Anderson安德森晶振教程老化

电子元件都会经历一个"老化问题"老化的原因主要是由于结构或组分内部具有易引起老化的弱点,如具有不饱和双键,过氧化物,支链,羰基,末端上的羟基,等等.外界或环境因素主要是阳光,氧气,臭氧,热,水,机械应力,高能辐射,电,工业气体(如二氧化碳,硫化氢等),海水,盐雾,霉菌,细菌,昆虫，等等

老龄

老化是随着时间的推移频率的系统性逐渐变化.老化是由于晶体表面的变化,频率调节方法,驱动/功率水平和气密密封导致的频率确定参数恶化的结果.老化表示为频率偏差,通常在给定驱动水平和/或温度下随时间的百万分率(PPM).实施例:30天后在0.5mW下+/-3ppm/年

吸收和解吸是老化的两个主要原因.吸收是指将材料沉积到石英板上的过程,导致频率从质量负载减小.该材料可以是捕获在保持器内的颗粒物质形式的污染物,在密封过程中从保持器驱除的镀层,或湿气.

解吸是随着晶体振动,石英板随着时间的推移抛弃微小石英颗粒的过程.当石英板上的石英被抛出时,质量负载减少并且晶体的频率增加.

当在热和冷温度之间循环时表现出交替增加和减少频率的晶体通常在封装内具有高水分含量.水的蒸发和沉淀导致水分的交替吸收和解吸.

晶体的基频也是衰老的重要因素.由于频率与石英板的厚度和吸收和解吸中涉及的颗粒物质的关系,较高频率的装置将表现出比较低频率装置更多的老化.

可以优化制造工艺,电极材料的选择,支架,密封类型和内部气氛,以产生具有最小老化的晶体.

老化与

保持器和密封:保持器/密封件的选择和内部气氛直接影响器件的老化特性.不会产生污染物并在真空中密封晶体的密封方法提供了最小化老化的最佳机会.其次是电阻焊接封装,其中石英晶片密封在干燥的氮气氛中.需要考虑成本与性能之间的权衡.保持器/密封件类型的典型老化特性如下:

焊接密封-氦气:+/-5ppm/年@25度.C

电阻焊接-氮气:+/-3ppm/年@25度.C

冷焊-真空:+/-1ppm/年@25度.C

精密低老化晶体持有人:

老去VS.温度

老化受温度影响.简单来说,随着温度的升高,老化会加速.老化通常在室温,25摄氏度下指定.一些应用需要在升高的温度下操作,并且老化速率将相对于25度的速率加速.C.必须考虑升高的温度与老化速率,并选择工艺以确保在高于室温的温度下满足老化规格.

水分与温度:

可以捕获在包装中的任何水分的解吸加速了温度的升高.相反,随着温度降低,水分凝结在石英板上,引起质量负荷和频率降低.具有这种异常的晶体在冷却时表现出较低的频率,并且当湿气从谐振器驱出时具有较高的频率.为了消除水分含量,晶体在温度和湿度受控的环境中进行处理.

环氧树脂,溶剂和污染物与温度的关系:

升高的温度还可以加速用于将晶片粘合到晶体单元中的内部安装结构的环氧树脂的放气.排出的材料可沉淀在石英晶片上,进而降低晶体单元的振荡频率.

水晶制造过程包括在各个阶段进行高温真空烘烤,以驱除水分,溶剂,污染物,并完成任何环氧树脂的排气.除了烘烤外,半成品材料在高温下储存在受控气氛中,并按照时间表进行处理,从而消除了工艺之间的冗长排队.目标是尽可能快地密封装置,以消除与温度相关的老化机制.

压力与温度:

升高的温度减轻了石英结构中的应力以及安装结构.应力松弛导致频率随着谐振器达到平衡而改变.应力消除的第二个影响是通过”角度旋转”改变频率稳定性.

短期稳定性

如果老化是在几天,几个月和几年的时间内频率的逐渐变化,则短期稳定性是通常每天所显示的频率的变化.所有导致长期老化的可变机制都会导致短期稳定性的变化.短期稳定性的变化通常为十亿分之一,每天10-9.

短期稳定性的巨大变化被称为”爆发”和”跳跃”.短期稳定性的这些变化也有助于谐振器频率随温度的”回扫”或滞后.

制定和选择制造工艺以最小化频率的短期变化.

短期不稳定的原因是:

• 温度波动

• 热瞬态

• 活动在烤箱设定点下降

• 约翰逊噪声-电阻元件中的热致EMF

• 振动

• 声损耗-问题

• 吸附分子数量的波动

• 石英,电极,安装和粘接之间界面的变化

短期稳定性测量可以通过以下每种方法得出:

• 两个样本(Allan)方差

• 分数频率波动的谱密度

• 相位波动的光谱密度

• SSB相位噪声与载波比