● 摘要
阶梯式晶体带通滤波器由于其结构简单和成本低廉而被大量制造并应用，其可靠性关系到整个电子系统的安全工作。本文从电接触失效与石英晶体本身失效两个主要方面研究晶体带通滤波器的失效问题。根据阶梯式晶体带通滤波器的物理结构，利用电路网络的分析方法建立了电接触与性能参数之间的函数解析模型；考虑电接触的随机性，利用Monte Carlo仿真对电接触进行给定分布参数的抽样，建立性能参数的分布并统计出特定电接触条件下的性能可靠性。研究表明电接触退化对插入损耗退化影响最大、会带来明显的通带带宽下降，对中心频率的影响不大。因此电接触阻抗对插入损耗过高、通带宽值变化两种失效模式有明显的影响。石英晶体失效也是晶体滤波器失效的主要原因之一。文中从晶体内部材料和加工因素与外部应力(包括机械应力与电应力)因素两个角度对石英晶体的失效进行研究。由于晶体材料本身的缺陷以及制造工艺问题，在晶体表面发现了微裂纹，使得晶体容易由于应力集中而产生碎裂。另外通过观察还发现晶体表面有残留的杂质，表面粗糙较大且随位置不同存在差异，这些都会对晶片碎裂、频率漂移产生影响。由于采用弹性支座结构，石英晶片在振动应力实验中具有机械抗冲击能力，因此晶片在机械应力实验中并未发生碎裂；而在过大的电应力下，石英晶体会出现等效电阻增大、谐振频率动态漂移、晶片温度升高，甚至烧蚀镀银层等现象。