市場上目前對于攜帶型電子產品所使用的表面黏著型電子零件,越來越期待能夠開發出更輕薄短小的制品.頻率控制元件之一的石英晶體也同樣進入輕薄短小的競爭紀元.石英晶體發展成SMD表面黏著型之后,其耐熱性與沖擊性也加以提升.這都可以歸功于AT CUT技術的突破.在高頻化制程上居獨占地位的AT CUT之特征與樣貌,統一電子將從技術的角度對于壓電晶體由來以及AT切割方式的介紹.

小型便攜式電子產品對于表面黏著型（SMD型）零件的市場需求始終要求能做到更精密且輕,薄,短,小,即使在電器用品市場上,攜帶型電器也以輕薄短小為競爭利器,制造商紛紛致力研發世界最小,最輕的產品.石英制品方面,行動電話使用的TXCO溫度補償型溫補石英晶體振蕩器或石英晶振,以及數位相機,筆記型電腦使用的石英晶體諧振器,鐘表型石英振蕩器的輕薄短小化速度也一日千里.民生用電器方面,家用產品也從以往的Dip Type石英制品走向可以帶著走的攜帶型產品.小型SMD晶振更是如今智能電子市場的主流.石英晶體業者正在努力開發更為輕薄短小的SMD型石英產品.本文將介紹高頻領域內最常被使用的AT CUT石英晶體特色.

何謂石英晶體？水晶是二氧化硅的單晶,在電力與物理方面則是具有安定性的壓電物質.利用水晶安定的壓電效應與逆壓電效應來控制頻率的元件就稱為石英晶體.水晶的壓電效應是在1880年由法國的居禮兄弟發現的,而1881年水晶的逆壓電效應更從實驗上得到確認.石英晶體就是利用水晶的「壓電效應」（在結晶板上施壓而在兩面生出逆極性的電荷）與「逆壓電效應」（在結晶板加上電極會產生機械性的歪曲并產生力量）的元件.

水晶依照切割方向的不同,會得到各種不同的振動模式.圖一為各種切斷圖.

圖一 Z板人工水晶與各種切割

高頻領域內最常被使用的AT CUT石英晶體特色,在各種的切割之中,AT CUT在高頻上的利用具有獨占性的地位.理由說明如下：

1.溫度安定性較他種切割方法優異（兩軸回轉之切割方法除外）.圖二為各種切斷的溫度特性圖.AT CUT的溫度特性為三次曲線,其他的切斷則為二次曲線.在人類生存環境溫度范圍之內以AT CUT的溫度特性較佳.

圖二 各種切割晶體的溫度特性圖

2.可以做到小型化.AT CUT為厚度振蕩,【】晶振晶體振動頻率由晶片的厚度決定,因此【】晶振晶片外型尺寸可以縮小.其他的切斷法由于是輪廓或彎曲振動,長邊由振動頻率決定,因此要做到小型化是很困難的.圖三為各種振動模式圖.ATCUT的厚度與頻率關系可由下列公式求得.

T（mm）=1670/f（kHz）

圖三 石英晶體振蕩模式

3.等價串聯抵抗比其他切割法低.表一為各種切割與阻抗的比較表.等價串聯抵抗低與振蕩起動時間短都可能影響間歇動作.

表一　切割與阻抗的比較

4.溫度特性的管理較易.AT CUT依據切割角度的不同會影響溫度特性.從角度上加以控制,就可得到預期的溫度特性.輪廓與彎曲必須要求切割角度以及晶片外型尺寸的邊比管理,在處理上則較為繁雜.圖四為切斷角度與溫度特性圖.

圖四 切割角度與溫度特性

5.可以做到高頻化.AT CUT的振動頻率由厚度決定,因此加工技術的進步可以使石英【】貼片晶振厚度更薄,也能使振動頻率提高現.在已經知道基本波動可以達到600MHz的,由剛剛提到的厚度公式計算,可以得到約2.8μm.圖五為反轉梅薩型高頻化概念圖.

圖五 晶片Invert Mesa構造概念圖

6.機械性強度優異.由于AT CUT是厚度振動,因此石英晶體晶片的外緣可堅固地加以固定.外型與彎曲在外緣部份會振動,因此晶片的中心部份（節點）須以細線支撐,要堅固的加以固定是困難的.圖六為SMD石英晶體構造圖.

圖六 SMD石英晶體構造圖

7.電容較小.將石英晶體連接在振蕩回路上,在可變電量可使頻率變動的情況下,石英晶體的電容雖小,但少量的電容變化就能得到極大的頻率改變.表二為切斷與容量比的比較表.TCXO晶振,【】VCXO晶振就是這種利用較小的容量比得到的應用制品.

表二 切割與電容(Co/C1)的比較

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