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1965年,制造商希望岡野先生為頻率計數器設備開發一款具有極高頻率可靠性的緊湊型貼片晶振,石英振蕩器.在那些日子里,有線和無線通信設備的需求正在擴大.因此,這種設備的性能正在提高,并且需要精度極高的頻率計數器設備.
盡管滿足美國測量儀器制造商要求的石英晶體振蕩器已經存在,但當時日本并沒有開發制造出屬于自己的高頻緊湊型貼片晶振,石英晶體振蕩器.因此岡野先生決定接受國內測量儀器制造商提出的挑戰,并決心為日本市場創造出石英晶體振蕩器.
當然這不是一件順利的事情,因為儀器制造商要求頻率穩定度在十億分之一(1 ppb或10-9)的水平.無論其頻率穩定性有多高,單獨使用石英作為材料都不可能實現這一目標.他們能夠接近這一目標的唯一方法就是再次采用恒溫烤箱.他們已經知道,如果將石英晶振晶體單元置于烘箱中并將周圍溫度保持在可控的恒定值,他們就可以實現具有極高頻率穩定性的緊湊型石英晶體振蕩器.
他們首先開發他們需要使用的石英晶振,貼片晶振,石英晶體單元.他們的目標是生產一個可以安裝在HC-6/U包裝中的設備(圖4).為了配合,石英襯底需要具有大約15mm或更小的直徑.然而,為廣播網絡制造的前述晶體單元的直徑為25mm.這個大小問題是另一個需要解決的問題.
Okano先生決定他需要嘗試一種新的方法.為了創造一個緊湊,穩定的1MHz振蕩器,他決定首先增加晶體振蕩器的頻率.如果他能使頻率更高,那么他應該能夠使直徑成比例地變小.他制造了一個1.33MHz的晶體單元,并產生了一個等于三倍波長(第三泛音)的4MHz信號.然后,他使用觸發器(F/F)電路將頻率分成1/4,從而實現1MHz的頻率.
圖4 HC-6 /U封裝 外部尺寸:20mm x 19mm x 9mm.里面放置一個圓形的石英基板.
這些努力最終使他們能夠獲得直徑為14mm的石英襯底,可以安裝在HC-6/U封裝內.最后要解決的問題是恒溫烤箱,他們仍然不確定如何開發.他們必須檢查并決定各個方面的內容,例如烤箱的形狀,要使用的材料以及熱敏電阻的位置.使用冷焊技術在含有石英晶體單元的HC-6/U封裝內部形成真空并將其密封.然后將包裝放入鏤空的鋁塊內,然后將加熱線纏繞在其周圍.
下一個,重現性和時間變化特征都非常好.測量儀器制造商根據是否在1小時,1天和10天過后觀察到頻率發生了任何變化,準備了重現性標準的詳細值.他們開發的石英晶體振蕩器成功通過了這些值的測試(圖5),儀器制造商的工程師們完全驚訝.
這些由恒溫控制的晶體振蕩器(OCXO晶振)于1968年在市場上推出,因此其他同行也相繼模仿,想要生產制造同樣的有源晶振,晶體振蕩器產品.但是這些競爭對手沒有仔細專研創造,所以他們所生產的振蕩器無法達到頻率穩定性,可重復性或時間變化特征的相同水平.岡野先生通過自身的努力,一步一個階段努力研發創造,克服困難,解決問題,所積累的經驗以及技術知識是無法被模仿的.
圖5開啟OCXO 后的頻率特性在烤箱控制的晶體振蕩器(OCXO晶振)接通后,只允許極小的頻率變化.
創造'振蕩區域'的概念
AT切晶體單元和恒溫控制的石英晶體振蕩器(OCXO晶振)成為岡野先生最偉大的勝利之一.雖然普通人可能會認為這種不起眼的創新看起來無關緊要,但可以毫不夸張地說,這些技術已經奠定了當今石英設備技術的基石,并且是非常重要的.
通過他的經驗和知識,他獲得了開發雙凸和平凸等凸面技術的晶體單元和其他設備,Okano先生成功地建立了“晶體振蕩區域”的概念.這一概念已成為當前技術的基石,并已應用于各種不同的晶振晶體器件.具體而言,這些技術包括“陷阱模式”,其由于安裝在石英襯底上的金屬電極的質量效應而陷入振蕩; “臺面結構”,它利用光刻技術將振蕩封裝在石英基板的厚中心部分,該基板已在其外表面周圍進行了刮削; 和“倒置臺面結構”,其通過僅稀釋石英基板的中心部分而實現更高的頻率.
此外,“晶體振蕩區域”的概念導致了改進的技術,使得晶體器件更加緊湊,并且提高了制造時平坦度和平行平坦度重要性的意識.換句話說,這個概念成為了東洋通信設備公司和精工愛普生晶振公司整合后誕生“QMEMS”技術的基礎.