晶體的老化原因？如何防止老化？

術(shù)語(yǔ)“晶體的老化“指的是石英振蕩器中頻率隨時(shí)間的變化。然而，根據(jù)國(guó)際無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì)(CCIR)的定義，老化是“由于振蕩器內(nèi)部變化導(dǎo)致頻率隨時(shí)間的系統(tǒng)性變化”。

老化被定義為頻率隨時(shí)間的變化，通常表現(xiàn)為指數(shù)正、衰減的頻率漂移特性。然而，頻率變化的方向可以是正的，也可以是負(fù)的，如圖1所示。如圖所示，石英諧振器中可能有幾個(gè)因素共同決定了其老化性能。

例如，當(dāng)石英諧振器同時(shí)受到兩個(gè)方向相反、衰變速率不同的機(jī)制的作用時(shí)，方向反轉(zhuǎn)就會(huì)發(fā)生。造成晶體老化的主要因素有兩個(gè)。

分子污染

由于在器件封裝期間的任何污染，晶體上的物質(zhì)會(huì)被添加或去除，從而改變晶體的頻率。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中，環(huán)境保持清潔，以避免發(fā)生老化效應(yīng)。例如，用于安裝石英晶體的導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂可能會(huì)產(chǎn)生“出氣”，這可能會(huì)在密封的晶體封裝內(nèi)部的惰性氣氛中產(chǎn)生氧化物質(zhì)，因此必須嚴(yán)格控制生產(chǎn)過(guò)程。

機(jī)械應(yīng)力

由于應(yīng)力，石英晶體也會(huì)改變頻率。這種應(yīng)力可以由各種來(lái)源引起，如封裝和支架、環(huán)氧連接、金屬薄膜和石英晶體。加熱和冷卻也會(huì)引起應(yīng)力，因?yàn)樗鼈兊呐蛎浵禂?shù)不同。石英中的應(yīng)力可以來(lái)自棒材的生長(zhǎng)過(guò)程或切割、研磨和拋光成晶片的加工過(guò)程。

如何測(cè)量晶體振蕩器的老化效應(yīng)？

要測(cè)量老化效應(yīng)并不是一件容易的事情。加速老化法是用來(lái)測(cè)量器件真正老化的方法，通過(guò)將器件置于較高的溫度下，在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量頻率，來(lái)測(cè)量器件的老化程度。例如，將器件放置在85°C的環(huán)境下30天，或在105°C的環(huán)境下168小時(shí)，相當(dāng)于器件在25°C（室溫）下使用一年的時(shí)間。

對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，防止晶振老化的方法包括以下幾點(diǎn)：

選擇高質(zhì)量的晶振器件：選擇具有高質(zhì)量和可靠性的晶振器件是防止老化的關(guān)鍵?？梢赃x擇來(lái)自知名廠家的產(chǎn)品，或者通過(guò)對(duì)不同產(chǎn)品的性能和特點(diǎn)進(jìn)行比較，選擇性能更優(yōu)異的晶振器件。

選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用環(huán)境：晶振器件的使用環(huán)境對(duì)老化有很大的影響，應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用環(huán)境來(lái)避免晶振器件的老化。例如，避免將晶振器件暴露在高溫、濕度、震動(dòng)等條件下，選擇相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境條件下使用晶振器件。

合理設(shè)計(jì)電路：合理設(shè)計(jì)電路可以減少晶振器件的老化。例如，避免電路中存在過(guò)高的電壓、電流、噪聲等因素，減少電路對(duì)晶振器件的干擾。

合理設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)：溫度是影響晶振器件老化的重要因素，合理設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)可以幫助降低晶振器件的溫度，從而減少老化的影響。

定期檢測(cè)和校準(zhǔn)：定期對(duì)晶振器件進(jìn)行檢測(cè)和校準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn)晶振器件老化的跡象，及時(shí)采取措施進(jìn)行更換或修理，以確保晶振器件的穩(wěn)定性和可靠性。