晶振封装区别详解:金属封装与陶瓷玻璃封装有什么区别?

发布时间:2025-07-02 阅读次数:3423

金属封装和陶瓷玻璃封装都是贴片晶体谐振器常见的封装形式,主要区别在于外壳材料和密封工艺。金属封装通常采用金属上盖与陶瓷基座,并通过缝焊(SEAM Welding)实现气密封装,具有较好的机械强度、气密性和电磁屏蔽性能;陶瓷玻璃封装则采用陶瓷基座和陶瓷上盖,通过玻璃焊封实现密封,具有小型化、绝缘性好、耐高温和性价比较高等特点。实际选型时,不能仅根据外观判断性能,而应结合频率、频率稳定度、工作温度、可靠性、封装尺寸和具体应用环境进行选择。



一、什么是晶振封装?

晶体谐振器内部包含石英晶片、电极以及相关连接结构,需要通过封装对内部结构进行保护。封装不仅影响晶振的外观尺寸,还会影响其气密性、防潮性、机械可靠性、抗污染能力以及长期稳定性。目前常见的贴片晶体封装包括金属封装、陶瓷封装等。其中,金属上盖配陶瓷基座的封装,以及陶瓷上盖配陶瓷基座的玻璃焊封结构,在不同电子产品中都有应用。


二、金属面贴片晶体封装

金属面贴片晶体通常采用金属上盖和陶瓷基座的结构。金属上盖常使用KOVAR合金等材料,并进行相应的表面处理;基座采用陶瓷材料,以满足晶体谐振器对机械强度和环境可靠性的要求。


金属封装的主要特点

1. 气密性好:金属上盖与基座通常采用缝焊(SEAM Welding)进行密封,可以形成稳定的密封结构,降低外部湿气和污染物进入内部的风险。

2. 可靠性较高:金属与陶瓷结构具有较好的机械强度和环境适应能力,适用于对长期稳定性要求较高的产品。

3. 具有一定的电磁屏蔽能力:金属外壳具有导电特性,在合理接地和PCB设计条件下,可以对外部电磁干扰提供一定的屏蔽作用。



晶振封装本身具有金属外壳,并不意味着整个晶振就一定具有更强的抗EMI能力。实际抗干扰性能还与接地、PCB布局、外围电路以及产品内部结构有关。


金属封装的密封工艺

金属面贴片晶体通常采用缝焊工艺,也称SEAM焊接。在保护气氛等受控环境下,将金属上盖与陶瓷基座上的密封环进行压合,通过电阻热使焊接区域形成连续的密封焊缝。这种工艺可以实现较好的气密封装,因此常用于对可靠性和环境适应性要求较高的电子设备。

常见应用

金属封装晶体可用于通信设备、服务器、工业控制设备、汽车电子、医疗电子设备、测量仪器、其他对可靠性要求较高的电子产品。KOAN晶振提供多种尺寸的金属面贴片晶体,例如:KX16、KX20、KX25、KX32、KX50、KX70。


三、陶瓷玻璃封装贴片晶体

陶瓷玻璃封装通常采用陶瓷基座+陶瓷上盖+玻璃焊封的结构。陶瓷材料具有良好的绝缘性、耐热性和化学稳定性,可以满足小型化电子设备对封装尺寸和可靠性的要求。


陶瓷玻璃封装的主要特点

1. 适合小型化设计:陶瓷封装可以实现较小的封装尺寸,因此适用于手机、蓝牙耳机、智能穿戴等空间受限的电子设备。

2. 绝缘性能好:陶瓷属于绝缘材料,可以降低封装结构对周围电路的影响,适合高密度PCB设计。

3. 气密性较好:陶瓷上盖与基座之间采用玻璃焊封,可以形成密封结构,对内部石英晶片起到保护作用,降低湿气、灰尘和污染物进入内部的风险。

4. 耐热性能较好:陶瓷和玻璃材料具有较好的耐温性能,可以适应电子产品生产过程中的焊接工艺以及一定范围内的工作温度变化。


陶瓷玻璃封装的密封工艺

陶瓷玻璃封装通常使用低熔点玻璃材料进行密封。在受控温度条件下,玻璃材料熔融并与陶瓷基座、陶瓷上盖形成牢固的密封结构,从而保护内部晶片。陶瓷和玻璃材料的热膨胀特性相对匹配,有利于降低温度变化过程中封装结构受到的应力。


常见应用

陶瓷玻璃封装贴片晶体常用于手机、蓝牙耳机、USB设备、智能穿戴设备、消费电子产品、小型化通信设备、其他对尺寸和绝缘性能有要求的产品。KOAN晶振提供多款陶瓷外壳玻璃封装两脚贴片晶体,例如:KX502、KX602、KX702、KX802。


四、金属封装和陶瓷玻璃封装有什么区别?

对比金属封装陶瓷玻璃封装
主要结构金属上盖+陶瓷基座陶瓷上盖+陶瓷基座
常见密封方式         缝焊/SEAM焊接玻璃焊封
气密性较好较好
机械可靠性较高较高
绝缘性金属外壳需考虑接地陶瓷绝缘性好
电磁屏蔽金属外壳具有一定优势主要依靠PCB及系统设计
小型化可实现多种尺寸适合小型化设计
常见应用工业、通信、汽车电子             消费电子、可穿戴、便携设备                


封装材料并不能直接决定晶振的频率精度或频率稳定度。晶振最终性能还与石英晶片设计、切割方式、振荡电路、封装结构、制造工艺以及具体规格参数有关。


五、晶振封装应该怎么选择?

1. 根据工作环境选择:如果产品长期工作在高温、高湿、振动或者其他较严苛的环境中,应重点关注晶振的工作温度范围、气密性、抗振动性能和可靠性等级,而不能只看封装外观。

2. 根据PCB空间选择:对于手机、蓝牙耳机、智能穿戴等空间有限的产品,应优先考虑封装尺寸和PCB布局要求。

3. 根据电磁环境选择:如果设备存在较强的电磁干扰,应综合考虑晶振封装、PCB布局、接地方式、屏蔽设计以及晶振自身的抗干扰性能。金属封装可以提供一定的屏蔽作用,但不能单独依靠金属外壳解决EMI问题。

4. 根据频率稳定度要求选择:如果系统对时钟精度要求较高,应重点查看晶振的频率准确度、频率稳定度、温度特性、老化率和相位噪声等指标。


六、晶振封装越高级,性能就一定越好吗?

不一定。金属封装和陶瓷玻璃封装主要解决的是晶振内部结构的保护、密封和可靠性问题。一款陶瓷玻璃封装晶体并不意味着它的频率精度一定低于金属封装晶体;同样,金属封装也不意味着所有频率、电气性能和环境性能都一定更好。真正选型时,应以晶振规格书中的具体参数为依据,包括标称频率、频率准确度、频率稳定度、负载电容、ESR、工作温度、老化率、激励功率、封装尺寸、焊接要求、可靠性要求。


KOAN晶振提供金属封装、陶瓷玻璃封装等多种晶体谐振器产品,并覆盖不同封装尺寸和频率规格,可根据具体应用需求进行选型。

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