什么是晶体元器件？

本文转自：光明网

我们常常问，晶体元器件是什么？

晶体元器件为电子系统提供稳定的频率信号，控制电子系统有效地工作，按照一定时序，确保系统功能的实现。因为晶振输出的频率是一个非常稳定的频率信号，因此被称为在电子系统中的心脏。让各个系统按照规定的时间完成任务。

有源类器件与无源类器件

晶体类，诸如谐振器，是无源类器件，它的内部只有一个石英晶片，配合系统实现频率控制。像电阻电容一样，是一个无源器件，需配合整个电路实现频率控制的功能。石英谐振内部的石英晶片是一个稳定的选频器件，它的有效电路相当于一个阻容感的电路组合。根据石英晶体的材料特性，它有特殊的选频功能，能够输出非常稳定的频率信号，从而实现整个系统的功能。它可以做频率控制、滤波器和高端的晶体振荡器。高端的晶体振荡器，内部就是采用无源封装，并搭建特殊的电路。由于石英材料特性稳定，可以大量生产，并且价格低廉，因此其应用非常广泛。

晶振类，诸如振荡器，是有源类器件，它供上电，就可以输出频率，应用场景非常多。作为有源类器件，施加一定的电信号，使得石英晶体和振荡电路形成环路，就能输出稳定的频率信号。就像集成电路一样，施加电压后，就会实现它的功能。石英晶体振荡稳定，其误差为百万分之一为量级，非常微小。晶振加上电后就会实现频率信号输出，可以实现完整的频率控制功能，使用起来非常方便。

石英振荡器的发展历程

有数字电路以来，就有石英振荡器的概念。最早的振荡器用电阻和电容搭建出来的，后来发现石英材料提供一个很高的品质因素，包括稳定度、相位噪声好，振荡性能参数优异。因为石英材料Q值高，利用其特性，将很大程度提高石英材料的性能参数。从上个世纪开始，逐步得到广泛的应用。并且随着生产的加工参数、电路的发展，振荡器各种参数的发展得到显著的提升。

技术的进步对我们日常的生活的影响

我们佩戴的机械手表，价格相应比较昂贵，它的精度每天变化范围为五到十秒。我们日常生活中见到的基本是石英手表，价格虽然很便宜，但保持很高的精度，一个月变化范围在两到三秒之内。

Q值即品质因素，是体现频率稳定的参数。Q值越高，稳定度越高。以往的机械手表的品质因子（即Q值）比较低，因此，机械手表误差大，不准确。石英晶体的Q值很高，因此石英手表的精度很高。

产品特性

晶振的工作原理是石英晶体的压电效应。给晶体施加一定的压力，产生一定的电荷。如果施加一定的电流或电压，就会产生一定的形变。压力和电荷出现谐振后，就会振荡在固有的频率上。我们常用的AT石英材料，薄片，频率和厚度成反比。生产过程中通过研磨、镀膜等各种工艺，把晶片减薄成我们要求的频率。

晶振产品由石英晶片和芯片构成的，外边还有一个基座，石英晶片非常薄，最薄的只有十几微米的厚度，晶片两面镀上金电极，搭配振荡电路，可以产生稳定的输出信号。由于金电极是纯金，具有很好的稳定性，应用于航天器等高可靠要求的场合中。

如何设计新产品？

航天科工203所基于用户对性能参数、指标的要求，基于石英材料特性，根据设计规范，开发出新的产品。并采用新的石英芯片，采用特殊工艺参数的加工，其中包括切形、切角、厚度、外形尺寸、性能参数等指标，重新设计，进行工艺改进，以此满足用户性能指标的各种要求。设计成新产品后，还要经过各种试验，包括力学环境试验、温度环境试验的各种考核，达到我们对新产品的要求，实现新产品的开发。

持续攻关，提高指标

研发过程中会遇到各种困难。诸如面临石英晶片的加工，随着频率的不断升高，晶片厚度比头发丝要薄的十几微米，到几百兆频率。203所采取特有的特殊工艺，实现了薄晶片的制作。由于晶振的体积越来越小，性能指标越来越高，这样就对芯片提出更高的要求。我们不断尝试新的芯片，调试各种芯片的参数，实现产品的小型化。在研制高频高性能小型化晶体中面临各种困难，通过不断试验，不断攻关，不断地对参数进行调试，实现产品的研制。

此外，在型号装备中，对元器件的可靠性提出了非常高的要求。例如航天器长期在轨运行，需要全面提升元器件的质量，通过对每一个器件性能进行全面考核，达到航天器的指标要求。

设计上变更，源头上改进

研发团队通过大量攻关，全面了解芯片内部的参数，了解石英材料的特质，以及产品的实现工艺，从而完成了多数产品的能力提升。并且完成了新产品的鉴定检验和环境试验评估，确保产品可靠性，满足用户长期工作和高可靠的要求。

203所的晶体元器件已经广泛应用在空间站等场景。203所为重大工程建设提供了高可靠的元器件，保证了重大任务的完成。目前，203所持续攻关，攻克更高更难的技术问题，达到更高的指标要求，为国家的经济建设做出自己的一份贡献。