中心議題：

• 振蕩器的分類
• 石英晶體振蕩器發展史

解決方案：

• 非平麵金屬化方案
• 石英晶體小型化處理技術

多年來
，鑒於其高Q值和穩定的溫度特性，石英晶體振蕩器已成為消費、商業、工業及軍工產品的重要時鍾源。自2000至2001年的互聯網市場衰退之後
，石英晶體與晶體振蕩器的需求每年以4%～10%的速度穩步增長。

2008年，石英晶體振蕩器的市場規模超過41億美元。而這一年正是石英振蕩器誕生90周年。在我們身邊的幾乎所有便攜式與固定電子設備中都能找到這些石英晶體及晶體振蕩器，其中一個很好的範例就是手機。

在早期，典型的GSM手機有四套不同的壓電式頻率控製與發生元件：射頻聲表麵波(RFSAW)濾波器(900MHz～2GHz

，采用壓電式鉭酸鋰或铌酸鋰)，用於天線與收發器芯片組之間濾波的發射與接收；如果采用超外差下變頻
，則具有中頻聲表麵波(IFSAW)濾波器(50～400MHz，主要采用石英)
；溫度補償晶體振蕩器（TCXO）(13/26MHz，采用石英晶體)，在收發器合成器中作為時鍾參考用於信道化
；音叉(32.768kHz，采用石英晶體)用於基帶部分的備用定時。
                                  
後來，直接變頻技術的成功研發淘汰了許多GSM手機裏的中頻聲表麵波濾波器。幾年前

，具有片上數字補償晶體振蕩器(DCXO)電路的GSM收發器芯片組不再需要TCXO。然而，它仍需要片外的石英晶體振蕩器。

如今，手機似乎不再需要變得更小，因為它們已經相當小了。事實上，一些手機正在變大，以提供消費者所需的更多功能，如多頻帶、多模式、數碼相機、數碼攝像機、MP3
、GPS、因特網接入、藍牙和數字電視等。

與早前認為的片外石英晶體
、晶體振蕩器

，SAW元件的需求隨時間推移將越來越少的設想正好相反，如今，手機具有更多這些元件，需要石英音叉、石英晶體振蕩器
、晶體振蕩器、壓控晶體振蕩器（VCXO）

、TCXO與射頻聲表麵波/薄膜體聲波諧振器(FBAR)濾波器/雙工器。雖然這些元件的獨特製造與封裝要求使得它們幾乎不可能被集成到了成熟的矽基集成電路（IC）平台中
，但它們已經變得非常小
，並且能夠提供良好的頻率控製和發生功能
，以滿足手機設計人員日益嚴格的要求。

在有線與無線市場迅猛增長的推動下，石英晶體及其高頻版SAW器件正廣泛用於各個領域，小到電子玩具中簡單的無源石英晶體，大到用於最先進的電信網絡骨幹網定時的複雜同步定時模塊（STM)，如表1所示。
                             
過去幾年裏，麵向娛樂、遊戲
、便bian攜xie式shi市shi場chang的de電dian子zi設she備bei的de巨ju大da增zeng長chang，將jiang石shi英ying晶jing體ti與yu晶jing體ti振zhen蕩dang器qi向xiang越yue來lai越yue小xiao型xing發fa展zhan的de需xu求qiu推tui到dao了le空kong前qian水shui平ping。如ru今jin兆zhao赫he茲zi石shi英ying晶jing體ti的de體ti積ji已yi經jing小xiao到dao2.0mm×1.6mm
，且能夠批量組裝，這在幾年前是難以想象的。至於帶金屬管封裝的32.768kHz石英音叉注塑模型從多年前起就可獲得。[page]

目前，采用傳統兆赫茲晶體封裝方法的石英音叉可提供4.1mm×1.5mm
、3.2mm×1.5mm及2.0mm×1.2mm的小尺寸型。現在正在力爭將這些晶體音叉的厚度壓縮至0.4mm或更薄，以達到薄型應用的要求。需要如此小尺寸石英晶體(1.6mm×1.0mm與1.0mm×0.8mm)的應用預期將在今後數年內出現，並且石英晶體供應商正為此作準備。

由於尺寸小於5mm×3.2mm，石英晶體一般需要在真空中密封以保持阻抗不受損。低兆赫小尺寸石英晶體片也需要斜削(修磨石英晶體邊緣)，以實現有效的能陷。

處(chu)理(li)石(shi)英(ying)音(yin)叉(cha)中(zhong)采(cai)用(yong)的(de)光(guang)刻(ke)方(fang)法(fa)被(bei)大(da)部(bu)分(fen)有(you)能(neng)力(li)的(de)供(gong)應(ying)商(shang)應(ying)用(yong)於(yu)實(shi)現(xian)超(chao)小(xiao)尺(chi)寸(cun)石(shi)英(ying)晶(jing)體(ti)與(yu)低(di)兆(zhao)赫(he)石(shi)英(ying)晶(jing)體(ti)。該(gai)方(fang)法(fa)將(jiang)會(hui)成(cheng)為(wei)那(na)些(xie)隻(zhi)依(yi)賴(lai)傳(chuan)統(tong)研(yan)磨(mo)法(fa)處(chu)理(li)石(shi)英(ying)晶(jing)體(ti)的(de)供(gong)應(ying)商(shang)將(jiang)石(shi)英(ying)晶(jing)體(ti)進(jin)一(yi)步(bu)小(xiao)型(xing)化(hua)的(de)主(zhu)要(yao)技(ji)術(shu)障(zhang)礙(ai)。

至於晶體振蕩器，2.5mm×2mmCMOS固定頻率晶體振蕩器的組裝正在全力進行，且更小的2mm×1.6mm與1.6mm×1.0mm版本也處於樣片或開發階段。2.5V的供電電壓如今仍然是標準配置
，同時，1.8V或更低的供電電壓的市場正在開始興起。

根據工作溫度範圍，上述兆赫茲石英晶體與晶體振蕩器在各種溫度下的頻率穩定性通常規定小於±25×10-6
、±50×10-6及±100×10-6。因此
，石英晶體是在無任何補償情況可提供此種穩定性的唯一已知的諧振元件。

為提供更高的頻率穩定性


，可采用溫度補償晶體振蕩器（TCXO）。AT切晶體的頻率與溫度為三次方關係。TCXO振蕩器電路具有電壓頻率上拉功能，用於以模擬或數字的方式在整個溫度範圍內將三次方的頻率溫度變化補償至低於10×10-6水平，其中補償以非常低的頻率變化梯度進行。

對於今天的手機應用而言，為了提供頻率合成的精確參考時鍾，需要優於±2.5×10-6的頻率穩定性。對於GPS設備，需要小於±1.0×10-6或±0.5×10-6的TCXO。例如，愛普生Toyocom公司針對上述應用提供了微型TCXO(2mm×1.6mm)。

很多人並不知道，不少的石英產品(石英晶體、石英音叉和石英陀螺傳感器等)是利用一些微機電係統(MEMS)工藝步驟生產的
，如光刻、金屬化、蝕刻、犧牲層的沉積與去除，以及金刻蝕保護等。

實際上，與許多矽基的MEMS工藝相比，這些複雜的處理步驟，如非平麵金屬化方案(用於石英音叉)、抗石英晶體硬度引起的蝕刻
、高度各向異性石英晶體的不同蝕刻程度等，使得石英晶體產品小型化處理在技術上更加具有挑戰性。愛普生Toyocom公司在數年前為了強調石英與MEMS技術對下一代石英晶體器件的重要性
，提出了“QMEMS”這個術語。

總的來說，在過去10年中，石英晶體與晶體振蕩器供應商做到了將石英晶體振蕩器
、晶體振蕩器
、VCXO及TCXO的de尺chi寸cun縮suo小xiao至zhi目mu前qian水shui平ping，這zhe曾zeng經jing被bei認ren為wei是shi不bu可ke能neng實shi現xian的de，尤you其qi是shi在zai沒mei有you降jiang低di性xing能neng或huo增zeng加jia成cheng本ben的de前qian提ti下xia。每mei年nian越yue來lai越yue多duo的de石shi英ying晶jing體ti器qi件jian被bei組zu裝zhuang，成cheng熟shu產chan品pin的de平ping均jun售shou價jia持chi續xu下xia降jiang。

該行業經過過去10年努力已經取得成功，且仍將繼續發展。這包括創新、小型化
、成本降低、新應用開發，以及性能
、易用性與穩定性的改進。所有這些都為了保持其在電子行業中的“時鍾解決方案”的地位。其推動力是提供性能最好且性價比最高的石英解決方案
，從而使消費者沒有理由去選擇其他技術。