說到村田生產的電子元件想必很多人會想到的都是村田貼片電容,村田陶瓷晶振.其實近幾年村田也開始了石英晶振的研發制造,并且獲得廣大用戶所認可,取得可觀成績.下面億金電子給大家介紹下村田制作所水晶單元的起源,以及村田石英晶振的優點和各種應用.

   村田制作所的水晶單元采用突破性且獨特的包裝技術,在現有產品中無與倫比,提供卓越的品質,生產規模和性價比.

   村田制造所水晶單元的優點

   村田制作所水晶單元的起源

   村田制作所已提供陶瓷諧振器（CERALOCK ®）市場的四十多年里,作為微型計算機和其他設備的參考時鐘使用.為了支持需要比陶瓷諧振器具有更高頻率精度的時鐘的設備,使用我們獨特的技術,Murata和Tokyo Denpa共同開發了微型且高度可靠的石英晶振,貼片晶體單元.自2009年起,我們開始為消費者市場供應產品,自2013年起開始為汽車市場供應產品.

   市場業績-村田制作所的水晶單元在各種應用中都很活躍由于對速度和容量的需求增加,與東京Denpa聯合開發的產品已被更多產品所采用,因為HDD/SSD/USB和其他存儲設備開始使用小型晶體單元.后來,村田制作所的水晶單元開始被用于NFC,智能手機具有個人認證/電子貨幣支付功能.

   由于AV/PC/汽車設備和Wi-Fi通信設備對小型設備的需求不斷增長,以及配備BT/BLE通信功能的可穿戴設備和智能手機外圍設備的市場增長,小型貼片晶振,石英晶體設備的采用仍在增加連接到智能手機.

   客戶選擇村田制作所的水晶單元的原因-由陶瓷諧振器培育的高可靠性/低成本封裝的采用（CERALOCK ®）

   村田制作石英貼片晶振使用的封裝結構與典型的水晶單元不同.雖然常規晶振晶體單元使用具有腔體結構的陶瓷基板,但村田制作所的石英晶振單元使用的結構將金屬帽與平面陶瓷基板結合在一起,該陶瓷基板具有多年可追溯的陶瓷諧振器.與傳統的石英晶體單元相比,使用高度通用的平面陶瓷基板和金屬蓋可以降低材料成本,實現穩定的供應,并提高產量.

   村田制作所為客戶提供價值-村田晶振擁有先進的生產技術,從水晶石生產,設計,制造到我們自己的原始設備到全球銷售網絡的集成系統.至今村田中國已擁有19個銷售據點、4個工廠以及4個研發設計基地,近距離為客戶提供及時有效的服務和技術支持.

   全球銷售系統

   村田石英晶振產品型號列表

系列	類型	尺寸（mm）	頻率	筆記
XRCTD  XRCED	MCR1210晶振	1.2×1.0×0.30  1.2×1.0×0.33	32至52MHz	金屬密封封裝，適用于小型消費設備的小型無線通信設備
XRCFD XRCMD	MCR1612晶振	1.6×1.2×0.35  1.6×1.2×0.33	24至48MHz
XRCGB	HCR2016晶振	2.0×1.6×0.7	24至50MHz	用于消費者設備的無線通信設備的樹脂密封包裝
XRCPB	HCR2016晶振	2.0×1.6×0.5	24至48MHz
XRCHA	HCR2520晶振	2.5×2.0×0.8	16至20MHz
XRCHA_F_A	HCR2520晶振	2.5×2.0×0.8	16至24MHz	用于汽車以太網/ FlexRay
XRCGE_F_A	HCR2016晶振	2.0×1.6×0.7	20至23.99MHz	用于汽車MCU等
XRCGB_F_A	HCR2016晶振	2.0×1.6×0.7	24至48MHz	用于汽車以太網/ FlexRay
XRCGB_F_C	HCR2016晶振	2.0×1.6×0.7	27.6MHz	用于汽車舒適/安全信息娛樂
XRCGB_F_G	HCR2016晶振	2.0×1.6×0.7	24至48MHz	用于汽車僅用于信息娛樂

石英晶振晶片是從一塊晶體上按一定的方位角切下的薄片,可以是圓形或正方形,矩形等.按切割晶片的方位不同,可將晶片分為AT、BT、CT、DT、X、Y等多種切型.不同切型的晶振晶片其特性也不盡相同,尤其是頻率溫度特性相差較大.

晶振晶片的兩個對應表面上涂敷銀層,由晶振晶片支架固定并引出電極.晶振晶片支架分為焊線式和夾緊式兩種.通常,中、低頻石英晶體振蕩器采用焊線式晶片支架,而高頻石英晶體振蕩器采用夾緊式晶片支架.

石英晶體諧振器是利用石英晶體的壓電效應制成的一種諧振器件,其基本結構為:從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片,它可以是正方形、矩形或圓形等),在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極,在每個電極上各焊根引線接到管腳上,再加上封裝外殼就構成了石英晶體振蕩器,簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。圖2.1是石英晶振結構圖。圖22是一種金屬外殼封裝的石英晶體結構示意圖。

石英晶振晶體的壓電效應

若在石英晶體的兩個電極上加一電場,晶片就會產生機械變形。反之,若在晶振晶片的兩側施加機械壓力,則在晶片相應的方向上將產生電場,這種物理現象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓,晶片就會產生機械振動,同時石英晶振晶片的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下,晶振晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小,但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時,振幅明顯加大,比其他頻率下的振幅大得多,這種現象稱為壓電諧振,它與LC回路的諧振現象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方向、幾何形狀、尺寸等有關。

石英晶振晶體的符號和等效電路

石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖23所示。當晶體不振動時,可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關,一般約幾個pF到幾十pF。當石英晶體諧振時,機械振動的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十mH到幾百mH.晶振晶片的彈性可用電容C來等效,C的很小,一般只有0.0002~0.lpF。

晶振晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效, 它的數值約為100g。由于晶片的等效電感很大,而C很小,R也小,因此回路的品質因數Q很大,可達1000~10000。加上晶振晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方向、幾何形狀、尺寸有關,而且可以做得精確,因此利用石英晶體諧振器組成的諧振電路可獲得很高的頻率穩定度。

科技的發展讓電子元器件的市場不斷上漲增值，加大電子元器件使用量的同時對其功能性以及尺寸等方面也有了諸多要求。比如石英晶振，貼片晶振，石英晶體振蕩器，滿足市場需求從大體積8045晶振到1612晶振，尺寸改小了，技術加強，使用性能也提高了不少，在高端智能產品中具有低功耗，高穩定精度，重量輕等優勢特點。億金電子技術工程師下面給大家介紹石英晶振的可靠性質以及設計分析報告。

A型石英晶振的組成

A型石英晶振結構比較簡單,由底座、PCB電路板、元器件、晶體、外殼五部分組成,根據這些零部件的功能分析,可以得到A型晶振的可靠性框圖, 可靠性框圖見圖3-4

4.22A型石英晶振的可靠性要求

A型石英晶振的可靠性指標要求如下:

(1)石英晶振在工作n年內不發生致命故障

(2)石英晶振n年內總的工作時間不低于:t=n×365×24。

(3)石英晶振的可靠度為0.95:即Rs=0.95。

4.2.3A型石英晶振的可靠度計算

可靠度是指產品在規定的條件和規定的時間內,能正常完成規定功能的概率,通常用R表示。根據對A型石英晶振的結構分析,可以看出A型石英晶振為串聯結構,可靠度計算公式如下:

RS=R1×R2×R3×…·×Rn                       公式(4-1)

A型石英晶振由四部分組成:底座、電路板、元器件、晶體、外殼。A型石英晶振可靠度計算公式如下:

RS=R1×R2×R3×R4×R5                  公式(4-2)

式中:R、R2、R3、R4、R5分別代表底座、電路板、晶體、元器件、外殼的可靠度。

4.24A型石英晶振的可靠性預計

可靠性預計,顧名思義指的是對石英晶振產品在規定的工作條件下進行可靠行估計也就是根據類似產品的經驗數據或組成該產品的各單元的可靠性數據,對石英晶振產品給定工作或非工作條件下的可靠性參數進行估算。

可靠性預計的意義主要有:

(1)為產品設計階段的可靠性設計提供依據

(2)為產品的維護階段提供有價值的信息。

3)站在可靠性設計的角度,篩選設計方案,尋找最佳設計方案。

(4)為改進設計方案提供理論支持。

可靠性預計的方法主要有上下限法、元件計數法、相似產品法、應力分析法評分法、故障率預計法、性能參數預計法。根據W公司實際情況,本文采用應力分析法對石英晶振進行可靠性預計。因為A型石英貼片晶振的主要部件的故障率均可通過供應商得到,所以本文采用應力分析法。采用GJB/Z299C-2006預計手冊。故障率預計法的計算公式為:

4.2.5A型石英貼片晶振的可靠性分配

石英晶振可靠性分配指的是將整個系統的可靠性指標分配給各個組成部分,是將可靠性指標總整體到局部,從上到下進行分配的過程。可靠性分配有以下意義:將石英貼片晶振產品的整體可靠性指標進行分配,分配到產品的下級組成部分,可以使每個組成分的可靠性設計指標更加準確細致,便于可靠性設計人員進行分析。

貼片晶振可靠性分配方法主要有 AGREE分配法、拉格朗日乘數法、比例分配法、評分分配法、復雜度分配法、動態規劃法、重要度法、直接尋查法。

本文采用 AGREE分配法對A型石英晶振進行可靠性分配, AGREE分配法將整體的每一個組成單元的復雜度和重要度納入到可靠性分配中。 AGREE方法的核心是:失效率的分配和整體的各個組成單元的重要度和復雜度有關,組成單元越重要,分配的失效度就應該越高。相反,組成單元的重要度越高,分配的失效度就應該有所減少。也就是說,分配給每個組成單元的失效度是加權的,加權因子C與組成單元復雜度成正比,與組成單元的重要度成反比。

單元或子系統的復雜度的定義為單元中所含的重要零件、組件(其失效會引起單元失效)的數目Ni(i=1,2.n)與系統中重要零、組件的總數N之比,即第i個單元的復雜度為：

假定設備的壽命符合指數分布,則可靠度為:

單元或子系統的重要度的定義為該單元的失效而引起的系統失效的概率。其表示為考慮裝置的重要度之后,把系統變成一個等效的串聯系統,則系統的可靠度Rs可以表示為考慮裝置的重要度之后,把系統變成一個等效的串聯系統,則系統的可靠度Rs可以表示為：

考慮裝置的重要度之后,把系統變成一個等效的串聯系統,則系統的可靠度Rs可以表示：

式中：

Wi —為系統的失效率

Ki —產為單元的復雜度