槽体，通过增加电极面积来降低CI值。Epson Toyocom也利用QMEMS做出精细的双T结构陀螺仪传感器，进而能运用石英晶体振荡的高精确性来实现高性能的角速度变化感测功能。

此外，通过将晶体芯片的激振部分进行薄型化加工处理，可以在保持芯片强度的同时，实现高频中的基本波振荡（High Frequency Fundamental；HFF）。相较于以奇次谐波实现高频振荡的方式，激发基本波高频振荡的HFF具有高稳定性的特色，适合要求频率稳定性和高频化的光传输装置、手机或WiMax的基地台骨干网络。

第三节 国内外生产技术发展趋势分析

因晶振具有不可替代性，晶振市场会越来越大，种类会越来越多，体积会越来越小，精度会越来越高，晶振的发展基本是被动的发展，从大型、低精度向小型化，高精度的发展是随着各种电子产品的功能化、小型化、高精度的发展而发展。

1、小型化、薄型化和片式化

为满足以移动电话为代表的便携式产品轻、薄、短、小的要求，石英晶体振荡器的封装由传统的裸金属外壳向覆塑料金属和陶瓷封装转变，近年来TCXO器件平均缩小了30多倍，有的近100倍。采用SMD封装的TCXO的厚度不足2mm，5×3mm尺寸的器件已经上市。在几种主要类型的石英晶体振荡器中，TCXO的体积缩小最明显，其次是VCXO。石英晶体振荡器体积的进一步缩小，使得晶体振子的频率可变范围变小，并使温度补偿困难化。同时，片式封装的回流焊作业至少要在240℃下一直持续约10秒钟，如不采取局部散热措施，很难使石英晶体振子的频率偏移量控制在±0．5×10－6范围内，需要说明的是：此类器件远未进入微型化的极限，体积的进一步缩小仍有一定的余量。

2、高精度与高稳定化

移动通信技术的发展之所以能使石英晶体振荡器焕发出勃勃生机，关键在于其具有很高的频率精度和稳定度，目前即使是无补偿式的晶体振荡器，其总精度也能达到±25ppm。在TCXO、VCXO和OCXO三种类型的器件中，OCXO的频率稳定度最高，而VCXO的频率稳定度则相对稍许逊色一些。

在0～70℃范围内，VCXO的频率稳定度一般为±20～100ppm，而OCXO在这一温度范围内的频率稳定度一般为±0．0001～5ppm。VCXO主流产品的频率稳定度大多控制在±25ppm以下，频率调整范围可达±25～±100ppm，老化率低于±2ppm／年。目前，OCXO产品的一般水平是：频率稳定度在±0．001ppm（－20～60℃），年老化率低于±0．05ppm。虽然OCXO体积较大，但在精密频率计数器、频谱及网络分析仪、基站及导航等领域中仍被广泛应用。

3、低噪声，高频化

在全球定位系统（GPS）中是不允许频率颤抖的，相位噪声则是表征振荡器频率颤抖的一个重要参数。对OCXO器件来说，GPS系统往往要求其具有较高的抑制相位噪声的能力。这使得OCXO主流产品的相位噪声性能有了很大改善。目前除VCXO外，其它类型的晶体振荡器的最高输出频率一般不过200MHz。目前，提高VCXO振荡频率主要依靠石英晶体SAW谐振器、变容二极管、串联电感器及放大器组成的压控SAW振荡器（VCSO）来完成。

在GSM和PDC等移动电话所有的振荡器中，频率较高的是UCV4系列压控振荡器（VCO），其频率荡围为650～1700MHz，电源电压为2.2～3．3V，工作电流为8～10mA。

4、低功耗，启动快

不同类型的石英晶体振荡器的工作电压不同，但应尽可能的采用3．3V的电源电压。低电平动和低电流消耗已成为一个趋势，目前很多TCXO和VCXO产品的电流损耗不超过2mA。

石英晶体振荡器在快速启动技术方面也取得了突破性进展。***精工、爱普生公司生产的VG－2320SC型VCXO石英晶体振荡器在±0．1ppm规定值范围内，其频率稳定时间小于4ms。在1ms以内输出振荡信号的振幅可达到额定值的90％。***东京陶瓷公司生产的表面贴装TCXO，在振荡启动4ms后，其幅值可达到额定值的90％。OAK公司的10～25MHz的OCXO等产品则可在5分种的预热时间内达到±0．01ppm的稳定度。

此外，目前绝大多数石英晶体振荡器的输出逻辑与TTL、高速CMOS（HCMOS）或TTL／HCMOS兼容，因而提高了器件的适应性和设计的灵活性。

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