讓我們以一個(gè)小測(cè)驗(yàn)開始這篇博文:自己猜猜——答案就在文中
40 MHz的石英毛坯有多厚？和（）一樣厚？
A:指甲   B:一張普通的打印   C:一根頭發(fā)
自己猜猜——答案會(huì)在文章中出現(xiàn)。但首先，讓我們看看這個(gè)理論:

一般來說，石英毛坯的諧振頻率與石英板的厚度成反比關(guān)系。

換句話說，諧振頻率越高，所需的石英坯體厚度就越小。這是因?yàn)樵谑⒈P的界面之間形成了所謂的駐波。該駐波通過在厚度方向上傳播的橫向聲波的兩個(gè)界面上的反射而在石英晶片內(nèi)部建立。最大的機(jī)械位移是在垂直于波傳播方向的石英板平面內(nèi)。

在諧振頻率下，聲波波長的一半的奇數(shù)適合石英坯的厚度平面。因此，坯料的厚度是在AT部分生產(chǎn)的石英的主要頻率決定尺寸。截面石英晶體通常在以下頻率范圍內(nèi)制造:

• 1 MHz ~ 60 MHz，在基本模式下運(yùn)行
• 30 MHz ~ 250 MHz，泛音模式下運(yùn)行(第3；5號(hào)；7號(hào)；第九泛音)

如前所述，由于奇數(shù)個(gè)半波長應(yīng)該適合石英坯件的厚度平面，所以可以估計(jì)石英板(坯件)的所需厚度d。

除了石英坯的厚度之外，為了計(jì)算共振頻率f，必須考慮聲波在石英材料中的傳播速度v。對(duì)于AT截面石英，傳播速度v約為3320米/秒。基于此，給定頻率下所需的厚度d可估算如下:

d ≈ n x x v/f，其中n = 1，3，5，…

在基模中，將在10.0 MHz和40.0 MHz的頻率下獲得以下厚度的石英坯件:

• 10.0兆赫? d = 166.0微米
• 40.0兆赫? d = 41.5微米

因此，諧振頻率為40 MHz的石英坯件是相對(duì)較薄的圓盤。它的厚度只有41.5微米，約為0.04毫米。因此，厚度約為人發(fā)的直徑，約為一張紙厚度的十分之一。所以正確答案是c??

特寫顯示:40MHz的石英空白大約有一根頭發(fā)的厚度

為了讓您更好地了解照片中頭發(fā)的位置和石英空白的位置，下面是另一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置:

例如，我們現(xiàn)在如何確保諧振頻率的容差僅偏離期望的諧振頻率10 ppm(百萬分之一)？

如果我們將其轉(zhuǎn)化為石英坯體的標(biāo)稱厚度，則+/-10ppm的共振頻率偏差對(duì)應(yīng)的厚度公差僅為+/-0.415 nm。

這是最復(fù)雜的機(jī)械操作也無法實(shí)現(xiàn)的。此外，振蕩石英晶體據(jù)說是一種成本非常低的元件，也將用于消費(fèi)領(lǐng)域。

那么，如何實(shí)現(xiàn)這種僅+/-10 ppm的低頻容差呢？

我們用一個(gè)技巧來代替實(shí)際中無法實(shí)現(xiàn)的機(jī)械公差。這是因?yàn)槭⑴骷闹C振頻率可以通過耦合附加重量而在非常小的范圍內(nèi)受到影響。

為了理解這個(gè)技巧是如何工作的，重要的是要知道石英坯可以在兩個(gè)電極的幫助下被激發(fā)振蕩。這僅僅是因?yàn)閴弘娦?yīng)，我們將在其他地方解釋。

石英坯件的相對(duì)表面上的兩個(gè)電極具有非常小的質(zhì)量，除了坯件的厚度之外，這也影響諧振頻率。由于這個(gè)原因，石英坯被制造得比計(jì)算的稍薄，因?yàn)橹C振頻率由于電極的附加耦合質(zhì)量而稍有下降。

在通過濺射工藝施加兩個(gè)電極之后，所產(chǎn)生的諧振頻率應(yīng)該仍然剛好高于最終的標(biāo)稱頻率。在石英外殼密封之前的最后一個(gè)制造步驟中，真正的“把戲”發(fā)生了。

它包括在現(xiàn)有電極上再涂一層極薄的金屬層。這是使用另一種濺射工藝完成的，同時(shí)連續(xù)測(cè)量石英盤的諧振頻率。該第二濺射過程相對(duì)較慢，并且一旦達(dá)到精確的標(biāo)稱頻率就停止。

在第二次濺射過程中，將“附加質(zhì)量”施加到坯件上

這種以有目標(biāo)的和單獨(dú)控制的方式施加非常微小的附加質(zhì)量的“技巧”允許非常精確地設(shè)置諧振頻率，由此可以實(shí)現(xiàn)+/-10 ppm或更好的諧振頻率公差。這種精度不可能通過純粹的機(jī)械加工步驟來實(shí)現(xiàn)。
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