一、__前言
__晶體振蕩器作為核心頻率控制元件，廣泛應用于工業設備，安防監控設備，醫療設備，汽車電子設備，智能家居設備等領域，從宏觀視角審視，全球信息化基礎設施的構建與晶體振蕩器的發展存在本質關聯。本文將系統解析晶體振蕩器從壓電效應發現至納米級封裝的技術發展脈絡，揭示其如何通過四次產業革命推動人類科技進程。

二、晶振的發展歷史

1.晶振的技術啟蒙期

1880年，居里兄弟Jacques和Pierre Curie，研究石英水晶片時，發現在晶片上施加機械應力時，就會產生電荷的偏移，提出壓電效應這個概念。

__壓電效應原理：__如果對壓電材料施加壓力，它便會產生電位差（稱之為正壓電效應），反之施加電壓，則產生機械應力（稱為逆壓電效應）。如果壓力是一種高頻震動，則產生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時，則產生高頻聲信號（機械震動），這就是我們平常所說的超聲波信號。

1918年，朗之萬研究了使用從石英晶體切割的板來開發用于探測潛艇的早期聲納系統。

聲納系統原理：就是將多種聲吶功能有機結合在一起，對信息進行綜合處理和集中控制，以滿足多種戰術使用要求的系統。主要功能包括噪聲測向、回聲測距、聲吶脈沖偵測、目標識別和魚雷報警等。在這項工作中，朗之萬使用X切割石英板來生成并檢測水中的聲波。

1921年，衛斯理大學的凱蒂WG Cady教授為石英晶體振蕩器申請了專利。

對于這項專利，他使用石英晶體諧振器來控制振蕩器的頻率，他還描述了使用石英條和板作為頻率標準和濾波器。因此，人們普遍認為，凱蒂是第一個使用石英晶體來控制振蕩器電路頻率的人。

1923年，哈佛大學教授 GW Pierce 開發了一種晶體振蕩器電路，該電路將晶體放置在閥門/真空管的柵極和陽極之間。這是皮爾斯振蕩器配置的前身。

1925年，西屋電氣為他們的廣播電臺 KDKA 的主振蕩器安裝了一個晶體振蕩器。

范戴克開發了石英晶體諧振器的等效電路。石英諧振器的等效電路，有兩個諧振頻率，一個是串聯諧振頻率fS，它是Lg、Cg、Rg 支路諧振時的頻率。即：另一個是并聯諧振頻率fp，它是等效電路的諧振頻率。即：由于Cg

1926年，Y切割晶體首先被發現和使用。直到此時，X切割石英晶體一直是唯一使用的形式。發現雖然X切割晶體的溫度系數約為-20ppm/°C，而Y切割晶體的溫度系數約為+100ppm/°C，但它表明不同晶片的切割方式可能呈現不同的溫度系數。

1927年，貝爾實驗室的沃倫·馬里森開發的第一個石英晶體振蕩器標準。

1928年，貝爾電話實驗室的沃倫·馬里森(Warren Marrison)開發了第一個石英晶體時鐘。Quartz時鐘取代了精密擺鐘 ，成為 世界上最精確的計時器（原子鐘）。

其原理是利用原子吸收或釋放能量時發出的電磁波來計時的。原子鐘的計時裝置，精度可以達到每2000萬年才誤差1秒，目前世界上最準確的計時工具就是原子鐘。

1934年，石英晶體諧振器的AT和BT切割首次出現。這些切口是由美國的拉克、威拉德和費爾、日本的古賀以及德國的貝克曼和斯特勞貝爾獨立發現的。

2.晶振的研發期：晶振實現量產

1950年，開發出原子鐘 ，石英時鐘在30年內的精度最高為1秒(30ms / yr)貝爾實驗室開發了一種用于以商業規模生長石英晶體的水熱工藝。

1956年，合成生長的石英變得廣泛可用。

3.晶振的發展期：批量化規模化發展由軍用轉民用

1968年，北美航空的Juergen Staudte發明了制造石英晶體振蕩器的光刻工藝。這使它們能夠做得足夠小，可以用于手表等便攜式產品。

1970年，電子產品中幾乎所有的晶體都是合成的。

1976年，第一個SC切割晶體可用。它們主要用于恒溫晶體振蕩器，因為它們在這些恒溫晶體振蕩器工作的溫度下具有最佳溫度系數。

4.晶振迅速發展期：電子產品多樣化應用多元化

1990到至今在，30多年來，石英晶振發展方向從DIP到SMD小尺寸，封裝由傳統的金屬外殼向覆蓋塑料、金屬和陶瓷封裝的轉變；精度、頻率也越來越高，工藝要求越發精細化；使用范圍也從單一應用領域到如今5G、物聯網、汽車電子、智慧醫療、智能家電等多元化場景。

三、總結：

1880～1956年的70多年是石英晶振的起步期，這個時期內創新人才輩出，深遠影響的發明層出不窮。石英晶振經過多年的發展才發展到今天的地步，科技進步不可能一撮而就，它是一個逐步認識、發現和成熟的過程。

審核編輯 黃宇