讓我們以一個小測驗開始這篇博文: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——答案會在文章中出現(xiàn)。但首先，讓我們看看這個理論:

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。這是因為在石英盤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界面上的反射而在石英晶片內(nèi)部建立。最大的機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，在基本模式下運行
• 30 MHz ~ 250 MHz，泛音模式下運行(第3；5號；7號；第九泛音)

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

除了石英坯的厚度之外，為了計算共振頻率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，下面是另一個實驗設(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)化為石英坯體的標稱厚度，則+/-10ppm的共振頻率偏差對應(yīng)的厚度公差僅為+/-0.415 nm。

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

那么，如何實現(xiàn)這種僅+/-10 ppm的低頻容差呢？

我們用一個技巧來代替實際中無法實現(xiàn)的機械公差。這是因為石英坯件的諧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。

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

石英坯件的相對表面上的兩個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。由于這個原因，石英坯被制造得比計算的稍薄，因為諧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稱頻率。在石英外殼密封之前的最后一個制造步驟中，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，同時連續(xù)測量石英盤的諧振頻率。該第二濺射過程相對較慢，并且一旦達到精確的標稱頻率就停止。

在第二次濺射過程中，將“附加質(zhì)量”施加到坯件上

這種以有目標的和單獨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械加工步驟來實現(xiàn)。
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