厚度剪切振動石英晶體板雙層電極的熱效應.ppt

《厚度剪切振動石英晶體板雙層電極的熱效應.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、厚度剪切振動石英晶體板雙層電的熱效應指導老師:王驥作者:吳振畢業(yè)設計報告石英晶體諧振器石英晶體諧振器是一個電子元件，它常被用作頻率穩(wěn)定和選擇的參考來源。石英晶體諧振器的結(jié)構(gòu)：石英板+電極電極的結(jié)構(gòu)：在制造過程中，為了使得石英板與金屬電極粘接得更好，通常將石英板上的電極制成了雙層結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的石英晶體諧振器石英板尺寸較大，電極相對較薄金屬電極層對于石英板振動頻率的影響非常小在各種研究分析中，包括諧振器的溫度-頻率特性分析中，都假定金屬電極對整個諧振器是沒有影響的現(xiàn)今的石英晶體諧振器隨著顯微機械加工的發(fā)展，諧振器被

2、做得越來越小電極層的影響，特別是由金屬電極熱效應所產(chǎn)生的影響變得不可忽略。因此，在設計和性能評估過程中我們必須對這種影響展開深入的研究現(xiàn)今生產(chǎn)實踐中對電極熱效應的研究下層電極（基底層）相對與上層電極較薄在研究電極熱效應中，通常忽略基底層的影響，即：將電極看成只有上層電極組成的單層電極由此產(chǎn)生的問題（1）若按單層板計算所得的結(jié)果是否可靠？（2）若可靠，那么這樣所得的結(jié)論與按雙層板理論所得的結(jié)論是否存在偏差？這樣的偏差是否顯著？（3）用不同的金屬材料分別作為下層電極（基底層）與上層電極，它對石英諧振器的固有頻率有

3、何差異？哪種搭配下的溫度—頻率穩(wěn)定性最好？基本理論增溫場理論（ITF）（Lee和Yong）下的運動方程：這里這里值得一提的是，熱膨脹系數(shù)以及彈性模量都是與溫升相關的量假設位移為：在石英諧振器的制造過程中，為了使得石英板與金屬電極粘接得更好、更牢固，通常將石英板上的傳導金屬電極制成了雙層結(jié)構(gòu)。它的結(jié)構(gòu)如圖所示，因為對稱，我們只畫出它的上半部分。2b”2b’bX2X1CrystalMetalelectrode1Metalelectrode2O由于電極1的存在，我們假設位移如下：由于電極2的存在，我們又假設位移如下

4、：由應力—位移關系，我們得到：代入運動方程（3.1），得到由邊界條件和層與層之間的連續(xù)性條件于是，我們得到了因為A,A’,A”有解，所以我們有系數(shù)行列式為零現(xiàn)將該行列式展如下為了計算方便，我們進行如下歸一化處理我們定義波數(shù)如下我們得到我們就可以得到在各個溫度下的波數(shù)X，然后將波數(shù)X代入由此求得在對應溫度下雙層熱效應影響下的頻率。算例中的材料參數(shù)Ni的材料參數(shù)Cr的材料參數(shù)Ag的材料參數(shù)Au的材料參數(shù)不相同電極厚度比b1/b2下的結(jié)果比較我們?nèi)∫訬i-Au，Ni-Ag，Cr-Au，Cr-Ag為組合，看看不同搭配

5、下的溫度-頻率特性曲線。Ni-Au不同b1/b2下的溫度-頻率特性曲線Ni-Ag不同b1/b2下的溫度-頻率特性曲線Cr-Au不同b1/b2下的溫度-頻率特性曲線Cr-Ag不同b1/b2下的溫度-頻率特性曲線由以上各圖中我們看到，當電極1與電極2的厚度比很小時，如當b1/b2=1/16時，它的溫-頻曲線與單層板得出的溫-頻曲線是非常接近的，但當厚度比變得比較大時，這種偏差就變的不可忽略。我們同樣以Ni-Au，Ni-Ag，Cr-Au，Cr-Ag為組合，看看不同搭配下的溫度-頻率特性曲線。Ni-Au不同b2下的溫

6、度-頻率特性曲線Ni-Ag不同b2下的溫度-頻率特性曲線相同基底層厚度b1，不同電極層2厚度b2的結(jié)果比較Cr-Au不同b2下的溫度-頻率特性曲線Cr-Ag不同b2下的溫度-頻率特性曲線相同電極層2厚度b2，不同基底層厚度b1的結(jié)果比較我們同樣以Ni-Au，Ni-Ag，Cr-Au，Cr-Ag為組合，看看不同搭配下的溫度-頻率特性曲線。Ni-Au不同b1下的溫度-頻率特性曲線Ni-Ag不同b1下的溫度-頻率特性曲線Cr-Au不同b1下的溫度-頻率特性曲線Cr-Ag不同b1下的溫度-頻率特性曲線結(jié)果探討（Ⅰ）Au

7、和Ag做電極時性能比較若以單層板熱效應理論，以銀做電極它的溫-頻穩(wěn)定性要好與以金做電極。若雙層板理論，從無論和Ni或Cr搭配，以銀做電極它體現(xiàn)出的溫-頻穩(wěn)定性同樣要好與以金做電極。從這一點上來看，它們各自得到的結(jié)論是相同的。但我們應該看到，以單層板理論得出結(jié)果是偏與保守的。（Ⅱ）不同基底電極的性能比較我們知道，在實際生產(chǎn)設計中，雙層電極的結(jié)果通常有如下的組合：Ni-Au，Ni-Ag，Cr-Au，Cr-Ag。那么就產(chǎn)生了一個問題，同樣與Au或Ag相組合，Ni-Au與Cr-Au，或Ni-Ag與Cr-Ag哪個溫度-

8、頻率穩(wěn)定性更好呢？我們就將這個問題做如下討論。我們?nèi)蓪与姌O總厚度不變，為，電極厚度比為不同值時，分別繪出Ni-Au與Cr-Au，同Ni-Ag與Cr-Ag各自的溫-頻曲線，進行溫度穩(wěn)定性比較。Ni-Au與Cr-Au的溫度-頻率穩(wěn)定性比較Ni-Ag與Cr-Ag的溫度-頻率穩(wěn)定性比較結(jié)論與展望我們主要得到以下結(jié)論：（1）當兩層電極的厚度比b1/b2比較小時，即基底層非常薄時，它得出的結(jié)論同單層板熱效應理