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大部份的石英晶體產品是用于電子線路上的參考頻率基準或頻率控制組件, 所以, 頻率與工作環境溫度的特性是一個很重要的參數. 事實上, 良好的頻率與溫度(frequeny versus temperature)特性也是選用石英做為頻率組件的主要因素之一. 經由適當的定義及設計, 石英晶體組件可以很容易的就滿足到以百萬分之一 (parts per million, ppm) 單位等級的頻率誤差范圍. 若以離散電路方式將LCR零件組成高頻振蕩線路, 雖然也可以在小量生產規模達到所需要的參考頻率信號誤差在ppm或sub-ppm等級要求 , 可是這種方式無法滿足產業要達到的量產規模. 石英組件的頻率對溫度特性更是離散振蕩線路無法簡易達成的. 在(圖四) 中提供了數種不同的石英晶體切割角度的頻率對溫度特性曲線.

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圖四:不同切型 頻率-溫度特性


在各種不同種類的切割角度方式中, AT角度切割的石英芯片適用在數MHz到數佰MHz的頻率范圍,是石英芯片應用范圍最廣范及使用數量最多的一種切割應用方式. 在(圖五)中, 從石英晶棒X-軸向的上視圖, 可以看到對Z-軸向旋轉約35度的AT 方向. 這在大量生產的技術上也是很好達成的一種作業方式.

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圖五:水晶棒的AT切方向

(圖六)是以AT切割角度變動在厚度振動模態的頻率對溫度特性的展開圖. 圖中以常用的室溫攝式25度作為相對零點, AT切割的最大優點是頻率對溫度變化為一元三次方曲線. 這個特性, 從(圖六)中可以看到, 在相當寬廣的溫度范圍下, AT切割的溫度曲線的第一階及第二階常數為零, 第三階的常數便決定了頻率對溫度的變化值.

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圖六:AT切 頻率-溫度特性




      



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