電子元件都會經歷一個"老化問題"老化的原因主要是由于結構或組分內部具有易引起老化的弱點,如具有不飽和雙鍵,過氧化物,支鏈,羰基,末端上的羥基,等等.外界或環境因素主要是陽光,氧氣,臭氧,熱,水,機械應力,高能輻射,電,工業氣體(如二氧化碳,硫化氫等),海水,鹽霧,霉菌,細菌,昆蟲，等等

老齡

老化是隨著時間的推移頻率的系統性逐漸變化.老化是由于晶體表面的變化,頻率調節方法,驅動/功率水平和氣密密封導致的頻率確定參數惡化的結果.老化表示為頻率偏差,通常在給定驅動水平和/或溫度下隨時間的百萬分率(PPM).實施例:30天后在0.5mW下+/-3ppm/年

吸收和解吸是老化的兩個主要原因.吸收是指將材料沉積到石英板上的過程,導致頻率從質量負載減小.該材料可以是捕獲在保持器內的顆粒物質形式的污染物,在密封過程中從保持器驅除的鍍層,或濕氣.

解吸是隨著晶體振動,石英板隨著時間的推移拋棄微小石英顆粒的過程.當石英板上的石英被拋出時,質量負載減少并且晶體的頻率增加.

當在熱和冷溫度之間循環時表現出交替增加和減少頻率的晶體通常在封裝內具有高水分含量.水的蒸發和沉淀導致水分的交替吸收和解吸.

晶體的基頻也是衰老的重要因素.由于頻率與石英板的厚度和吸收和解吸中涉及的顆粒物質的關系,較高頻率的裝置將表現出比較低頻率裝置更多的老化.

可以優化制造工藝,電極材料的選擇,支架,密封類型和內部氣氛,以產生具有最小老化的晶體.

老化與

保持器和密封:保持器/密封件的選擇和內部氣氛直接影響器件的老化特性.不會產生污染物并在真空中密封晶體的密封方法提供了最小化老化的最佳機會.其次是電阻焊接封裝,其中石英晶片密封在干燥的氮氣氛中.需要考慮成本與性能之間的權衡.保持器/密封件類型的典型老化特性如下:

焊接密封-氦氣:+/-5ppm/年@25度.C

電阻焊接-氮氣:+/-3ppm/年@25度.C

冷焊-真空:+/-1ppm/年@25度.C

精密低老化晶體持有人:

老去VS.溫度

老化受溫度影響.簡單來說,隨著溫度的升高,老化會加速.老化通常在室溫,25攝氏度下指定.一些應用需要在升高的溫度下操作,并且老化速率將相對于25度的速率加速.C.必須考慮升高的溫度與老化速率,并選擇工藝以確保在高于室溫的溫度下滿足老化規格.

水分與溫度:

可以捕獲在包裝中的任何水分的解吸加速了溫度的升高.相反,隨著溫度降低,水分凝結在石英板上,引起質量負荷和頻率降低.具有這種異常的晶體在冷卻時表現出較低的頻率,并且當濕氣從諧振器驅出時具有較高的頻率.為了消除水分含量,晶體在溫度和濕度受控的環境中進行處理.

環氧樹脂,溶劑和污染物與溫度的關系:

升高的溫度還可以加速用于將晶片粘合到晶體單元中的內部安裝結構的環氧樹脂的放氣.排出的材料可沉淀在石英晶片上,進而降低晶體單元的振蕩頻率.

水晶制造過程包括在各個階段進行高溫真空烘烤,以驅除水分,溶劑,污染物,并完成任何環氧樹脂的排氣.除了烘烤外,半成品材料在高溫下儲存在受控氣氛中,并按照時間表進行處理,從而消除了工藝之間的冗長排隊.目標是盡可能快地密封裝置,以消除與溫度相關的老化機制.

壓力與溫度:

升高的溫度減輕了石英結構中的應力以及安裝結構.應力松弛導致頻率隨著諧振器達到平衡而改變.應力消除的第二個影響是通過”角度旋轉”改變頻率穩定性.

短期穩定性

如果老化是在幾天,幾個月和幾年的時間內頻率的逐漸變化,則短期穩定性是通常每天所顯示的頻率的變化.所有導致長期老化的可變機制都會導致短期穩定性的變化.短期穩定性的變化通常為十億分之一,每天10-9.

短期穩定性的巨大變化被稱為”爆發”和”跳躍”.短期穩定性的這些變化也有助于諧振器頻率隨溫度的”回掃”或滯后.

制定和選擇制造工藝以最小化頻率的短期變化.

短期不穩定的原因是:

• 溫度波動

• 熱瞬態

• 活動在烤箱設定點下降

• 約翰遜噪聲-電阻元件中的熱致EMF

• 振動

• 聲損耗-問題

• 吸附分子數量的波動

• 石英,電極,安裝和粘接之間界面的變化

短期穩定性測量可以通過以下每種方法得出:

• 兩個樣本(Allan)方差

• 分數頻率波動的譜密度

• 相位波動的光譜密度

• SSB相位噪聲與載波比

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