1、什么是石英晶体的老化?
石英晶体的老化是指的频率随着时间的变化而变化,称为老化。
2、石英晶体的老化的机理?
老化的机理是应力驰豫和质量吸附。具体可分为氧化、还原、疲劳、磨损、腐蚀、扩散、应力、渗透、吸附、释放及超强度(过载)等。
石英晶体元件的频率随时间的变化就有如下三种:
图中,A(t)曲线是由于应力驰豫引起的;B(t)曲线是由于质量吸附引起的;A(t)+B(t)曲线是两者兼有。
年老化率的试验与考核办法
(1)美军标MIL-C-3098F“石英晶体元件总规范”中规定在+85℃下保持30天,相当于在+25℃下壹年,其频率变化小于5ppm.
(2)美军标MIL-C-3098G“石英晶体元件总规范”中规定进行加速试验,方法在+105℃下保持168小时,也相当于在+25℃下壹年,其频率变化小于5ppm.
上述两种加速试验都是在当时的条件下,经过试验确定的。随着原材料特性的提高和工艺水平的提高,对老化特性的考核办法又做了修正。
(3)美军标MIL-PRF-3098H“石英晶体元件总规范”中规定可以在+125℃条件下保持72小时,其前后的频率变化应小于5ppm。这个条件也相当于+25℃下壹年。
做加速试验是有条件的,即产品的失效模式不增加,失效机理不改变的情况下进行。
做老化试验时,老化温度误差为±3℃,测试系统的误差为±5ppm.在各次测量的环境温度的误差在±0.5℃情况下,当用晶体阻抗计进行测量时,所有晶体元件(包括设计工作在并联谐振状态的元件)都应在串联谐振状态下进行测量(即测量谐振频率fr)。当使用其他振荡器时,晶体元件可以工作在比串联谐振频率更高的频率上。
石英晶体元件年老化大的原因
1、老化温度
在不增加失效模式、不改变失效机理的必要条件下,选取比*高长期工作温度低10℃的温度,就目前石英晶体元件来说,为+125℃为好。
2、石英晶体的老化时间
在规定的工艺条件下,抽取基频较高且量较大的产品如25MHz的晶体元件共100只,依次编号,在室温+25℃ ±2℃下存放1小时,随后在上述(3)要求的测试系统上,测量其谐振频率与谐振电阻,并逐个记录其结果。将产品放入老化烘箱中,从室温逐步升至+125℃±3℃,保持12小时,后取出产品,在室温停放1.5~2小时,使其温度达到+25℃±2℃,与**次测量时的室温相差±0.5℃内,再依次在同一测试系统上,测量其谐振频率与谐振电阻,并逐个记录其结果。并再次送入+125℃ ±3℃,保持12小时,这样连续试验至累计老化72小时后,做*后一次测量,并记录。按号画出谐振频率的老化曲线。在使用这些曲线时,去除异常曲线,一般不超过5%。
为了验证石英晶体的老化温度与老化时间的确定是否合理,可安排一批产品按此确定的老化温度和老化时间进行老化。随后再做+125℃±3℃、72小时的年老化率试验进行验证。
但要注意,如果所采用的石英片的加工余量,特别是腐蚀系数不合理,或成品制造过程工艺有较大变化时,则要重新试验确定。