石英晶振（英文crystal）的核心部分是内置的晶片，晶片的材质是石英晶体。

石英晶体是由二氧化硅(Si02),以32点群的六方晶系形成的单结晶结构。单结晶石英晶体具有压电振动效应特性,当施加压力在晶体某些方向时,垂直施力的方向就会产生电气电位。相对的当以一个电场施加在石英晶体某些轴向时,在另一些方向就会产生变形或振动现象。掌握单结晶石英材料的这种压电效应,利用其发生共振频率的特性,就能够发挥其精准度作为各类型频率信号的参考基准,就是晶振设计与应用的基本原理。

因为石英晶体具有很高Q值及阻抗好的特性，所以绝大部份的电子频率元件,如谐振器（有源晶振）及振荡器（无源晶振）,都以石英晶振原理为基础，利用了其压电振动的这一特性。

当石英晶体以特定的切割方式,以机械加工方式予以表面研磨,完成特定的外形尺寸就是通称的石英晶片。

单结晶石英晶体属于各向异性晶体，我们可以通过切割方法而获得在常温范围内有拐点的呈三次曲线的温度特性，这表示它在较宽的温度范围内具有稳定振动的特性。

显而易见，晶片的厚度决定了晶振频率的高低。晶片越厚，振动频率越低，晶片越薄，振动频率越高。这就是为什么54MHZ晶振更容易比4MHZ晶振摔坏的原因。

根据石英晶振原理，在晶片经过清洗切片之后，我们将其在真空环境中于表面镀银（电极）,再以导电胶固定于基座上,并加以抽真空后充氮气封装的制程,就成为了有源晶振（石英晶体谐振器）。将石英振子加上不同的含IC的电子振荡线路,就可以做成不同特性的有源晶振 （石英振荡器，OSC），如：压控石英晶体振荡器(VCXO)，温补石英晶体振荡器(TCXO)等。

拓展阅读：晶振生产工艺：从石英晶体到高精度振荡器

石英晶体：晶振的核心基石

晶振的核心是石英晶体，其主要成分是二氧化硅（SiO₂），这种在自然界广泛存在于岩浆岩、变质岩、沉积岩和热液脉体中的氧化物矿物，是重要造岩矿物和岩石圈的重要组成部分。石英晶体不仅坚硬且无解理，拥有贝壳状断口，莫氏硬度达到7，密度为2.65g/cm³，还具备压电性，这些特性使其成为制造晶振的理想材料。

之所以石英晶体能够成为晶振的核心材料，关键在于其具有独特的压电效应。压电效应在晶振的工作过程中扮演着举足轻重的角色。晶振利用石英晶体的压电效应，在晶体两个表面镀上电极，施加电压时，晶体会产生形变并进而产生谐振，形成稳定的振荡信号。这一信号成为电子设备中不可或缺的时钟信号，为设备的稳定运行提供精确的时间基准。

从矿石到晶片：切割工艺的奥秘

将石英矿石转变为石英晶片的过程中，切割工艺起着关键作用。从大块的石英矿石到符合要求的晶片，每一步都需要精准控制。

在切割之前，首先要对石英矿石进行预处理，去除杂质，确保其纯度达到生产要求。常用的预处理方法包括破碎、筛分、磁选除铁、酸洗处理以及干燥与包装等，以去除大块杂质、铁质杂质以及表面附着物，提高其纯度和白度。

随后进入切割环节，常见的切割设备有砂轮切割机、激光切割机和超声波切割机。砂轮切割机适用于较大尺寸的石英晶片切割，效率较高；激光切割机属于非接触式切割，能满足高精度要求，切割边缘光滑；超声波切割机则利用高频振动进行切割，适合薄而脆的石英晶片，切割精度高。在切割过程中，操作人员需要根据晶片的尺寸、精度要求以及石英矿石的特性，选择合适的切割设备和参数，以确保切割质量。

切割方式对晶振性能有着显著影响。由于石英是各向异性的，不同的切型其物理性质不同，切面方向与主轴的夹角对频率稳定性、Q值、温度性能等都至关重要。常见的切割类型包括AT切、BT切和SC切等。

晶片加工：多道工序造就品质

切割完成后的石英晶片，还需要经过多道精细的加工工序，才能成为满足要求的晶振部件，这些工序对晶振的性能和稳定性有着重要影响。

清洗是首要工序，切割过程可能会使晶片表面沾染碎屑、油污等杂质，而这些杂质会影响晶片后续加工质量和性能。

排片工序则是将切割好的晶片按照特定的规格和要求进行布局，目的是最大限度地利用晶片的表面积，并确保晶片之间的间距和位置符合设计要求，为后续溅射被银等工序做好准备，方便操作更准确、更均匀。

溅射被银是将银材料通过溅射工艺涂覆在晶片表面的金属电极区域，被银的金属电极可以提供晶振的振荡信号。

点胶是将胶水涂抹在晶片的特定位置上，以固定晶片和其他组件的连接，增加组件的机械强度和稳定性。

烘胶工序是将点胶后的晶片进行烘烤，加快胶水的固化，进一步固定晶片与其他组件的连接，确保整个结构的稳定性。

频率微调：追求高精度的关键

频率微调是晶振生产中至关重要的环节，其目的是精确调整晶振的振荡频率，使其严格达到设计要求，确保晶振在不同工作环境下都能输出稳定且准确的频率信号。

实现频率微调的方法丰富多样，各有其独特的原理和适用场景。

机械微调法是较为传统的方式，它通过机械装置对晶振的物理结构进行细微调整，从而改变晶振的频率。

电容调谐法是通过改变与晶振相连的电容值来实现频率微调。根据晶振的等效电路模型，电容的变化会影响晶振的谐振频率。

电感调谐法的原理与电容调谐法类似，是通过改变与晶振相连的电感值来调整频率。

激光微调法是一种较为先进的频率微调技术，它利用高能量的激光束对晶振的特定部位进行精确加工，通过改变晶振的物理结构和参数来实现频率微调。

封装与检测：为晶振保驾护航

完成频率微调后的晶振，还需要经过封装和检测等环节，才能成为最终交付市场的产品。

封装是晶振生产的重要环节，它为晶振提供物理保护和电气连接，不同的封装材料和方式会对晶振的性能产生影响。

表面贴装封装（SMD）是顺应电子产品小型化和自动化生产趋势的“宠儿”，它将晶振直接焊接在印刷电路板（PCB）的表面焊盘上，通过回流焊等表面贴装工艺实现电气连接和机械固定。这种封装方式不仅减小了晶振的体积，还提高了生产效率，适用于高密度的电路板设计。

检测环节是确保晶振质量的关键，通过一系列严格的检测，可以筛选出不合格产品，保证出厂产品的质量和一致性。在晶振的生产线上，需要对采购的原材料进行严格筛选和测试，确保其质量符合生产要求，包括对晶振基座、金属外壳、晶片等材料的物理和化学性质进行检测。

完成初步组装的晶振会经过老化测试，即在特定温度和湿度条件下长时间运行，以检测其长期稳定性和可靠性。老化测试后的成品会再次进行全部检测，包括外观检查、电气性能测试等，确保每一颗晶振都符合质量标准。