ConnorWinfield晶體的老化性能
一，介紹
老化是晶體頻率隨時間的變化。必須在中考慮器件壽命期間的這種頻率變化 申請。了解衰老的原因和方法 用于測量它，啟用預(yù)測速率的方法 設(shè)備的壽命(10至20年)。
二，老化原因
老化有兩個主要原因：傳質(zhì)和壓力

如果設(shè)計(jì)以應(yīng)力為主，老化曲線將接近A (t)。同樣地，如果設(shè)計(jì)以污染為主，老化過程將接近B (t)。

在現(xiàn)實(shí)世界中，這兩種機(jī)制都存在的。通過觀察上面的曲線，指出這些曲線的對數(shù)性質(zhì)是很重要的。晶體在其生命早期的老化速度很快，但往往會隨著時間的推移而穩(wěn)定下來。

1.傳質(zhì)

石英晶體隨著質(zhì)量從晶圓中加入或去除而改變頻率。在晶圓片上或包裝中未被解釋的材料可能會沉積或離開石英晶振的表面，并改變設(shè)備的頻率。在實(shí)踐中，晶體制造過程的設(shè)計(jì)是為了保持所有材料盡可能的清潔。如果在表面添加或去除質(zhì)量等于1½的單層石英的污染，則頻率將改變每兆赫的1ppm。晶體工藝盡可能清潔，以達(dá)到良好的老化性能是非常重要的。

2.應(yīng)力

當(dāng)施加應(yīng)力時，石英晶體會改變頻率。這種壓力可以來自于任何一種或所有的幾種來源。封裝和安裝，環(huán)氧樹脂連接，金屬薄膜，和石英本身可以是應(yīng)力的來源。如果應(yīng)力在該部件的使用壽命中是恒定的，則頻率將保持不變。然而，在現(xiàn)實(shí)世界中，壓力會隨著時間的推移而放松，因此，壓力相關(guān)的就會老化。

包裝和安裝：包裝材料（金屬或陶瓷）的膨脹系數(shù)與石英不同。當(dāng)石英被粘結(jié)在支架上時，它通常在高溫下固化。當(dāng)零件冷卻時，熱膨脹使石英受到應(yīng)力作用。正確的安裝設(shè)計(jì)可以幫助減少這種情況

環(huán)氧樹脂：導(dǎo)電性環(huán)氧樹脂或膠水，用于使電氣連接到包裝。在固化過程中，環(huán)氧樹脂會收縮，并通過接頭對石英施加應(yīng)力。更軟的環(huán)氧樹脂和硅可以用來減少這種影響。然而，環(huán)氧樹脂（由于出氣）是潛在的一個重要污染源。

石英：石英晶體中的應(yīng)力可以來自于晶棒的生長過程或切割、研磨和拋光的加工過程。

合成石英是在來自種子材料的高壓釜中生長的。種子的質(zhì)量，以及生長周期中溫度和壓力的一致性影響著桿中缺陷的數(shù)量。這些缺陷，無論是污染晶格結(jié)構(gòu)的或位錯，都可以是應(yīng)力點(diǎn)。

石英是一種脆性材料。切削、研磨和研磨過程導(dǎo)致過程中使用的磨粒產(chǎn)生小的表面裂紋。這些小裂紋在石英貼片晶振中產(chǎn)生應(yīng)力。使用化學(xué)蝕刻的工藝可以大大減少或消除表面[3]中的這種應(yīng)力。

三，測量老化

為了提高老化性能，或確保符合規(guī)范要求，準(zhǔn)確的測量是關(guān)鍵。可以使用幾種方法，每一種方法都允許在時間、成本和準(zhǔn)確性上進(jìn)行權(quán)衡。一個設(shè)備的真正老化只能通過在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)將其放置在電路和頻率中來測量。這是不實(shí)際的。因此，有必要通過一種方法來模擬10年或20年的壽命來確保老化性能。通過在高溫下加速老化來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

1，人工老化

通過將溫度提高到正常工作溫度以上，可以加速晶體中的老化。軍事規(guī)格[4]已經(jīng)使用了85°C 30天和105°C 168小時，這相當(dāng)于一年在25°C。其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)使用85°C，第一年老化1000小時。對于時間較長，溫度較低的情景[6]，測試的精度較好?？导{-溫菲爾德使用85°C，1000小時作為其資格鑒定的標(biāo)準(zhǔn)。

2，被動與主動：現(xiàn)在我們已經(jīng)確定了時間和溫度，下一個問題是如何收集數(shù)據(jù)。目前使用了兩種方法。

第一種方法是被動老化。在烘烤前后，零件在室溫測量系統(tǒng)中進(jìn)行序列化和測量。這是成本最低的選擇，但它犧牲了準(zhǔn)確性。被動時代可以篩選傳單，并作為一個過程控制，它提醒制造商的問題。

第二種方法是主動老化，這是通過將每個晶體單元放置在一個振蕩器電路中來實(shí)現(xiàn)的，以便在零件在烤爐中時就可以進(jìn)行頻率測量。每天可以進(jìn)行幾次測量，以便可以為每個單位繪制一條數(shù)據(jù)曲線。這條曲線可以用數(shù)學(xué)方法擬合，然后隨時間投影出來，允許一個長期的預(yù)測[7]。主動老化方法的精度更高，但成本更高。

主動老化的另一個好處是驅(qū)動晶體的影響。在測試過程中主動振動晶體更符合真實(shí)世界的條件。被動老化在測試過程中不會驅(qū)動晶體。